學(xué)生自制微視頻的儀器分析實驗教學(xué)模式研究

柴曉蘭, 叢培盛, 朱仲良

(同濟(jì)大學(xué) 化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院, 上海 200092)

隨著科研和生產(chǎn)的發(fā)展,儀器分析已成為人們從事環(huán)境、能源、材料、醫(yī)藥、生物分析、商檢及公安等領(lǐng)域不可或缺的工具和分析手段[1-3]。越來越多的學(xué)生反映在就業(yè)面試中常被詢問在校期間對各種分析儀器尤其是大型分析儀器了解、掌握和應(yīng)用的情況。為了適應(yīng)社會發(fā)展和人才培養(yǎng)的需要,我?；瘜W(xué)科學(xué)與工程學(xué)院在儀器分析實驗課程中,除了開設(shè)紫外-可見分光光度計、紅外光譜儀、氣相色譜儀、液相色譜儀、電化學(xué)工作站等基礎(chǔ)儀器分析實驗外,還引入大量的大型分析儀器如拉曼光譜儀、分子熒光光譜儀、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、氣質(zhì)聯(lián)用儀等。

這些大型分析儀器涉及到化學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)以及數(shù)學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域,知識點多、原理抽象,學(xué)生很難理解,因此教學(xué)效果不盡如人意,主要體現(xiàn)在以下幾點[4-5]：首先學(xué)生課前預(yù)習(xí)流于形式,造成實驗教學(xué)效果較差；其次,儀器分析實驗課時有限,而大型儀器操作復(fù)雜,單憑教師短時間的講授和演示,學(xué)生很難記清楚,而且沒有時間使每位學(xué)生獨立完成實驗,所以造成學(xué)生動手能力普遍較差；此外,為了使學(xué)生獲得更多的動手操作的機(jī)會,課程將所有大型儀器在課外對學(xué)生開放，但是在指導(dǎo)開放實驗的過程中,教師基本上要重新講解與操作示范,工作量非常繁重，學(xué)生在準(zhǔn)備開放實驗時,對于大型儀器的操作也感到無從下手。

微課是目前較流行的教學(xué)模式[6-7]。它是以教學(xué)視頻為主要的授課方式,圍繞具體的知識點進(jìn)行的教學(xué)過程及相關(guān)資源的有機(jī)整合。微課的核心是微視頻。微視頻以其簡便易制、針對性強(qiáng)、即點即用的特點在實驗教學(xué)中具有強(qiáng)大的應(yīng)用優(yōu)勢[8-9]。目前,很多高校將微視頻引入到儀器分析實驗教學(xué)中,都取得了很好的教學(xué)效果[10-11]。

近年來,我?；瘜W(xué)科學(xué)與工程學(xué)院在儀器分析實驗的教學(xué)改革中做了新的積極嘗試,建立了基于學(xué)生自制微視頻的新型教學(xué)模式。

1 引入學(xué)生自制微視頻的意義

1.1 學(xué)生自制微視頻更有利于學(xué)生學(xué)習(xí)

學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)、理解水平和看問題的角度與教師不同,針對同一個知識點,學(xué)生制作的微視頻更容易被學(xué)生理解和掌握,對學(xué)生的學(xué)習(xí)也更具啟發(fā)性；同時學(xué)生看到高年級學(xué)長制作的微視頻,能直接與高年級學(xué)長交流討論,有利于學(xué)生制作更好的微視頻。

1.2 學(xué)生制作的視頻更具特色

學(xué)生學(xué)習(xí)新事物，特別是應(yīng)用各種軟件制作微視頻的能力很強(qiáng),只要教師對相關(guān)知識點把關(guān),學(xué)生制作的微視頻往往更具特色,甚至超過教師制作的水平。通過學(xué)生自制微視頻,教師能發(fā)現(xiàn)學(xué)生感興趣的內(nèi)容以及未能掌握的知識點,教學(xué)過程可以做到更有的放矢。

2 引入學(xué)生自制微視頻的方法

2.1 學(xué)生自主選擇微視頻知識點

儀器分析實驗教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握儀器分析研究方法與儀器操作的技能,因此設(shè)計微視頻知識點時,主要包括儀器分析方法的原理、大型儀器的操作方法、儀器操作的注意事項及難點、樣品的預(yù)處理要求及數(shù)據(jù)處理方法等。儀器分析實驗課程網(wǎng)絡(luò)平臺上公布了往屆學(xué)生制作的微視頻,供學(xué)生參考。在學(xué)期開始時,教師會發(fā)布新一輪需要制作的微視頻的知識點,供學(xué)生選擇；同時學(xué)生也可根據(jù)自己的興趣，確定微視頻的知識點或者選擇以往微視頻進(jìn)行完善提高,與教師商討后自制微視頻。

2.2 學(xué)生自主錄制微視頻

學(xué)生選擇微視頻的知識點后,3～5位學(xué)生組成小組,對相關(guān)儀器原理和操作反復(fù)學(xué)習(xí)后,針對相應(yīng)知識點制作5～10 min的微視頻。微視頻的初稿首先提交給實驗負(fù)責(zé)教師進(jìn)行審核,教師針對其中的問題進(jìn)行點評,然后學(xué)生修改微視頻的內(nèi)容,甚至重新拍攝微視頻,通過多次的打磨推敲,完成微視頻的制作。

2.3 學(xué)生自制微視頻的評比及微視頻庫的建立

學(xué)期結(jié)束,5位以上教師對微視頻進(jìn)行評比,并給出建議,學(xué)生針對其中問題進(jìn)一步完善。3年來,學(xué)生自制微視頻庫包括顯微共聚焦激光拉曼光譜儀等儀器結(jié)構(gòu)；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法的原理；傅里葉變換紅外光譜儀、顯微共聚焦激光拉曼光譜儀、熒光光譜儀、分光光度計、液相色譜儀器操作、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀等儀器操作規(guī)程及注意事項；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀器軟件的操作；主成分分析(PCA)等數(shù)據(jù)處理過程；固相萃取及固相微萃取等樣品預(yù)處理過程等。

3 引入學(xué)生自制微視頻的教學(xué)效果

3.1 提高學(xué)生課前預(yù)習(xí)的效果

實驗課前,教師將實驗相關(guān)的理論與儀器操作的微視頻上傳到教學(xué)網(wǎng)站，學(xué)生可以隨時學(xué)習(xí)微視頻實驗資源。例如學(xué)生觀看拉曼光譜實驗的微視頻后,就可以對儀器的結(jié)構(gòu)、怎樣調(diào)焦、怎樣校準(zhǔn)儀器等過程在腦海中留下深刻印象。此外,觀看微視頻后,學(xué)生在提示下可以自己帶上寶石、翡翠等樣品,以便實驗課時進(jìn)行測定,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在引入微視頻的基礎(chǔ)上,為了檢驗預(yù)習(xí)效果,教師在教學(xué)網(wǎng)站上建立了實驗原理、操作及實驗注意事項等知識點的試題庫,學(xué)生在實驗課前要完成自測,如果自測題的得分少于80分,還要繼續(xù)學(xué)習(xí)進(jìn)行自測。自測題得分80分以上,才可以進(jìn)入實驗室開展實驗研究。教學(xué)實踐表明,學(xué)生通過觀看微視頻及自測,基本上對實驗的原理、過程及目的有了深入的認(rèn)識，提高了學(xué)生的實驗參與度與學(xué)習(xí)效果。

3.2 開展自助式開放實驗

開放實驗是學(xué)生自主選題，設(shè)計實驗方案,并進(jìn)行實驗探索。多年的教學(xué)實踐表明,在開放實驗環(huán)節(jié)中,學(xué)生對大型儀器的操作還不過關(guān),還沒有真正掌握儀器操作的技巧和注意事項,所以還需要在教師或助教的幫助下完成實驗。由于建立了微視頻庫,學(xué)生可以反復(fù)觀看，研究相關(guān)操作及注意事項等。學(xué)生參照微視頻,能夠獨立操作儀器，并完成實驗,使開放實驗過程更加順暢,也大大降低了教師指導(dǎo)開放實驗的壓力[12]。隨著學(xué)生對儀器操作的熟練,學(xué)生的心態(tài)也從“懼用儀器”階段變成“敢用儀器”，進(jìn)而上升到“想用儀器”階段。這增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和操作技能。例如在拍攝“光纖探針與便攜式紫外可見吸收光譜儀”的操作微視頻過程中,學(xué)生在實驗前觀看微視頻,對儀器的組裝、操作軟件的使用及對待測樣品的要求有了清晰的認(rèn)識,學(xué)生便可參照微視頻的要求,自行準(zhǔn)備待測樣品,并配制合適的濃度,然后組裝儀器,設(shè)定實驗參數(shù),進(jìn)行測定。

3.3 提升學(xué)生專業(yè)能力與綜合素質(zhì)

為了自制微視頻,學(xué)生首先要查閱教材與相關(guān)文獻(xiàn),深入理解相關(guān)知識點,并且要多次操作儀器,同時還要以“教師”的身份在規(guī)定時間內(nèi)進(jìn)行引人入勝的講解,因此對學(xué)生的表達(dá)能力、時間的掌控等方面都起到了很好的促進(jìn)作用。

通過參與開放實驗與自制微視頻,一些學(xué)生從儀器原理到實驗操作以及常見問題的處理都已經(jīng)非常熟練,并且在自主實驗中摸索出很多的經(jīng)驗教訓(xùn),這些學(xué)生主動擔(dān)任本課程助教,將自己的心得體會與學(xué)弟學(xué)妹交流。在做助教的過程中,學(xué)生不僅強(qiáng)化了專業(yè)知識,更提高了自身的表達(dá)能力及綜合素質(zhì)。

4 學(xué)習(xí)效果分析

一個教學(xué)模式是否有效,最重要的是學(xué)習(xí)對象的評價,因此針對微視頻制作和使用的相關(guān)方面,我們對60名制作或使用過微視頻的學(xué)生做了一個調(diào)查,調(diào)查結(jié)果顯示：91%的學(xué)生認(rèn)為微視頻在開展開放實驗時幫助很大；83%的學(xué)生認(rèn)為通過制作微視頻加深了對儀器原理的理解；79%的學(xué)生認(rèn)為拍攝微視頻提高了自身團(tuán)隊意識及綜合能力。

5 結(jié)語

針對儀器分析實驗中存在的問題,初步建立了基于學(xué)生自制微視頻的創(chuàng)新性教學(xué)模式。通過自制微視頻,學(xué)生熟練掌握了各種大型儀器的原理與操作,很多開放實驗真正做到“自助式實驗”,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和綜合素質(zhì)。同時,學(xué)生自制微視頻對儀器分析實驗課程視頻庫進(jìn)行不斷補(bǔ)充和更新,確保課程的微視頻庫與時俱進(jìn),不斷完善和提高。學(xué)生自制微視頻的新型教學(xué)模式為整個儀器分析實驗教學(xué)模式的改革提供了有益的經(jīng)驗。