翻转课堂下的仪器分析实验教学改革范文
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摘要：仪器分析是普通高等学校生物、环境、食品、制药等专业的一门专业基础课程，专业性与实践性均较强。目前国内普遍高校该课程理论讲授与实验教学分离，此传统教学模式已逐渐跟不上时代的潮流。文章重点从实验教学环节出发，探索了将传统模式与现代化技术结合，基于多媒体的实验教学课件配有大量图片、动画和演示视频，尤其基于翻转课堂理念，采用雨课堂的新型教学模式，利用智能手机的优势，改变学生在实验课堂上使用手机的目的，实验课前推送课件、推送实验仪器演示视频等、学习任务，进行课堂翻转，旨在提高实验课教学效果和学生学习兴趣。
一概述
从20世纪60年代以来，随着物理学、电子学的发展，分析化学从以溶液化学分析为主的经典分析化学逐渐过渡到以仪器分析为主的现代分析化学新阶段，仪器分析技术已成为分析化学的重要研究内容[1]。因而仪器分析是目前普通高等学校生物、环境、食品、制药等专业的一门专业基础课程，专业性与实践性均较强[2]。由于仪器分析课程是多学科的知识交叉，在上述理工科相关课程中起着十分重要的基础作用，因此，培养高素质理工科应用型人才就必然要学生学习和掌握仪器分析技术[3]。然而，传统“仪器分析”理论与实践分离的课堂教学难以完全达到很好的教学效果，而基于翻转课堂的新型教学手段具有在线学习、激发学生学习积极性等优势，因此，仪器分析实验教学开展翻转式课堂教学极有必要，是提高实践教学效果的有效途径，相关教学改革非常有意义。
二仪器分析实验课程传统教学模式的主要弊端
仪器分析课程重点讲解几类重要分析仪器的理论基础、仪器的基本结构、重要分析条件的选择、主要的分析方法、数据处理、结果表达。传统教学模式为理论讲授与实验教学结合，安排适当的实验，使学生对仪器分析有一个较全面的认识，通过实验教学使得学生在理论课堂的学习基础上进一步掌握仪器的基本原理、不同物质的分析方法以及各种仪器的结构、性能和使用方法，培养学生正确的实验操作技能、细致的观察及深入思考的能力，养成及时记录和处理实验数据的良好习惯，同时学会如何正确分析讨论实验结果结论，从而完成完整、简明、逻辑性强的分析实验报告，尤其应培养学生实事求是的科学态度以及严谨的作风，全面提高学生的仪器分析素质，为后继课程的学习和今后工作打下坚实的基础，并且使得学生初步了解和熟悉在生物、环境、食品、药品科研及生产中常用的现代化分析检测手段。但是，目前普遍高校设置仪器分析的实验课程时，与理论课相关的实验课程通常无法在该理论课结束后立即开设，此理论与实验无法紧密结合的现象会导致实验教学的困难，这是由于部分学生理论课堂的学习本就吸收率不高，理论课后既无系统复习，实验课前亦无预习，导致实验课程实践过程中操作混乱，对实验课程所学一无所知。另外，由于实验报告的较强可复制性，这些导致的直接后果就是部分学生对实验课缺乏重视，实验课失去了强调动手、强调应用的目的和意义。
三仪器分析实验教学改革——基于翻转课堂
随着智能手机的普及和90后、00后新一代大学生进入校园，传统授课模式需要与时俱进，这便给大学教育带来了新的挑战和机遇，教师无法一味地要求学生在课堂上“抬起头”不使用手机。将传统教学方式与现代信息技术相结合，基于传统的课堂讲授、点名提问、布置作业、考试（期中、期末）等教学方法，现引入多媒体教学、讨论、辩论、演讲、研究训练等新的现代教学方法与理念；教学课件配有大量图片、动画和视频，通过多种教学媒体的同步建设和综合使用建立动态教学体系，增加了课堂教学的信息量，加强师生互动，有效地培养学生的创新思维与工程实践能力。尤其是采用学堂在线与清华大学在线教育研发的“雨课堂”的新兴教学模式[4]，利用当今社会智能手机的优势，从而改变大学生在课堂上“玩”手机的目的。“雨课堂”是基于PowerPoint的一款插件，将复杂的信息技术手段简单化，仅依靠PowerPoint和微信操作简单，在教师的课堂教学与学生的课外预习之间建立桥梁，从而使得课堂互动永远在线[5]。此项技术颠覆了教师在课堂上单纯地不允许学生使用手机的旧观念，相反地让学生拿出手机，并使用手机的微信功能关注“雨课堂”的公众号来进行课堂互动。这不仅可以使得师生联系的更加紧密和方便，实现实时互动，让师生关系变得更加融洽，此外，雨课堂技术亦可覆盖每个教学环节，使得教学环节更方便、简洁。
1.课前——教师提供丰富线上教学资源及学生课前随时随地自主学习传统的仪器分析实验课主要讲授实验原理、实验仪器的构造及使用、实验的操作与流程、实验结果的分析与讨论等。实验课程的安排和理论课相对应的实验通常无法紧密衔接导致的理论与实践孤立分离，导致有些学生在实验课进行时相应的理论部分记忆模糊，实验课无法达到预期效果。传统的实验教学模式受到挑战，若使用“雨课堂”，教师在实验课前可将相关的预习课件，包括实验原理、实验步骤、实验仪器操作的演示视频推送到学生手机，以便于学生提前预习，进行课堂翻转，明确上课的重点内容。并且在视频中可以设置思考题目，让学生随时随地自主学习的过程中，可以发现问题、解决问题，带着问题去做实验。另一方面，学生可以在提前线上学习的时候集中问题反馈，提前预习的过程中遇到不理解的问题可以在学习平台上进行反馈，教师可以根据反馈进行实验课中教学重难点及节奏快慢的调整。另外，在课前可展示课堂二维码，让学生扫码进行签到，即使是较多人的实验课也不用浪费时间进行点名，进入课堂后可利用雨课堂随机滚动名单进行点名。
2.课中——教师与学生互动线下教学实验课上，教师可以在实验课堂教学过程中利用雨课堂的弹幕功能设置提问与回答，面对于现在大学生主动举手回答问题的积极性较弱或者学生较为腼腆，雨课堂的弹幕回答问题可以很好地解决，一方面弹幕比较符合潮流，另一方面弹幕的使用即使回答错误，学生也不用担心面子问题；同时，学生在实验过程中遇到不理解的环节亦可以随时通过发送弹幕提问或者在该页幻灯片上点“不懂”标记；每次实验结束后可以通过雨课堂设置练习题的功能（包括单项选择题、多项选择题、填空题，甚至还可以设置主观题），让参与本次实验学习的同学于限定时间内完成实时答题，从而“趁热打铁”巩固该次实验课所学知识，答题结束后根据教师设置的答案可以立刻得到答题成绩，省去了阅卷的时间，方便快捷。另外，由于学生在课前已经进行线上预习，可以根据实验仪器视频进行实验操作，鼓励学生小组讨论，课前教师可以提前通过雨课堂推送给每个小组学习任务，课堂上可以随机抽取小组或成员进行学习任务的解决，最后可以通过雨课堂的投票功能，让所有学生作为评委为不同的小组进行打分，凸显学生学习的主导地位，旨在提高学生的学习积极性与主动性。
3.课后——教师可对学生实验课堂表现进行统计总结、跟踪及反馈实验课后针对雨课堂给出的课堂数据如表1，包括学生的签到情况、弹幕参与情况、测验情况等。通过学生实验课程的随堂测验成绩以及被标记为“不懂”的课件，针对测验分数较低和“不懂”的知识点以及相应知识学习较为薄弱的学生进行线上线下的课后辅导；通过实验课程加深对仪器原理、仪器构造及使用方法的印象，提高学生的实际动手能力；通过雨课堂布置难度较高的作业，可使用主观题模式，学生可通过拍照上传作业，可以针对不同的食品、药品、生物学研究对象和分析目标物选择合适的分析方法，并解决分析过程出现的各种问题，以提升学生的实际应用能力。综上，基于雨课堂新型教学手段的翻转课堂仪器分析实验教学改革的框架结构如图1所示。
四课程评价及考核的改革
由于仪器分析这门课程实践性较强，常规笔试的考核方式实际无法全面反映出学生的真实学习水平、能力和教学效果，笔试仅能考察学生对理论知识如基本概念、理论和实验操作步骤的记忆情况，且可能产生作弊现象。仪器分析课程重在培养学生检测分析的实践能力，比如根据生产中样品的某种组分及存在条件从而选择适合的前处理及分析方法，从样品采集、处理、选择仪器、分析测定、数据处理、出具简明的测试报告，这些环节需要对学生进行全面综合培养，从而全面提高学生仪器分析的综合检测水平和能力。此外，我们的最终目标是培养学生严谨、认真的科学态度和实事求是的科学作风，学生必须具备所学专业的科研和生产所需的仪器分析基本素质。笔试无法考核学生的实验能力和学习能力，故无法达到课程的教学目的，因此我们还需要改革课程考试和成绩评价的方法。故重点应加强对实验部分的评价，在保留每次实验后上交实验报告，以雨课堂给出的实验出勤、弹幕参与度、随堂测验数据以及实验报告成绩作为平时成绩的基础上，可以利用约4个学时进行实验室考核即仪器分析仪器应用的考核。所考核的实验应为综合性实验，比如包括食品、药品等样品的采集、制备与前处理、标准溶液的配制，以及分析仪器的基本操作步骤，以及数据处理包括标准曲线的绘制、含量等的计算等，该实验技能考核学生应独立操作、自行完成，当场上交实验报告、监考教师当场判定成绩，而成绩评判的标准应包括：实验原理的掌握、操作步骤是否正确、实验中是否仔细观察、对实验现象的产生是否进行深入思考、对于数据的记录及处理是否合理、是否可以得出正确的实验结果和结论、是否能够完成完整、简明、逻辑性强的实验报告。每项均有具体分数占比及评分标准。此种实验考核方式，可以杜绝传统笔试的作弊现象，更注重学生实践能力的培养，从而提高综合素质及应用能力[6]。
五结语
“雨课堂”线上线下结合的新型实验教学模式，使得高校理工科专业的专业基础课——《仪器分析》课程的学习不再局限于实验室，学生课后可以自主安排学习时间与地点，同时我们可以借助雨课堂强大的数据统计功能，对学生进行更为客观准确的评价，尤其是过程评价。这不仅可以显著提高教师的实验教学效果，亦可以培养学生对实验课程的自主学习能力及动手能力，从真正意义上实现了仪器分析实验课程的人才培养目标。
参考文献
[1]赵春超,刘雯燕,邵建华,等.仪器分析课程实验教学改革探讨[J].现代农业科技,2019(01):253-254.
[2]李承勇,何蕾,廖艳,等.环境类专业仪器分析教学探索与研究[J].轻工科技,2019(06):155-156.
[3]郭明,夏琪涵,周建钟,等.混合式教学在“仪器分析”课堂教学中的应用探讨[J].化学教育(中英文),2019,40(06):30-35.
[4]多依丽,付晓岩,海军.“雨课堂”与传统教学模式的比较研究[J].大学教育,2017:153-155.
[5]张宁,张广文.雨课堂教学应用的混合式教学实践——以食品分析课程为例[J].轻工科技,2019(06):189-191.
[6]张玲,吴景梅,郭春燕.《仪器分析》实验教学改革与实践[J].长江大学学报(自科版),2013,10(34):105-106.
作者：王颖 李荣 姜子涛 单位：天津商业大学生物技术与食品科学学院