以學(xué)生為中心的儀器分析實(shí)驗(yàn)線上線下混合式教學(xué)探索與實(shí)踐

楚清脆，田陽，鮮躍仲，王媛媛，張帆，朱安偉，張翠玲，徐志愛，鄭婷婷，張中海，張閩，張立敏，張琪偉，劉蒙蒙，萬晶晶，耿萍，趙秋華

華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，上海 200241

儀器分析實(shí)驗(yàn)是分析化學(xué)課程的重要組成部分，它是以分析儀器為基礎(chǔ)，通過學(xué)習(xí)測定物質(zhì)的化學(xué)組成、狀態(tài)和結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)行科學(xué)研究與質(zhì)量監(jiān)控的重要手段[1]。現(xiàn)代分析測試技術(shù)是從事化學(xué)化工、生物、醫(yī)藥、食品、環(huán)境等領(lǐng)域科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由于其應(yīng)用的廣泛性和先進(jìn)性，儀器分析實(shí)驗(yàn)已成為高等院?；瘜W(xué)及其相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一[2,3]。通過實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不但可以加深對儀器分析理論知識的理解，而且有助于培養(yǎng)分析解決問題的高階思維與綜合能力，為后續(xù)的科研訓(xùn)練、就業(yè)以及繼續(xù)深造都奠定了良好的基礎(chǔ)[4,5]。

1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的主要問題

1.1 儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、原理抽象，難以理解掌握

現(xiàn)代化的大型分析儀器多采用封閉式設(shè)計，通常由工程師完成安裝和調(diào)試。因此，學(xué)生無法直接觀察到儀器的內(nèi)部構(gòu)造和運(yùn)行狀態(tài)。同時，分析儀器的操作程序較復(fù)雜，學(xué)生僅靠課堂時間很難快速全面地掌握操作要領(lǐng)。另一方面，學(xué)生在課外鮮有機(jī)會接觸到這些分析儀器，實(shí)驗(yàn)課程的課前預(yù)習(xí)與課后鞏固不免流于形式。

1.2 教學(xué)方式單一，師生互動性不強(qiáng)

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于課堂時間有限，加之學(xué)生的預(yù)習(xí)效果不佳，通常以教師講授和實(shí)驗(yàn)演示為主，學(xué)生參與度低，缺乏課堂互動。另一方面，由于修讀人數(shù)多，專業(yè)方向差異大，無法滿足其個性化需求。此外，為避免同期學(xué)習(xí)導(dǎo)致理論課滯后于實(shí)驗(yàn)課的問題，實(shí)驗(yàn)課安排在完成理論課學(xué)習(xí)后的下一學(xué)期，這客觀上也導(dǎo)致了學(xué)生對所學(xué)理論知識一定程度上的遺忘。

1.3 課程評價重結(jié)果，學(xué)生積極性不高

實(shí)驗(yàn)課程的考核評價機(jī)制單一，以實(shí)驗(yàn)報告成績?yōu)橹鳎^于強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性、精密度以及書寫規(guī)范。課程過程性評價缺失，無法有針對性地評價學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)原理的理解和實(shí)驗(yàn)操作技能的掌握程度，也一定程度上導(dǎo)致了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性難以調(diào)動，不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)與能力提升。

2 課程教學(xué)設(shè)計與實(shí)踐

儀器分析實(shí)驗(yàn)是學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的重要實(shí)踐類課程。本課程圍繞學(xué)習(xí)目標(biāo)和“立德樹人”的根本任務(wù)[6,7]，將知識傳授與價值引領(lǐng)相結(jié)合，以信息化建設(shè)為抓手，從課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、評價方式、師資隊(duì)伍等方面開展了“多位一體”的綜合教學(xué)改革[8,9]。

2.1 融合現(xiàn)代教育理念，準(zhǔn)確定位課程目標(biāo)

華東師范大學(xué)是教育部直屬、教育部與上海市共建的全國重點(diǎn)大學(xué)，列入國家“211工程”“985工程”和國家世界一流大學(xué)建設(shè)高校A類行列的綜合性研究型大學(xué)，同時也是國家“111計劃”和“長三角高校合作聯(lián)盟”重要成員?；瘜W(xué)與分子工程學(xué)院成立于2015年1月20日，其前身化學(xué)系成立于1951年，是華東師范大學(xué)最早成立的理科院系之一?；瘜W(xué)專業(yè)2020年入選首批國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)。分析化學(xué)學(xué)科是我國第一批授權(quán)的碩士學(xué)位點(diǎn)，1996年獲博士學(xué)位授予權(quán)，是我?；瘜W(xué)第一個博士點(diǎn)，也是我國師范院校中的第一個分析化學(xué)博士點(diǎn)?，F(xiàn)有教授14人，副教授6人，講師1人。其中，8人參與化學(xué)菁英班儀器分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，全部具有高級技術(shù)職稱。

我院化學(xué)專業(yè)分為師范、非師范(以下統(tǒng)稱平行班)和化學(xué)菁英班三個培養(yǎng)方向?；趥€體基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)需求和培養(yǎng)目標(biāo)的不同，本課程秉承“以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向”的教育理念，因材施教，確立了相應(yīng)的課程教學(xué)目標(biāo)，概括來說，即在基礎(chǔ)知識和實(shí)驗(yàn)技能方面的要求相同(目標(biāo)1–3)，不同之處是對菁英班在科學(xué)素養(yǎng)與能力方面提出了更高的要求(目標(biāo)4)。

學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，具體應(yīng)達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)如下：(1) 記住并復(fù)述儀器的基本構(gòu)造與操作要領(lǐng)，說明分析原理與特點(diǎn)；(2) 正確使用分析儀器，合作完成相應(yīng)主題的實(shí)驗(yàn)課題；(3) 運(yùn)用所學(xué)知識處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析存在的問題并探討解決途徑，撰寫實(shí)驗(yàn)報告；(4-1) 樹立正確的科學(xué)理念，提升科學(xué)思維與自主學(xué)習(xí)能力，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作、人文關(guān)懷與社會責(zé)任感(平行班)；(4-2) 樹立正確的科學(xué)理念，提升科學(xué)思維、語言組織與表達(dá)能力、自主學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新意識，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作、人文關(guān)懷與社會責(zé)任感(菁英班)。

2.2 引入先進(jìn)技術(shù)成果，創(chuàng)建在線課程平臺

本課程融入先進(jìn)的儀器分析技術(shù)與現(xiàn)代化研究成果，現(xiàn)擁有電化學(xué)、光學(xué)、色譜與譜學(xué)等先進(jìn)的分析儀器，實(shí)驗(yàn)課題以應(yīng)用型和探究型實(shí)驗(yàn)為主。圍繞儀器分析實(shí)驗(yàn)中的重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容，我們利用學(xué)生喜聞樂見的微視頻生動直觀地展示儀器的內(nèi)部構(gòu)造和分析原理，使抽象內(nèi)容形象化，可視化；并基于我校大夏學(xué)堂在線平臺，構(gòu)建了儀器分析實(shí)驗(yàn)在線課程(開課名稱為“分析化學(xué)與分析技術(shù)實(shí)驗(yàn)II”)。線上資源依據(jù)實(shí)驗(yàn)單元分區(qū)，模塊設(shè)計如圖1所示。

圖1 在線課程平臺導(dǎo)航頁截圖

(1) 每個實(shí)驗(yàn)提供2個理論微視頻和1個實(shí)驗(yàn)操作微視頻，并配套測試題庫。

(2) 平臺為學(xué)生成果展示和師生、生生交流營造良好的線上學(xué)習(xí)氛圍。

(3) 中英文文獻(xiàn)、專業(yè)術(shù)語對照表及思政案例等學(xué)習(xí)資源進(jìn)一步滿足個性化需求。

(4) 課程介紹、教學(xué)大綱、課程安排與技術(shù)支持等說明課程的組織與實(shí)施方法。

(5) 學(xué)生線上學(xué)習(xí)可回溯，教師可及時督學(xué)和課堂反饋。

學(xué)生可以充分利用碎片化時間在移動終端隨時觀看微視頻，可隨時暫?；蛑貜?fù)播放，加深對實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容的理解和掌握，從而為課堂師生交流互動提供了更多時間，有效提高了動手實(shí)踐的成功率和準(zhǔn)確度。

2.3 借助信息化資源，開展線上線下混合式教學(xué)

本課程基于大夏學(xué)堂在線課程平臺，以布魯姆的教育目標(biāo)為核心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，因材施教，分層教學(xué)，設(shè)計了以學(xué)生為中心的“三環(huán)+三享”混合式課堂，通過環(huán)環(huán)相扣的教學(xué)設(shè)計引導(dǎo)學(xué)生內(nèi)化儀器分析基礎(chǔ)知識，發(fā)展分析解決復(fù)雜問題的高階思維與綜合能力，具體實(shí)施如下：

(1) 第一環(huán)課前：學(xué)生線上預(yù)習(xí)與自測；平行班撰寫紙版預(yù)習(xí)報告，菁英班準(zhǔn)備預(yù)習(xí)海報，分享自學(xué)成果，實(shí)現(xiàn)碎片化知識的鞏固與初步再構(gòu)；教師線上督學(xué)，及時關(guān)注學(xué)習(xí)動態(tài)。自測可多次嘗試，以最高分記成績，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性。

(2) 第二環(huán)課中：學(xué)生以2–3人小組式上課。首先，教師反饋預(yù)習(xí)情況；接著，分別利用翻轉(zhuǎn)課堂[10,11]和提問式教學(xué)法面向菁英班和平行班學(xué)生開展教學(xué)活動，其間教師通過分析方法比較、開放性提問適時引發(fā)學(xué)生思考與討論；然后，學(xué)生操作儀器，利用所學(xué)方法完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，樂享知識重構(gòu)與動手實(shí)踐。教師督查，一對一指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)操作。在教學(xué)中，教師適時引入思政教育，實(shí)現(xiàn)價值塑造和思想引領(lǐng)。

(3) 第三環(huán)課后：所有學(xué)生獨(dú)立撰寫實(shí)驗(yàn)報告，菁英班學(xué)生將完整版實(shí)驗(yàn)海報上傳平臺。教師線上點(diǎn)評反饋，并引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)互評與課外拓展?？蒲信d趣濃厚的學(xué)生以教師課題組為依托，本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練培育為載體，深入自主探究，創(chuàng)享新知。

課程安排采用大循環(huán)設(shè)計，每個學(xué)生一學(xué)期可參加多個完整的周期訓(xùn)練。以菁英班為例，線上線下混合式教學(xué)實(shí)踐過程如圖2所示。

圖2 線上線下混合式教學(xué)模式

2.4 采用過程性考核，注重形成性評價

課程考核采用過程性評價[12]，每個實(shí)驗(yàn)依據(jù)量規(guī)獨(dú)立考核，以百分計。包括在線預(yù)習(xí)與自測(20%，平臺統(tǒng)計)、翻轉(zhuǎn)課堂(小組匯報10%+交流討論15%，課堂打分)與實(shí)驗(yàn)操作(30%，課堂打分)、實(shí)驗(yàn)報告(20%，課后評閱)、在線參與度(5%，平臺統(tǒng)計)。如表1所示，通過對課前、課中和課后各環(huán)節(jié)活動的系統(tǒng)設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)切實(shí)達(dá)成課程教學(xué)目標(biāo)。

表1 過程性評價方式與教學(xué)活動實(shí)施對應(yīng)表

2.5 凝聚團(tuán)隊(duì)力量，提升教學(xué)技能

主講教師均為45歲以下中青年教師，具有博士學(xué)位和高級職稱，而且自身具有良好的科研基礎(chǔ)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)學(xué)緣結(jié)構(gòu)合理，精力充沛，有想法，有干勁，愿意服務(wù)于本科教學(xué)。課程教學(xué)的師生配比達(dá)1 : 2–1 : 3，同時每位主講配備一位研究生助教，真正實(shí)現(xiàn)小組化教學(xué)，一對一指導(dǎo)。在做好專業(yè)教學(xué)的同時，我們積極學(xué)習(xí)先進(jìn)的教學(xué)理念，融合德育教育，優(yōu)化教學(xué)方式方法，創(chuàng)設(shè)“高要求、有溫度”的課堂氛圍。

3 課程建設(shè)成效

3.1 專業(yè)積淀深厚，課程基礎(chǔ)扎實(shí)

分析化學(xué)是華東師范大學(xué)化學(xué)專業(yè)的四大基礎(chǔ)專業(yè)課程之一，方禹之、何品剛等先后擔(dān)任理論課與實(shí)驗(yàn)課程的主講。2002年，方禹之編著出版了《分析科學(xué)與分析技術(shù)》一書，是上海市普通高?！熬盼濉敝攸c(diǎn)教材之一。2012年，分析化學(xué)理論課入選上海市精品課程。2017年，儀器分析實(shí)驗(yàn)課程負(fù)責(zé)人楚清脆在主持修訂實(shí)驗(yàn)簡明教程的基礎(chǔ)上，完成了實(shí)驗(yàn)微視頻集的制作，并基于我校大夏學(xué)堂建成在線課程平臺。2019年，儀器分析實(shí)驗(yàn)課入選華東師范大學(xué)精品課程、上海高校課程思政領(lǐng)航課程和國家級首批線上線下混合式一流課程。

3.2 教學(xué)理念先進(jìn)，教學(xué)持續(xù)改進(jìn)

儀器分析實(shí)驗(yàn)課程始終以學(xué)生為中心，積極融入先進(jìn)的分析技術(shù)與科研成果，完善課程內(nèi)容和微視頻課件，實(shí)時更新在線平臺資源。2019年11月，該課程在中國大學(xué)MOOC正式上線，實(shí)現(xiàn)資源共享[12]。在線開放課程積極響應(yīng)“停課不停學(xué)”的號召，疫情期間服務(wù)學(xué)員1.1萬余人次。在教學(xué)組織實(shí)施方面，該課程采用小組式教學(xué)，充分營造師生互動氛圍。特別是近五年來，教學(xué)團(tuán)隊(duì)以信息化技術(shù)為抓手，多措并舉(如表1所示)積極推進(jìn)課程系統(tǒng)化設(shè)計和綜合性改革，著力提升課程學(xué)習(xí)挑戰(zhàn)度，促進(jìn)學(xué)生良好科學(xué)素養(yǎng)、高階思維與綜合能力的培養(yǎng)。

在專業(yè)教學(xué)的同時，我們積極融入思政教育。一方面，教師自身嚴(yán)格要求，做到身正為范；另一方面，通過教學(xué)內(nèi)容延伸和案例分析啟發(fā)作為思政教育的切入點(diǎn)，潤物細(xì)無聲地融入思想引領(lǐng)和價值觀的塑造。我們還借助在線課程平臺，以PPT的形式展示具有代表性的思政案例，進(jìn)一步拓展德育教育的時空(如圖3所示)。例如，在電位滴定實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生課前通過在線平臺觀看《自動電位滴定儀的“前世今生”》的PPT課件，引導(dǎo)學(xué)生了解自動電位滴定儀的發(fā)展歷程，體會科學(xué)家求真務(wù)實(shí)的科學(xué)精神和嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；課上師生交流進(jìn)一步端正學(xué)生的人生觀和價值觀。此外，在課上通過展示不同型號的自動電位滴定儀，讓學(xué)生更直觀地通過對比分析儀器的組成與性能特點(diǎn)，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識。

圖3 線上平臺部分典型案例的課件截圖

3.3 教學(xué)資源豐富，促進(jìn)目標(biāo)達(dá)成

在線課程平臺不僅提供理論微視頻和實(shí)驗(yàn)操作微視頻，還提供了在線測試題庫，有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。文獻(xiàn)資料、微視頻等形式多樣的課外資源，有助于學(xué)生知識拓展能力與創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。統(tǒng)計顯示，平臺訪問量持續(xù)攀升，學(xué)生的在線參與熱情非常高，內(nèi)容區(qū)和討論區(qū)是主要的活躍區(qū)域。線上線下教學(xué)有機(jī)融合，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)方式與學(xué)時的不足，滿足了個性化需求；過程性評價更全面地評估學(xué)生學(xué)習(xí)情況，有助于以評促學(xué)、以評促教，有效促進(jìn)了課程目標(biāo)的達(dá)成。

3.4 教改成效顯著，助力人才培養(yǎng)

儀器分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革系統(tǒng)深入，形成了一定的特色和長效機(jī)制，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，總體學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成度自我評價良好；化學(xué)菁英班的課程目標(biāo)達(dá)成度達(dá)0.85以上，研究生升學(xué)率達(dá)83%。期末問卷調(diào)查顯示，學(xué)生的對課程教學(xué)改革給予了充分肯定和高度評價，總體滿意度達(dá)90%以上；平行班有40%的同學(xué)表示如果有機(jī)會，愿意嘗試翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。學(xué)生參與科創(chuàng)的積極性很高，進(jìn)一步驅(qū)動了創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。近三年多來，分析專業(yè)教師團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)本科生科創(chuàng)項(xiàng)目48項(xiàng)，發(fā)表SCI論文51篇(其中本科生為第一或第二作者論文29篇)，會議論文18篇。作為代表，2016級菁英班韓欣悅發(fā)表一作SCI論文3篇，榮獲第十六屆挑戰(zhàn)杯全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎、累計創(chuàng)新全國銀獎、上海市特等獎。

3.5 教學(xué)相長，助力教師發(fā)展

教與學(xué)相輔相成，相互影響和促進(jìn)。課程教學(xué)實(shí)踐的過程也是教師自我成長的歷程。教師是課程教學(xué)的主導(dǎo)者，教改實(shí)踐的先行者。教師教育理念、教學(xué)方式方法與時俱進(jìn)，進(jìn)一步促進(jìn)了自身教學(xué)技能的不斷提升。近五年來，教學(xué)團(tuán)隊(duì)共參與完成省部級和校級教研項(xiàng)目10余項(xiàng)，積極參加教學(xué)研討會，發(fā)表教研論文多篇[8,13,14]，獲得2019年華東師范大學(xué)本科教學(xué)課程設(shè)計比賽一等獎、第一屆課程思政設(shè)計比賽一等獎、本科教學(xué)成果一等獎，以及第一屆全國高?；旌鲜浇虒W(xué)設(shè)計創(chuàng)新大賽設(shè)計之星獎等榮譽(yù)稱號。

4 結(jié)語

課程建設(shè)是一個長期的系統(tǒng)工程。我們將始終以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，從完善課程內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)設(shè)計、優(yōu)化教學(xué)團(tuán)隊(duì)等多方面持續(xù)改進(jìn)，建設(shè)優(yōu)質(zhì)課程，并在實(shí)踐中不斷提升教學(xué)成效，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。