基于翻轉(zhuǎn)課堂理念的分析化學實驗教學設(shè)計與應(yīng)用

摘 要：“翻轉(zhuǎn)課堂”是一種打破傳統(tǒng)“教師教、學生學”的模式，將教學的主體交還給學生的創(chuàng)新教學模式。在信息化時代的大背景下，為實現(xiàn)分析化學實驗課在醫(yī)藥應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的作用，教學團隊依托線上平臺資源，在分析化學實驗課的教學中逐步嘗試了從傳統(tǒng)實驗教學，到個別翻轉(zhuǎn)教學，到大部分翻轉(zhuǎn)教學，到全翻轉(zhuǎn)教學，再到多形式化全翻轉(zhuǎn)教學的探索。“翻轉(zhuǎn)課堂”有利于滿足個性化教學的需求，有利于培養(yǎng)學生學習的自主能動性，提升學生學習的興趣，培養(yǎng)學生創(chuàng)新合作、精益求精的科學精神。本文就團隊在分析化學實驗翻轉(zhuǎn)教學中的設(shè)計和應(yīng)用進行了討論，以期為分析化學實驗課的改革提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；分析化學實驗；教學模式；教學設(shè)計

“分析化學”是一門眾多醫(yī)學院校藥學類、醫(yī)學類專業(yè)均需要開設(shè)的基礎(chǔ)課程，而“分析化學”的學習又離不開實驗的支撐［13］。分析化學實驗課不僅是專業(yè)知識的鞏固應(yīng)用，還涉及各類實驗儀器的操作使用，操作性和實踐性強，對于學生動手實踐能力的培養(yǎng)非常重要。傳統(tǒng)的“教師教、學生學”的模式雖然能保證教學的順利進行，但學生處于被動接受角色，教學效果不理想，實驗考試成績達不到預期。只有在信息時代的大背景下，利用好各類學習資源，轉(zhuǎn)變學生和教師的傳統(tǒng)角色，調(diào)動學生學習的自主能動性，才能真正實現(xiàn)對學生實踐應(yīng)用能力和創(chuàng)造性、創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。

翻轉(zhuǎn)課堂教學模式自2000年被首次提出以來受到了世界各地教育者們的青睞。這種將教學顛倒為“先學后教”的模式，著力于課前以網(wǎng)絡(luò)為媒介讓學生對內(nèi)容進行自學，課中教師指導學生互動協(xié)作學習，強調(diào)了學生學習的自主能動性，更利于學生受到個性化的培養(yǎng)，提高學生的綜合素養(yǎng)［46］。

為了改變傳統(tǒng)的分析化學實驗中學生被動學習的局面，提升學生學習的積極性，體現(xiàn)“學生主體、教師主導”的教學理念［7］，實現(xiàn)應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的教學目標。自2020年起，教研組將翻轉(zhuǎn)課堂教學模式引入藥學、藥物制劑專業(yè)分析化學實驗的教學中，并逐步嘗試從個別翻轉(zhuǎn)教學，到大部分翻轉(zhuǎn)教學，到全翻轉(zhuǎn)教學，再到多形式全翻轉(zhuǎn)教學的改革和探索。通過我們的實踐和研究，以期為化學教學工作者提供一定的參考。

1 傳統(tǒng)分析化學實驗的弊端

傳統(tǒng)的分析化學實驗課常采用課前預習、課中教師講解+學生操作+教師巡視、課后實驗報告完成+批閱的教學模式。該模式下教學局限于課堂，教師為課堂主體，教師提供了全部的實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗操作步驟及實驗方法，而學生僅為被動地聽取和按部就班地模仿操作。整個教學過程中學生處于被動接受角色，難以調(diào)動學生學習的自主能動性，限制了學生創(chuàng)造性和探索性思維的培養(yǎng)，這對于真正能夠服務(wù)于社會且具備實際應(yīng)用能力的創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)是不利的［810］。此外，傳統(tǒng)的實驗課成績主要根據(jù)學生課堂操作的規(guī)范性、準確性，實驗報告的完成情況，以及最終的實驗考試成績綜合計算得到，考核形式單一、區(qū)分度差，學生為被動考核，難以實現(xiàn)客觀的、公正的、有針對性的評價，且難以考核學生對知識技能的理解應(yīng)用能力。最終在傳統(tǒng)教學方法背景下，學生往往在實驗考試時難以自行回憶起各儀器的操作細節(jié)以及實驗操作步驟，導致實驗考試成績不理想，優(yōu)秀率低。

2 翻轉(zhuǎn)課堂教學設(shè)計

2.1 學情分析

分析化學實驗是支撐分析化學理論課的一門重要基礎(chǔ)課，它是一門研究物質(zhì)化學組成、含量與結(jié)構(gòu)分析方法及相關(guān)操作的課程，通過學習，學生要系統(tǒng)地完成容量瓶、分析天平、移液管、滴定管等基本儀器的使用和操作，實現(xiàn)基本實驗方法和技能的訓練，并能充分地體會誤差、有效數(shù)字、數(shù)據(jù)統(tǒng)計的意義。由于分析化學是化學學科的重要分支，能提供與物質(zhì)相關(guān)的大量信息，在解決實際問題中發(fā)揮著重要作用，因此該課程是醫(yī)藥、生物等相關(guān)工作的基礎(chǔ)。此外，該課程的學習也對學生嚴謹認真、實事求是的工作作風，以及敢于質(zhì)疑、不斷創(chuàng)新的科學態(tài)度的培養(yǎng)至關(guān)重要。

高校的分析化學實驗課程一般在大一下學期或大二開設(shè)，學生已具備了無機化學的基礎(chǔ)知識，并具備了一定的化學實驗基礎(chǔ)。另外，實驗課一般會在理論課開課一段時間后進行，學生在理論課中已經(jīng)學習了誤差與實驗數(shù)據(jù)的處理、標準溶液的配制和標定等基礎(chǔ)知識。隨著信息時代的高速發(fā)展，目前各大高校已實現(xiàn)校園WiFi全覆蓋，智能手機已逐漸普及。學校圖書館配備有電腦供廣大學生使用，這都便于學生下載安裝學校建立的網(wǎng)絡(luò)課程平臺App，隨時隨地實現(xiàn)線上學習。以上硬件條件為分析化學實驗中融入翻轉(zhuǎn)課堂教學模式打下了堅實的基礎(chǔ)。

2.2 教學資源準備

由于分析化學實驗涉及的儀器操作細節(jié)繁多，為保證學生課前能夠順利高效地完成自主性學習，學生利用微課、虛擬仿真實驗、作業(yè)練習的方式進行課前翻轉(zhuǎn)學習。首先，利用微課碎片化記憶的特點，將各種儀器的操作、實驗原理、實驗步驟等單獨分解，拍攝5～8分鐘的微課視頻。例如，在“藥用硼砂含量的測定”中，分別將“差減法稱量”“容量瓶的使用”“移液管的使用”“滴定管的使用”“藥用硼砂含量的測定原理”及“藥用硼砂含量的測定實際操作”錄制為視頻以供學生自學。由于分析化學實驗中涉及的操作細節(jié)繁多，因此在操作視頻的錄制時，教師將每個步驟、操作的相關(guān)細節(jié)、要點、注意點等配以字幕，以便學生掌握。此外，開發(fā)、完善并上傳教研組研究的醫(yī)藥化學雙語虛擬實驗軟件，讓學生模擬實驗室環(huán)境進行虛擬操作，以讓學生根據(jù)系統(tǒng)提示，鞏固實驗操作流程和注意事項。另外，為讓學生自測課前自學效果，查漏補缺，為每個實驗設(shè)計在線測試題。

在教師層面，為保證教學標準一致，教研組集體備課，統(tǒng)一培訓線上平臺的操作使用流程，討論制定詳細的翻轉(zhuǎn)課堂操作指南，針對每個實驗設(shè)置相應(yīng)的課堂討論問題及評分細則，教研組開展示范課以確保翻轉(zhuǎn)課堂的有序進行。

2.3 教學流程設(shè)計

首先，以培養(yǎng)實用型創(chuàng)新人才為目標，根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的教學理念，從課前、課中和課后三部分對每堂實驗課的教學進行設(shè)計。課前主要為學生自主學習、小組交流討論；課中為學生匯報、教師查缺補漏，學生實驗、教師指導；課后主要為總結(jié)反饋、交流討論、優(yōu)缺點反思，具體設(shè)計思路如圖1所示。其次，從學生做過的實驗中隨機抽選進行實驗考試，并發(fā)布調(diào)查問卷，通過考試及問卷的形式考查學生的學習效果。

3 翻轉(zhuǎn)課堂的實施

根據(jù)所設(shè)計的教學流程模型實施分析化學實驗翻轉(zhuǎn)課堂教學。將翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于2019—2023級藥學及藥物制劑專業(yè)學生分析化學實驗課的教學中，共計完成每學年8周、每周每個教學班150分鐘的實驗課。2019級只有個別實驗采取翻轉(zhuǎn)課堂教學模式，即只有“藥用硼砂含量的測定”及“高錳酸鉀標準溶液的配制及測定”2個實驗采取翻轉(zhuǎn)課堂模式。2020和2021級除以上兩個實驗外，新增“水硬度的測定”及“優(yōu)氯凈中有效氯含量的測定”2個翻轉(zhuǎn)實驗，將翻轉(zhuǎn)課堂實驗教學數(shù)增至4個。2022級和2023級則將除考試外的所有實驗均改為翻轉(zhuǎn)實驗。翻轉(zhuǎn)實驗的具體實施措施如下。

3.1 教學前準備

在理論課上，教師介紹網(wǎng)絡(luò)平臺的使用方法，指導學生學會使用線上資源，并讓學生了解翻轉(zhuǎn)課堂的學習流程，便于后期翻轉(zhuǎn)教學的順利開展。

3.2課前自主學習

實驗前一周，教師通過群發(fā)布學習任務(wù)單，以便學生明確學習要點；通過線上平臺發(fā)布微視頻、PPT、講義等學習材料，學生以個人為單位完成自主學習；同時開設(shè)線上測試及虛擬仿真實驗，考查學生學習效果，幫助學生查漏補缺；將學生分為小組，每組2～3人，以小組為單位讓學生相互討論，做好課堂匯報及演示準備。學生自主學習過程中遇到的困難與問題可通過小組間討論或與教師在線討論答疑的方式解決。整個過程中充分發(fā)揮學生的自主能動性，學生可根據(jù)自身情況隨時調(diào)整學習進度，反復學習，提升學習效果。同時通過小組合作的方式，學生相互溝通、相互協(xié)作和相互學習的能力得到提升。

3.3 課中知識內(nèi)化

課前30～40分鐘，先以小組為單位采取“問題串式”（即教師以問題做引導，學生回答及演示）與“全翻轉(zhuǎn)式”（即學生根據(jù)課前安排自行匯報和演示）相結(jié)合的模式進行課前展示。

例如“藥用硼砂含量的測定”實驗采取問題串式翻轉(zhuǎn)教學，相關(guān)問題為：

［問題1］差減法基本原理。

［問題2］差減法的基本操作步驟。

［問題3］能準確配制或移取一定體積溶液的儀器有哪些，哪些需要潤洗？

［問題4］容量瓶的洗滌及檢漏步驟及示范。

［問題5］容量瓶配溶液時如何轉(zhuǎn)移和洗滌（示范）。

［問題6］容量瓶配溶液時如何定容和搖勻（示范）。

［問題7］移液管的洗滌（示范）。

［問題8］移液管取液（示范）。

［問題9］25mL移液管、25mL量筒移取的體積，數(shù)據(jù)分別記錄為什么？

［問題10］滴定管的洗滌、裝液（示范）。

［問題11］滴定操作（示范）。

［問題12］滴定管的讀數(shù)（示范）。

學生匯報完后，教師根據(jù)集體備課時設(shè)定的評分標準對學生的展示、回答、講解及小組合作情況進行打分，同時引導其余學生提出疑問、質(zhì)疑及建議。最后教師進行總結(jié)及注意事項提醒。

課中100分鐘，學生以小組為單位進行實驗操作，小組成員間相互討論協(xié)作完成實驗，期間教師不斷巡視，對學生操作中遇到的問題及時進行指正，同時結(jié)合學生操作過程表現(xiàn)對學生操作進行打分。課中后10～20分鐘，教師針對操作中遇到的問題進行提醒、總結(jié)；學生提出疑問，教師補充；完成作業(yè)的布置。

這種師生互動、生生互動的知識內(nèi)化過程，較好地體現(xiàn)了教學中教師主導和學生主體的地位，有利于培養(yǎng)學生敢于發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，也有利于培養(yǎng)學生嚴謹認真、實事求是、勇于創(chuàng)新的科學態(tài)度。

3.4 課后知識鞏固

實驗課后，教師根據(jù)本實驗的重點內(nèi)容布置課后思考題，學生根據(jù)實驗操作及數(shù)據(jù)完成并提交實驗報告和思考題。教師及時對報告進行批改，批改中重點關(guān)注學生數(shù)據(jù)記錄的完整性和真實性，數(shù)據(jù)整理及處理的規(guī)范性，對實驗中優(yōu)缺點的分析及總結(jié)，以及對思考題的分析。教師對報告中存在的問題進行批注，便于學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。教師匯總課堂問題，并及時通過交流群向?qū)W生反饋，以便學生糾正錯誤。同時，根據(jù)實踐情況發(fā)布相關(guān)內(nèi)容的拓展性知識材料，通過課后知識鞏固階段，培養(yǎng)學生嚴謹細致、實事求是的科學素養(yǎng)。

4 翻轉(zhuǎn)模式下實驗成績的評定

根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的教學過程，改變傳統(tǒng)“重結(jié)果、輕過程”的實驗成績評定方法。首先，根據(jù)在線學習情況、在線測試結(jié)果、課堂講解示范完成度、實驗實操規(guī)范性準確性、實驗報告完成情況給出每個翻轉(zhuǎn)實驗的綜合成績，其中各部分成績的組成和比重如表1所示。其次，將各翻轉(zhuǎn)實驗成績匯總，然后取平均分，再結(jié)合實驗考試成績，得到分析化學實驗的總成績。實驗總成績=實驗考試成績（20%）+翻轉(zhuǎn)實驗成績（80%）。這種多元化、階段化、標準化的評價機制有利于更客觀公正地對學生成績進行評定，也更有利于激發(fā)學生學習的主動性和積極性。

5 教學實踐效果

教研組在分析化學實驗教學中，從2020年起對藥學和藥物制劑專業(yè)的學生開始逐漸引入翻轉(zhuǎn)課堂教學模式，從對2019級139名學生的傳統(tǒng)講授教學模式，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷?020級153名學生采用1個翻轉(zhuǎn)課堂教學+6個傳統(tǒng)教學模式，對2021級227名學生采用4個翻轉(zhuǎn)課堂教學+3個傳統(tǒng)教學模式，對2022級215名學生及2023級213名學生采取4個“問題串式”翻轉(zhuǎn)+3個“全翻轉(zhuǎn)式”翻轉(zhuǎn)教學。教師通過分析化學考試成績和實驗總成績，考查翻轉(zhuǎn)課堂教學模式在實際教學中的效果。對比發(fā)現(xiàn)：第一，隨著翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的引入，學生實驗綜合成績不斷提高，2019—2023級學生實驗總成績平均分分別為88.41分、9224分、92.55分、93.61分、93.08分。第二，通過翻轉(zhuǎn)課堂的學習，學生對操作細節(jié)的掌握程度逐年提升，實驗考試成績逐年提高，2019—2023級學生實驗考試平均成績分別為90.06分、9021分、90.53分、91.59分、91.60分。第三，翻轉(zhuǎn)課堂能夠較好地改善傳統(tǒng)實驗成績評定區(qū)分度差的情況，學生實驗綜合成績標準偏差逐年增大，2019—2023級學生實驗綜合成績標準偏差分別為2.04分、2.45分、2.66分、4.20分、4.54分，具體結(jié)果見表2，評定結(jié)果更客觀，更能體現(xiàn)差異性，更有針對性。由此可見，翻轉(zhuǎn)課堂教學模式可有效提高分析化學實驗課的教學效果。

結(jié)語

在信息化時代的大背景下，整合各類資源，充分利用線上和線下教學平臺，開展分析化學實驗翻轉(zhuǎn)課堂教學，能夠更好地實現(xiàn)因材施教、提升分析化學實驗課的教學效果。該模式的實施能更大程度地發(fā)掘?qū)W生學習的自主能動性，激發(fā)學生的學習積極性，體現(xiàn)學生在教學中的主體地位，還能培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題、總結(jié)復盤的能力，幫助學生樹立嚴謹細致、探索創(chuàng)新、團結(jié)協(xié)作的科學態(tài)度，最終為醫(yī)藥類學生實踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)奠定良好的基礎(chǔ)。

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基金項目：中華醫(yī)學會醫(yī)學化學學會教改項目（NO.2024）；云南省本科教育教學改革研究項目（NO.JG2023 001）；昆明醫(yī)科大學2022年度本科教學質(zhì)量與教學改革工程一流課程項目（NO.2022JXZ018）

作者簡介：馬鈺璐（1989— ），女，漢族，云南昆明人，博士研究生，副教授，主要從事功能配位聚合物研究。

*通信作者：王凱民（1984— ），男，漢族，四川眉山人，博士研究生，副教授，主要從事功能配位聚合物研究。