儀器分析實驗教學改革
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［摘要］利用豐富的微課資源和“翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式相結(jié)合，激發(fā)學生學習的積極性和主動性，有望克服傳統(tǒng)教育的不足，培養(yǎng)學生自主學習、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模式運用于儀器分析實驗課程教學中，以提高實踐教學效果。
［關鍵詞］翻轉(zhuǎn)課堂；儀器分析實驗；教學改革；教學方法
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”，是指學生在課前利用教師在網(wǎng)絡上的音視頻電子教材等數(shù)字材料自主學習課程，然后在課堂上參與同學和教師的互動活動（釋疑解惑、探究問題等）并完成練習的一種新型教學模式和教學形態(tài)。翻轉(zhuǎn)課堂教學模式最早由美國學者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，將所錄制的教學視頻上傳到網(wǎng)絡，囑咐學生提前在課下自主學習，課堂教學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的學生提供針對性的指導[1]。繼首次實踐了翻轉(zhuǎn)課堂的教學模式，為幫助更多的教師理解和接受翻轉(zhuǎn)課堂的教學理念和教學方法，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生們的學習狀態(tài)。2007年，美國人薩爾曼•可汗利用網(wǎng)絡進行翻轉(zhuǎn)課堂教學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)從最基礎的內(nèi)容開始，由易到難逐步進階且互相銜接進行教學。教師在網(wǎng)站上開發(fā)了一種練習系統(tǒng)，詳細并完整記錄了每位學習者對每一個問題的練習記錄，教師據(jù)此可輕易得知學習者對知識的掌握程度。以他名字命名的可汗學院翻轉(zhuǎn)課堂教學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年影響課堂教學的重大技術變革。翻轉(zhuǎn)課堂教學模式顛覆了傳統(tǒng)的教師主導課堂的模式，可以極大地調(diào)動學生的自主學習積極性，并充分利用學生的課外時間，使其逐漸成為當前全球教學研究的熱點課題。翻轉(zhuǎn)課堂是通過逆向安排知識傳授和知識內(nèi)化，倡導以學生主導、教師輔助，重新編排教師和學生課堂教學內(nèi)容、性質(zhì)的新型教學模式。翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的實施主要涉及以下四點：（1）制作精美的教學視頻；（2）顛倒傳統(tǒng)的教學流程；（3）讓學生真正實現(xiàn)自主學習；（4）把學習從追求學歷的禁錮中解放出來。短小精悍教學視頻的使用和傳統(tǒng)教學流程的調(diào)整成為翻轉(zhuǎn)課堂教學模式最具特色的兩大標桿性要素。翻轉(zhuǎn)課堂教學模式不僅改變了傳統(tǒng)的教學結(jié)構(gòu)，而且改變了傳統(tǒng)的教學流程，具有與傳統(tǒng)教學模式截然不同的特點和獨特的優(yōu)勢。傳統(tǒng)教學模式一直以來都是以教師課堂講解為主，學生被動接受教師傳授的知識，在時間、空間上都受到限制，使得學生學習的積極性和主動性都不高。翻轉(zhuǎn)課堂教學模式則采取學生自主學習為主、教師課堂講解為輔的新型教學結(jié)構(gòu)，可使教師從課堂滿堂灌角色中釋放出來，并強調(diào)課堂上教師對于學生的針對性指導以及學生之間的團隊協(xié)作學習，可使學生更有效地掌握知識。其次，翻轉(zhuǎn)課堂教學模式采取學生課前通過PPT課件和視頻自主學習，教師課上有針對性地攻克重難點并答疑解惑的教學流程，不僅為學生提供完全個性化的學習時間、空間和途徑，而且也對增大資源共享和教學信息量提供較大的幫助。翻轉(zhuǎn)課堂教學模式要求學生根據(jù)教師提供的重難點在課前自主學習新知識并總結(jié)歸納學習知識點，同時開展團結(jié)協(xié)作交流模式，可有效激發(fā)學生的學習動機和自主學習積極性，也有利于提高教師的教學水平和教學技能。
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等相關專業(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、電子電工學、計算機科學等多種學科結(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，能加深學生對儀器分析基礎理論知識的理解，熟練掌握儀器分析的實驗操作技能，培養(yǎng)學生認真嚴謹、實事求是的科研態(tài)度，提高學生的科研創(chuàng)新意識，有利于更好地適應社會發(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)的高等師范院校學生的實際情況來看，學生在學習該課程時仍存在較大的不足。大部分學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，學習熱情不夠高。儀器分析實驗所用的儀器精密度相對較高，學生真正操作或是會操作的儀器類型非常有限，導致大部分學生的儀器操作能力差，進行畢業(yè)設計或者就業(yè)應聘時面對儀器無從下手，嚴重阻礙了學生學習的積極性。由于是師范院校，絕大部分學生將來就業(yè)的單位為中學，而中學基本上沒有使用儀器的機會，因此造成學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，部分學生還存在實驗習慣不好、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)儀器分析實驗教學經(jīng)驗的基礎上，改革了傳統(tǒng)的儀器分析實驗教學方式，取得了較好的教學效果。
三、翻轉(zhuǎn)課堂在儀器分析實驗教學中的改革實踐
翻轉(zhuǎn)課堂教學模式應用于儀器分析實驗課程的教學改革有望取得較好的教學效果。利用發(fā)達的現(xiàn)代教學網(wǎng)絡和計算機技術，教師可以提前制作精美、生動的教學課件，同時引入新穎、先進的知識和技術，豐富教學內(nèi)容并將其上傳到網(wǎng)絡。學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視頻及學習資料，自主學習，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。在課堂實踐教學過程中，教師則主要針對學生的疑問進行解答，并通過一定的課后練習達到鞏固知識點的作用。由于翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的教學組織形式由傳統(tǒng)的“課堂授課講解+課后作業(yè)鞏固”轉(zhuǎn)變?yōu)椤罢n前自主學習+課堂針對答疑”的模式，極大提高了學生學習的積極性和主動性，活躍了課堂氣氛，顯著提高了教學效果[3]。截至目前，翻轉(zhuǎn)課堂教學模式主要應用在理論課程的教學過程中[4-5]，而在實踐教學課程中的應用相對較少，尤其是在儀器分析實驗課程教學中則更少[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)，其課程教學模式亟待改革以提高教學效果。在儀器分析實驗課程的教學過程中主要應用很多儀器，課程重點也是培養(yǎng)學生獨立實現(xiàn)分析儀器的規(guī)范操作和正確使用。隨著分析儀器設備的更新和發(fā)展，基本上所有儀器設備都實現(xiàn)了電腦聯(lián)網(wǎng)操作，較多進口儀器設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，在該課程中應用翻轉(zhuǎn)課堂教學模式是十分必要和適合的。基于翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的儀器分析實驗課程教學改革，首先需要轉(zhuǎn)變教師的教學觀念和學生的學習觀念，需要改變教師手把手地教授儀器的使用的方式，而讓學生通過課前觀看教師精心制作的教學視頻，并查閱相關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)絡視頻，對于網(wǎng)絡上缺少的教學視頻我們就自己進行制作（特別是設備操作類的教學視頻），實現(xiàn)針對性教學。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備模擬動畫等，為學生提供模擬環(huán)境以進行仿真模擬操作，進而檢驗學生自主學習和自身預習的效果，加深對儀器結(jié)構(gòu)的理解程度和實驗操作的熟練程度。教師將這些教學視頻上傳到網(wǎng)絡上，如何引導和督促學生在課前的課余時間充分利用網(wǎng)絡進行學習，成為翻轉(zhuǎn)課堂教學模式運用是否成功實現(xiàn)的關鍵。由于目前高校學生的日常活動十分豐富，社團活動更是應接不暇，占據(jù)了學生大部分的業(yè)余時間，也在一定程度上阻礙了學生的課前自學時間。為此，我們專門針對這些情況設置了被動式和主動式相結(jié)合的方式督促學生提前進行自主學習。借助學校的網(wǎng)絡平臺和多種網(wǎng)絡資源，我們對網(wǎng)上的教學素材進行設置，允許學生在線觀看且不可下載，并對學生在線學習的內(nèi)容和時間進行統(tǒng)計，即可直觀量化了解學生的課前自主學習情況。此外，依據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的主旨“以學為中心”，我們還注重引導學生進行主動式學習。針對每個實驗內(nèi)容，我們不僅通過網(wǎng)絡平臺每個學習階段要完成的內(nèi)容，而且提出一些具體的實驗案例思考，刺激學生的好奇心，激發(fā)學生主動學習的積極性。同時，我們還在實驗前設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，促使學生進行自主學習。在學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生1至2個問題，學生的答題情況將作為該實驗成績的一個重要組成部分，以切實加強學生在實驗教學課前的自主學習效果。在學生開展實驗的過程中，教師對學生的實驗操作過程進行監(jiān)督，對學生出現(xiàn)的問題及時進行糾正。在學生實際操作之前，將全體學生每4人分為一組，并在學生操作或等待儀器給出數(shù)據(jù)的間隙，教師和學生進行廣泛深入的交流，組織學生積極開展課堂討論，并結(jié)合實驗內(nèi)容加深學生了解儀器分析方法的實際應用范圍，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，教師應正確指導學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效果。基于翻轉(zhuǎn)課堂教學模式，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”為例設計并實施了翻轉(zhuǎn)課堂的教學模式，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熒光光譜儀使用的教學視頻上傳到網(wǎng)絡，供學生自主學習。同時設置關于維生素B6注射液中維生素B6含量測定的相關問題，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)學生課前查閱的相關資料，指導學生自己設計實驗方案，并完成實驗預習報告的書寫。（2）課中：教師有針對性地指導學生進行維生素B6注射液中B6的含量測定實驗。在實驗過程中，將學生4人分為一組，指導學生按照實驗要求完成實驗內(nèi)容，并注意引導學生進行組內(nèi)討論和問題釋疑。教師對于學生實驗過程中的錯誤要及時糾正，保證學生順利完成實驗操作。當實驗項目完成后，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)課堂教學模式的實施，使該課程的教學效果得到較大提升。學生們對該課程的學習熱情得到了極大的提升，課堂氣氛也十分活躍。翻轉(zhuǎn)課堂教學模式在儀器分析實驗課程教學過程中的成功應用，不僅培養(yǎng)了學生良好的操作技能，也培養(yǎng)了學生的學習能力，而且能使學生從實驗當中總結(jié)出經(jīng)驗教訓，緊密聯(lián)系實際應用，讓學生確實覺得學有所值。
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”為例設計翻轉(zhuǎn)課堂教學模式在儀器分析實驗課程中的應用，采取視頻、音頻等先進的多媒體教學手段，設計生動、現(xiàn)象、活潑的教學視頻展示晦澀難懂的儀器實驗過程，極大降低了學生學習的難度，極大激發(fā)了學生的學習積極性和主動性，提高了學生對該課程的學習熱情。通過使用翻轉(zhuǎn)課堂教學模式，有效節(jié)約了教師的課堂授課時間，切實提高了學生的實驗操作技能，并幫助學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：南寧師范大學化學與材料科學學院
