基于線上線下混合式教學(xué)的“儀器分析”課程教學(xué)模式創(chuàng)新研究

葛媛 王登武 張翠紅 霍小平

[摘 要] 《儀器分析》是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)一門重要的專業(yè)核心課程。結(jié)合信息化技術(shù)，利用雨課堂和虛擬仿真實驗室，構(gòu)建了線上線下混合式教學(xué)模式，將課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)、課后拓展有機的結(jié)合在一起，增強師生溝通，提高教學(xué)效率。同時也對教師的信息化水平和線上資源整合提出了更高的要求。

[關(guān)鍵詞] 儀器分析;線上線下;混合式教學(xué)

[基金項目] 陜西省教育廳專項科學(xué)研究計劃（19JK0909）;西京學(xué)院2019年度本科教學(xué)改革研究一般項目（JGYB1924）

[作者簡介] 葛 媛（1986—），女，陜西西安人，博士，西京學(xué)院理學(xué)院副教授（通信作者），主要從事環(huán)境化學(xué)研究;王登武（1977—），男，陜西漢中人，博士，西京學(xué)院理學(xué)院教授，主要從事納米材料研究;張翠紅（1986—），女，山東蓬萊人，博士，西京學(xué)院理學(xué)院副教授，主要從事光電材料研究。

[中圖分類號] G642 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）43-0173-04 ? ?[收稿日期] 2020-03-13

近年來，各級教育主管部門都在不斷強調(diào)教育信息化的重要性。2010年頒發(fā)的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020）年》中提到“到2020年，基本實現(xiàn)教育現(xiàn)代化，基本形成學(xué)習(xí)型社會，進入人力資源強國行列”[1]，要完成這一目標(biāo)，必須要實現(xiàn)教育信息化的全面提升。2019年的《關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》中也進一步強調(diào)實施國家級和省級一流課程建設(shè)“雙萬計劃”，著力打造一大批具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性的線下、線上、線上線下混合、虛擬仿真和社會實踐“金課”[2]。積極發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+教育”、探索智能教育新形態(tài)，推動課堂教學(xué)革命。特別是隨著5G技術(shù)的發(fā)展，移動互聯(lián)網(wǎng)可以更加便捷的實現(xiàn)在線學(xué)習(xí)，線上線下混合式教學(xué)。本著“以學(xué)生為主體—教師為主導(dǎo)”的教育理念，各大高校利用各種互聯(lián)網(wǎng)平臺積極開展信息技術(shù)與高等教育的互融互通，保留傳統(tǒng)教育方式的優(yōu)勢，同時又利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將手機、平板電腦等移動終端引入到課堂教學(xué)中，活躍了刻板的傳統(tǒng)課堂，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)信心[3]。本研究以應(yīng)用化學(xué)專業(yè)《儀器分析》課程為例，利用雨課堂與虛擬仿真實驗室構(gòu)建線上線下混合式教學(xué)新模式。

一、《儀器分析》課程現(xiàn)狀分析

《儀器分析》是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)一門重要的學(xué)科基礎(chǔ)與專業(yè)核心課程。本校應(yīng)用化學(xué)的就業(yè)方向之一為分析檢測方向，《儀器分析》課程是該方向的核心部分，為后續(xù)精細(xì)化學(xué)品分析與檢測、食品分析、環(huán)境分析等方向奠定堅實的基礎(chǔ)。該課程主要介紹現(xiàn)代儀器分析的理論和基本方法，以及在化學(xué)物質(zhì)分析、農(nóng)業(yè)化學(xué)、生物化學(xué)、環(huán)境保護、作物營養(yǎng)診斷和生命科學(xué)方面的應(yīng)用，是培養(yǎng)分析檢測方向應(yīng)用型人才的必修課程。

《儀器分析》課程開設(shè)于應(yīng)用化學(xué)專業(yè)大二第二學(xué)期，共80學(xué)時，其中理論教學(xué)48學(xué)時，實驗教學(xué)32學(xué)時。主要內(nèi)容包括原子發(fā)射光譜法、原子吸收光譜法、分子發(fā)光分析法、紫外—可見吸收光譜法、紅外吸收光譜法、核磁共振波譜法、質(zhì)譜分析法、電位分析及離子選擇性電極分析法、極譜與伏安分析法、氣相色譜法、液相色譜法的、透射電鏡等重要的現(xiàn)代儀器分析方法。

在長期的授課過程中，傳統(tǒng)的授課方式也存在以下一些問題：1.理論課中講解的內(nèi)容過多，且涉及到儀器分析機理部分的內(nèi)容較難且缺乏趣味性，且傳統(tǒng)的授課方式過于單一，通過老師“滿堂灌”的方式，忽略了學(xué)生的個性化差異和需求，學(xué)生囫圇吞棗，很難完全理解，進一步對課程失去興趣，滋生了厭學(xué)情緒，抑制了學(xué)生的創(chuàng)新思維和自主學(xué)習(xí)性。課程內(nèi)容不能及時更新，部分畢業(yè)學(xué)生反映課堂知識與實際職業(yè)崗位的需求不一致，實用性和針對性不足;2.《儀器分析》實驗課時為32學(xué)時，且實驗時間比較固定，一些儀器分析實驗往往需要較長的時間才能完成，為了課程更好地進行，實驗的前期工作均由老師來完成，學(xué)生僅進行簡單的樣品處理和分析檢測，無法更好地學(xué)習(xí)儀器的操作過程;部分大型儀器價格昂貴，且操作方法比較復(fù)雜，針對大量的本科生來說，無法一一進行操作實驗，只能觀摩老師操作教學(xué);課程實驗很難做到針對教學(xué)內(nèi)容所需模塊進行及時的教學(xué)和實踐，更談不上分階段、分模塊操作等;3.當(dāng)前考核方式單一，主要由出勤情況、課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)以及期末考試按比例給出學(xué)生的課程成績，這種方式無法全面評價學(xué)生的課程掌握情況，且缺乏與學(xué)生的溝通和交流，不能及時獲得相應(yīng)的教學(xué)反思。

二、線上線下混合式教學(xué)模式

傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要是通過學(xué)生課前預(yù)習(xí)，教師課堂授課，學(xué)生課后完成作業(yè)構(gòu)成，但是由于課前預(yù)習(xí)與課后作業(yè)是脫離教師進行的，因此教師無法掌握學(xué)生的情況。而當(dāng)前，教師可以借助互聯(lián)網(wǎng)、PC、手機、平板電腦等移動終端等信息化技術(shù)構(gòu)建起在線學(xué)習(xí)平臺，將傳統(tǒng)教學(xué)模式中的課前預(yù)習(xí)與課后作業(yè)搬到線上，老師可以更好地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，學(xué)生也可以及時地與老師溝通請教[4]。

本課程主要依賴的線上工具包括雨課堂與虛擬仿真實驗室。雨課堂是一款線上線下相結(jié)合的移動教學(xué)助手，目前我校已普及雨課堂的應(yīng)用。雨課堂平臺是模塊化設(shè)計，教師在課前可以通過平臺向?qū)W生推送預(yù)習(xí)內(nèi)容、小測驗等，同時平臺會將學(xué)生的預(yù)習(xí)情況進行統(tǒng)計，方便老師考核[5]。課堂教學(xué)過程中，利用雨課堂平臺，老師可以進行隨機點名、趣味問答、投票、課堂測驗等，與傳統(tǒng)的課堂相比，利用雨課堂授課，學(xué)生的參與度大大提高。由于傳統(tǒng)的點名式提問，部分學(xué)生即使知道答案也羞于在同學(xué)面前表現(xiàn)，而雨課堂的引入，使得每個學(xué)生都能夠參與到課堂互動中來。同時，雨課堂還能夠進行分小組討論、頭腦風(fēng)暴等，學(xué)生的所有學(xué)習(xí)過程都在線上有所體現(xiàn)，教師課后根據(jù)學(xué)生的課堂表現(xiàn)給出相應(yīng)的成績。課后作業(yè)由學(xué)生在線下完成，再拍照上傳，教師在線批改并給出正確答案，學(xué)生如有疑問可以在線與老師討論[6]。課前、課中、課后三個環(huán)節(jié)相互交融，有效的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。當(dāng)前，我校具備良好的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，同時有普及雨課堂平臺的應(yīng)用，為我們開展線上線下混合式教學(xué)工作提供了充分的工作條件。

此外，為了讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)大型儀器的實際操作，學(xué)校建立了虛擬仿真實驗室，學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)登錄虛擬仿真實驗室，可以在線進行實驗操作，包括：1.Flash動畫展示，能使學(xué)生全面深入地了解儀器工作原理;2.課件模塊：主要介紹實驗內(nèi)容、操作規(guī)程、理論知識、注意事項等內(nèi)容，使學(xué)生全面了解實驗方面的信息;3.軟件的仿真現(xiàn)場模塊，它主要用于實驗操作中對現(xiàn)場設(shè)備的操作仿真，包括粉末樣品制備、樣品桿加載與卸載操作、加液氮操作、真空面板操作、開關(guān)機光闌操作等子模塊;4.工作站模塊，它可實現(xiàn)實驗條件設(shè)置、圖像采集、圖像調(diào)節(jié)、能譜采集、譜圖分析等功能。相比傳統(tǒng)的教學(xué)模式，虛擬仿真項目可大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，對學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力起到了很好的促進作用[7]。

三、構(gòu)建《儀器分析》課程線上線下教學(xué)模式

針對當(dāng)前課程現(xiàn)狀，以及對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的了解，構(gòu)建應(yīng)用化學(xué)專業(yè)《儀器分析》課程線上線下混合式教學(xué)模式（如圖1所示），包括課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)、課后拓展三部分，充分體現(xiàn)了“以學(xué)生為核心，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念。

（一）課前預(yù)習(xí)，線上學(xué)習(xí)

教師在課前依托雨課堂在線平臺上傳預(yù)習(xí)資料，包括相關(guān)PPT課件，微課視頻，課堂上需要講解的題目、案例等等，根據(jù)預(yù)習(xí)內(nèi)容設(shè)置一些小測驗的題目，考察學(xué)生的預(yù)習(xí)效果。教師可以通過雨課堂向?qū)W生推送在線教學(xué)資源，比如學(xué)堂在線上的一些經(jīng)典的慕課課程，讓學(xué)生除了本校的學(xué)習(xí)之外還能夠?qū)W習(xí)其他高校的優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源。針對部分需要小組完成的討論活動，在雨課堂上進行分組和分工。學(xué)生通過自主預(yù)習(xí)，將學(xué)習(xí)中的一些問題和建議發(fā)布至討論區(qū)，有助于教師提前了解學(xué)生的學(xué)習(xí)痛點，同時可以及時與學(xué)生進行溝通。同時，針對沒有完成預(yù)習(xí)的同學(xué)，教師應(yīng)當(dāng)及時提醒其按時完成預(yù)習(xí)任務(wù)。

（二）課堂教學(xué)，線下互動

首先，課前利用雨課堂進行簽到，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確且用時較少，不足一分鐘便可完成全班的簽到，大大節(jié)省課堂時間。其次，教師通過雨課堂平臺提供的學(xué)生預(yù)習(xí)數(shù)據(jù)，可以明確學(xué)生的學(xué)習(xí)困惑，教師的教學(xué)活動針對性更強，而學(xué)生帶著問題來聽課，效率也更高。課堂上教師可以利用雨課堂來進行隨機提問，學(xué)生通過積極答題可以獲得相應(yīng)的學(xué)習(xí)積分，提高了學(xué)生的課堂參與積極性。課堂中，教師結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和教學(xué)內(nèi)容，采用小組討論、頭腦風(fēng)暴的模式來激發(fā)學(xué)生進行自主探究學(xué)習(xí)。小組討論的成果通過翻轉(zhuǎn)課堂來呈現(xiàn)，學(xué)生討論實驗方案，確定實驗步驟，制作課件，錄制視頻，在課堂上進行講解，與同學(xué)交流互動，分享學(xué)習(xí)心得，教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)活動進行點評，并依據(jù)分組分工給出相應(yīng)的分?jǐn)?shù)[8]。利用雨課堂平臺，還可以進行隨堂測驗，實時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。同時雨課堂的彈幕功能也能夠有效地拉近教師與學(xué)生的關(guān)系，每講完一個知識點，教師可以開通彈幕功能來了解學(xué)生對這部分內(nèi)容的掌握程度，及時調(diào)整授課的方式。

（三）課后拓展，線下訓(xùn)練

課后，教師通過雨課堂平臺布置作業(yè)并設(shè)置提交時間，學(xué)生在線下完成書面作業(yè)并按時拍照上傳，上傳后即可通過雨課堂平臺查閱作業(yè)的正確答案，老師在線批改，記錄學(xué)生的作業(yè)成績。學(xué)生如有疑問，可在線進行答疑。雨課堂平臺還具有隨機分組功能，可以通過小組互評，學(xué)生自評的方式來批改作業(yè)。相比與傳統(tǒng)課堂老師上完就走的情況，線上線下混合式教學(xué)為學(xué)生提供了一個復(fù)習(xí)回顧的機會，學(xué)生可以在線回顧教師上傳的學(xué)習(xí)資料，進一步鞏固學(xué)習(xí)效果。同時針對《儀器分析》這門課程，學(xué)生利用虛擬仿真實驗室在線平臺，學(xué)習(xí)大型儀器的基本原理和操作方法。利用這種沉浸式學(xué)習(xí)方法，幫助學(xué)生加深學(xué)習(xí)印象，有利于今后在崗位上直接操作儀器進行檢測。雨課堂在線平臺可將所有的教學(xué)過程數(shù)據(jù)化，有利于老師進行教學(xué)反思總結(jié)，優(yōu)化后續(xù)課程設(shè)計。

（四）教學(xué)評價與考核

《儀器分析》課程的最終考核成績由形成性考核與終結(jié)性考核按照1：1的比例構(gòu)成，形成性考核占總評成績50%，可以有效激發(fā)學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)的積極性。雨課堂可以將課前、課中、課后的學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)化，學(xué)生預(yù)習(xí)時長、答題情況、參與討論、課堂互動、隨堂測驗、課后作業(yè)等內(nèi)容均在線上有所記錄，教師利用系統(tǒng)對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進行評價并給出形成性考核成績。同時通過大數(shù)據(jù)的反饋，教師能夠掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并進行評估和總結(jié)。教師在后續(xù)課程中不斷調(diào)整課程設(shè)計，優(yōu)化教學(xué)方案，真正實現(xiàn)“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念。

四、基于線上線下混合式教學(xué)案例

下面以《儀器分析》課程中“紫外-可見吸收光譜法”為例，詳細(xì)介紹其線上線下混合式教學(xué)的具體實施方案：

五、結(jié)語與反思

將信息技術(shù)融入到傳統(tǒng)教學(xué)中形成的線上線下混合式教學(xué)模式是應(yīng)用型高校探索的教學(xué)創(chuàng)新模式。基于雨課堂與虛擬仿真實驗室的支撐，構(gòu)建了《儀器分析》課程的線上線下混合式教學(xué)，這種模式利用在線平臺的交互性、信息反饋的即時性、大數(shù)據(jù)等特點，基于便攜式移動終端，將課前（線上）—課中（線下）—課后（線上）有機結(jié)合，打破了傳統(tǒng)教學(xué)中教室與課外的壁壘，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性。移動終端的應(yīng)用有利于教師追蹤學(xué)生的整個學(xué)習(xí)過程，同時又能夠方便學(xué)生利用課余的碎片化時間來進行學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮了“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念。當(dāng)然，在線上線下混合式教學(xué)的具體實施過程中，也存在一些亟待解決的問題，如有些章節(jié)內(nèi)容比較晦澀難懂，學(xué)生預(yù)習(xí)效果不佳;對于虛擬仿真實驗室的操作學(xué)習(xí)，教師目前還無法在線追蹤，部分自主學(xué)習(xí)能力較差的同學(xué)敷衍了事;課堂上，教師如何避免學(xué)生利用手機做與課堂無關(guān)的事情。這些問題也提醒我們在今后的教學(xué)中應(yīng)該不斷學(xué)習(xí)，提高自身的信息化水平，充分發(fā)掘線上的教學(xué)資源，利用中國大學(xué)mooc、學(xué)堂在線、慕課網(wǎng)等線上資源，開發(fā)學(xué)生的視野，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而使《儀器分析》這門課程的線上線下教學(xué)模式更加完善。

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