儀器分析實驗教學(xué)改革

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［摘要］利用豐富的微課資源和“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，有望克服傳統(tǒng)教育的不足，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨立思考、實踐操作及團隊合作能力。課題組結(jié)合“測量維生素B6注射液中維生素B6的含量——分子熒光光譜法”具體實例討論如何將這種教學(xué)模式運用于儀器分析實驗課程教學(xué)中，以提高實踐教學(xué)效果。

［關(guān)鍵詞］翻轉(zhuǎn)課堂；儀器分析實驗；教學(xué)改革；教學(xué)方法

一、翻轉(zhuǎn)課堂的理念和特點

翻轉(zhuǎn)課堂（InvertedClassroom）又稱為“顛倒課堂”，是指學(xué)生在課前利用教師在網(wǎng)絡(luò)上的音視頻電子教材等數(shù)字材料自主學(xué)習(xí)課程，然后在課堂上參與同學(xué)和教師的互動活動（釋疑解惑、探究問題等）并完成練習(xí)的一種新型教學(xué)模式和教學(xué)形態(tài)。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式最早由美國學(xué)者J.WeleyBaker于2000年提出。2007年，美國科羅拉多州落基山林地公園高中的兩名化學(xué)教師JohnBergmann和AaronSam用視頻軟件錄制PPT課件并配音，將所錄制的教學(xué)視頻上傳到網(wǎng)絡(luò)，囑咐學(xué)生提前在課下自主學(xué)習(xí)，課堂教學(xué)時間則主要用于老師集中答疑和問題討論，或?qū)嶒灢僮饔欣щy的學(xué)生提供針對性的指導(dǎo)[1]。繼首次實踐了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，為幫助更多的教師理解和接受翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念和教學(xué)方法，林地公園高中于2012年1月30日舉辦了第一個翻轉(zhuǎn)課堂開放日，向參觀者呈現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂的運行情況和學(xué)生們的學(xué)習(xí)狀態(tài)。2007年，美國人薩爾曼•可汗利用網(wǎng)絡(luò)進行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的視頻授課并獲得成功，他錄制的每段視頻課程長約10分鐘，采用電子黑板系統(tǒng)從最基礎(chǔ)的內(nèi)容開始，由易到難逐步進階且互相銜接進行教學(xué)。教師在網(wǎng)站上開發(fā)了一種練習(xí)系統(tǒng)，詳細并完整記錄了每位學(xué)習(xí)者對每一個問題的練習(xí)記錄，教師據(jù)此可輕易得知學(xué)習(xí)者對知識的掌握程度。以他名字命名的可汗學(xué)院翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式被認為正式打開了未來教育的曙光，而被加拿大《環(huán)球郵報》評為2011年影響課堂教學(xué)的重大技術(shù)變革。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式顛覆了傳統(tǒng)的教師主導(dǎo)課堂的模式，可以極大地調(diào)動學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，并充分利用學(xué)生的課外時間，使其逐漸成為當(dāng)前全球教學(xué)研究的熱點課題。翻轉(zhuǎn)課堂是通過逆向安排知識傳授和知識內(nèi)化，倡導(dǎo)以學(xué)生主導(dǎo)、教師輔助，重新編排教師和學(xué)生課堂教學(xué)內(nèi)容、性質(zhì)的新型教學(xué)模式。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實施主要涉及以下四點：（1）制作精美的教學(xué)視頻；（2）顛倒傳統(tǒng)的教學(xué)流程；（3）讓學(xué)生真正實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)；（4）把學(xué)習(xí)從追求學(xué)歷的禁錮中解放出來。短小精悍教學(xué)視頻的使用和傳統(tǒng)教學(xué)流程的調(diào)整成為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式最具特色的兩大標桿性要素。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式不僅改變了傳統(tǒng)的教學(xué)結(jié)構(gòu)，而且改變了傳統(tǒng)的教學(xué)流程，具有與傳統(tǒng)教學(xué)模式截然不同的特點和獨特的優(yōu)勢。傳統(tǒng)教學(xué)模式一直以來都是以教師課堂講解為主，學(xué)生被動接受教師傳授的知識，在時間、空間上都受到限制，使得學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性都不高。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式則采取學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主、教師課堂講解為輔的新型教學(xué)結(jié)構(gòu)，可使教師從課堂滿堂灌角色中釋放出來，并強調(diào)課堂上教師對于學(xué)生的針對性指導(dǎo)以及學(xué)生之間的團隊協(xié)作學(xué)習(xí)，可使學(xué)生更有效地掌握知識。其次，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式采取學(xué)生課前通過PPT課件和視頻自主學(xué)習(xí)，教師課上有針對性地攻克重難點并答疑解惑的教學(xué)流程，不僅為學(xué)生提供完全個性化的學(xué)習(xí)時間、空間和途徑，而且也對增大資源共享和教學(xué)信息量提供較大的幫助。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式要求學(xué)生根據(jù)教師提供的重難點在課前自主學(xué)習(xí)新知識并總結(jié)歸納學(xué)習(xí)知識點，同時開展團結(jié)協(xié)作交流模式，可有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機和自主學(xué)習(xí)積極性，也有利于提高教師的教學(xué)水平和教學(xué)技能。

二、儀器分析實驗課程現(xiàn)狀

儀器分析課程是普通高師院校化學(xué)等相關(guān)專業(yè)的核心課程，具有十分重要的地位。由于儀器分析是一門儀器課程，涉及物理學(xué)、電子電工學(xué)、計算機科學(xué)等多種學(xué)科結(jié)合，具有理論性較強、實踐性較強、內(nèi)容更新快等特點。儀器分析實驗作為儀器分析理論課程的有力補充，能加深學(xué)生對儀器分析基礎(chǔ)理論知識的理解，熟練掌握儀器分析的實驗操作技能，培養(yǎng)學(xué)生認真嚴謹、實事求是的科研態(tài)度，提高學(xué)生的科研創(chuàng)新意識，有利于更好地適應(yīng)社會發(fā)展和人才培養(yǎng)的需求[2]。就目前廣西少數(shù)民族地區(qū)的高等師范院校學(xué)生的實際情況來看，學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時仍存在較大的不足。大部分學(xué)生認為儀器分析實驗課程較抽象，對儀器的原理、構(gòu)造的理解程度不夠深入，學(xué)習(xí)熱情不夠高。儀器分析實驗所用的儀器精密度相對較高，學(xué)生真正操作或是會操作的儀器類型非常有限，導(dǎo)致大部分學(xué)生的儀器操作能力差，進行畢業(yè)設(shè)計或者就業(yè)應(yīng)聘時面對儀器無從下手，嚴重阻礙了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。由于是師范院校，絕大部分學(xué)生將來就業(yè)的單位為中學(xué)，而中學(xué)基本上沒有使用儀器的機會，因此造成學(xué)生對該課程不太感興趣，重視程度不夠高。對于實驗課程，大部分學(xué)生往往只是照本宣科抄一下書中的實驗內(nèi)容，缺乏深入思考，也未完全理解實驗基本原理及具體的實驗操作過程。實驗過程中，部分學(xué)生還存在實驗習(xí)慣不好、實驗操作不規(guī)范的情況，如不及時記錄實驗數(shù)據(jù)、擅自更改實驗數(shù)據(jù)等。我們在總結(jié)儀器分析實驗教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，改革了傳統(tǒng)的儀器分析實驗教學(xué)方式，取得了較好的教學(xué)效果。

三、翻轉(zhuǎn)課堂在儀器分析實驗教學(xué)中的改革實踐

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于儀器分析實驗課程的教學(xué)改革有望取得較好的教學(xué)效果。利用發(fā)達的現(xiàn)代教學(xué)網(wǎng)絡(luò)和計算機技術(shù)，教師可以提前制作精美、生動的教學(xué)課件，同時引入新穎、先進的知識和技術(shù)，豐富教學(xué)內(nèi)容并將其上傳到網(wǎng)絡(luò)。學(xué)生可以利用自己的課余時間，通過微信、QQ等多種方式隨時隨地自主觀看教師上傳的教學(xué)視頻及學(xué)習(xí)資料，自主學(xué)習(xí)，自由討論，消化吸收知識，對于有疑惑的知識也可以事先相互討論，如對問題實在難以解決則可記錄下來，留待教師解惑。在課堂實踐教學(xué)過程中，教師則主要針對學(xué)生的疑問進行解答，并通過一定的課后練習(xí)達到鞏固知識點的作用。由于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的教學(xué)組織形式由傳統(tǒng)的“課堂授課講解+課后作業(yè)鞏固”轉(zhuǎn)變?yōu)椤罢n前自主學(xué)習(xí)+課堂針對答疑”的模式，極大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，活躍了課堂氣氛，顯著提高了教學(xué)效果[3]。截至目前，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式主要應(yīng)用在理論課程的教學(xué)過程中[4-5]，而在實踐教學(xué)課程中的應(yīng)用相對較少，尤其是在儀器分析實驗課程教學(xué)中則更少[6-7]。儀器分析實驗課程是儀器分析理論課程的重要實踐環(huán)節(jié)，其課程教學(xué)模式亟待改革以提高教學(xué)效果。在儀器分析實驗課程的教學(xué)過程中主要應(yīng)用很多儀器，課程重點也是培養(yǎng)學(xué)生獨立實現(xiàn)分析儀器的規(guī)范操作和正確使用。隨著分析儀器設(shè)備的更新和發(fā)展，基本上所有儀器設(shè)備都實現(xiàn)了電腦聯(lián)網(wǎng)操作，較多進口儀器設(shè)備的操作軟件還是英文操作界面，必須提前熟悉這些儀器的操作才能大大提高儀器的運轉(zhuǎn)效率，也更有利于學(xué)生理解實驗內(nèi)容。因此，針對儀器分析實驗課程的課程特點，在該課程中應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式是十分必要和適合的?；诜D(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的儀器分析實驗課程教學(xué)改革，首先需要轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)觀念和學(xué)生的學(xué)習(xí)觀念，需要改變教師手把手地教授儀器的使用的方式，而讓學(xué)生通過課前觀看教師精心制作的教學(xué)視頻，并查閱相關(guān)的理論教材和文獻資料深入理解儀器構(gòu)造和操作流程。我們根據(jù)儀器分析實驗課程的要求，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的特點，獲取并整理了一系列新穎、生動、短小精悍的網(wǎng)絡(luò)視頻，對于網(wǎng)絡(luò)上缺少的教學(xué)視頻我們就自己進行制作（特別是設(shè)備操作類的教學(xué)視頻），實現(xiàn)針對性教學(xué)。對于有條件的實驗，我們還盡量提供一些虛擬仿真操作軟件和設(shè)備模擬動畫等，為學(xué)生提供模擬環(huán)境以進行仿真模擬操作，進而檢驗學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自身預(yù)習(xí)的效果，加深對儀器結(jié)構(gòu)的理解程度和實驗操作的熟練程度。教師將這些教學(xué)視頻上傳到網(wǎng)絡(luò)上，如何引導(dǎo)和督促學(xué)生在課前的課余時間充分利用網(wǎng)絡(luò)進行學(xué)習(xí)，成為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式運用是否成功實現(xiàn)的關(guān)鍵。由于目前高校學(xué)生的日常活動十分豐富，社團活動更是應(yīng)接不暇，占據(jù)了學(xué)生大部分的業(yè)余時間，也在一定程度上阻礙了學(xué)生的課前自學(xué)時間。為此，我們專門針對這些情況設(shè)置了被動式和主動式相結(jié)合的方式督促學(xué)生提前進行自主學(xué)習(xí)。借助學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)平臺和多種網(wǎng)絡(luò)資源，我們對網(wǎng)上的教學(xué)素材進行設(shè)置，允許學(xué)生在線觀看且不可下載，并對學(xué)生在線學(xué)習(xí)的內(nèi)容和時間進行統(tǒng)計，即可直觀量化了解學(xué)生的課前自主學(xué)習(xí)情況。此外，依據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的主旨“以學(xué)為中心”，我們還注重引導(dǎo)學(xué)生進行主動式學(xué)習(xí)。針對每個實驗內(nèi)容，我們不僅通過網(wǎng)絡(luò)平臺每個學(xué)習(xí)階段要完成的內(nèi)容，而且提出一些具體的實驗案例思考，刺激學(xué)生的好奇心，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性。同時，我們還在實驗前設(shè)置了一些涉及實驗具體操作、儀器使用注意事項等方面的問題，促使學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)。在學(xué)生正式進入實驗室進行實驗操作之前，由教師隨機提問每位學(xué)生1至2個問題，學(xué)生的答題情況將作為該實驗成績的一個重要組成部分，以切實加強學(xué)生在實驗教學(xué)課前的自主學(xué)習(xí)效果。在學(xué)生開展實驗的過程中，教師對學(xué)生的實驗操作過程進行監(jiān)督，對學(xué)生出現(xiàn)的問題及時進行糾正。在學(xué)生實際操作之前，將全體學(xué)生每4人分為一組，并在學(xué)生操作或等待儀器給出數(shù)據(jù)的間隙，教師和學(xué)生進行廣泛深入的交流，組織學(xué)生積極開展課堂討論，并結(jié)合實驗內(nèi)容加深學(xué)生了解儀器分析方法的實際應(yīng)用范圍，提出某些新型物質(zhì)的實際檢測方法和要求。在小組完成儀器操作和使用過程中，我們督促學(xué)生相互合作與討論，遇到問題先組內(nèi)探討，解決不了再詢問教師。教師依次巡視各實驗小組的實驗情況，及時指出實驗操作中遇到的問題，避免損壞實驗儀器。實驗結(jié)束后，教師可根據(jù)實驗儀器使用過程中的重點步驟和操作難點進行有效的、針對性的提問，了解學(xué)生的實際掌握情況，并結(jié)合實驗操作過程和實驗數(shù)據(jù)及時進行分析和點評。按照課程要求，教師應(yīng)正確指導(dǎo)學(xué)生認真書寫實驗報告，正確處理和分析實驗數(shù)據(jù)，總結(jié)實驗結(jié)果并對分析結(jié)果進行討論，以切實提高課程教學(xué)效果?；诜D(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，我們以“測量維生素B6注射液中維生素B6的含量——分子熒光光譜法”為例設(shè)計并實施了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，具體實施過程分為三個方面。（1）課前：教師將提前錄制的有關(guān)熒光光譜儀使用的教學(xué)視頻上傳到網(wǎng)絡(luò)，供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。同時設(shè)置關(guān)于維生素B6注射液中維生素B6含量測定的相關(guān)問題，如：測定維生素B6含量的實際意義、常用的測定方法、國標規(guī)定的測定方法等。根據(jù)學(xué)生課前查閱的相關(guān)資料，指導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計實驗方案，并完成實驗預(yù)習(xí)報告的書寫。（2）課中：教師有針對性地指導(dǎo)學(xué)生進行維生素B6注射液中B6的含量測定實驗。在實驗過程中，將學(xué)生4人分為一組，指導(dǎo)學(xué)生按照實驗要求完成實驗內(nèi)容，并注意引導(dǎo)學(xué)生進行組內(nèi)討論和問題釋疑。教師對于學(xué)生實驗過程中的錯誤要及時糾正，保證學(xué)生順利完成實驗操作。當(dāng)實驗項目完成后，教師對實驗重點步驟和操作流程進行提問，并最終對學(xué)生進行實驗操作過程和實驗態(tài)度等多方面的綜合評價。（3）課后：學(xué)生根據(jù)要求完成實驗報告的撰寫，處理實驗數(shù)據(jù)并對實驗結(jié)果進行分析。對照相應(yīng)的國家標準或行業(yè)標準對實驗結(jié)果進行準確性和靈敏度的綜合評價。儀器分析實驗課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實施，使該課程的教學(xué)效果得到較大提升。學(xué)生們對該課程的學(xué)習(xí)熱情得到了極大的提升，課堂氣氛也十分活躍。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在儀器分析實驗課程教學(xué)過程中的成功應(yīng)用，不僅培養(yǎng)了學(xué)生良好的操作技能，也培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，而且能使學(xué)生從實驗當(dāng)中總結(jié)出經(jīng)驗教訓(xùn)，緊密聯(lián)系實際應(yīng)用，讓學(xué)生確實覺得學(xué)有所值。

四、結(jié)論

本文以“測量維生素B6注射液中維生素B6的含量——分子熒光光譜法”為例設(shè)計翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在儀器分析實驗課程中的應(yīng)用，采取視頻、音頻等先進的多媒體教學(xué)手段，設(shè)計生動、現(xiàn)象、活潑的教學(xué)視頻展示晦澀難懂的儀器實驗過程，極大降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，極大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，提高了學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)熱情。通過使用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，有效節(jié)約了教師的課堂授課時間，切實提高了學(xué)生的實驗操作技能，并幫助學(xué)生解決實際操作中遇到的問題。

作者：黃珊 周志強 韋良 朱汝葵 肖琦 單位：南寧師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院