學生自制微視頻的儀器分析實驗教學模式研究

柴曉蘭, 叢培盛, 朱仲良

(同濟大學 化學科學與工程學院, 上海 200092)

隨著科研和生產的發展,儀器分析已成為人們從事環境、能源、材料、醫藥、生物分析、商檢及公安等領域不可或缺的工具和分析手段[1-3]。越來越多的學生反映在就業面試中常被詢問在校期間對各種分析儀器尤其是大型分析儀器了解、掌握和應用的情況。為了適應社會發展和人才培養的需要,我校化學科學與工程學院在儀器分析實驗課程中,除了開設紫外-可見分光光度計、紅外光譜儀、氣相色譜儀、液相色譜儀、電化學工作站等基礎儀器分析實驗外,還引入大量的大型分析儀器如拉曼光譜儀、分子熒光光譜儀、電感耦合等離子體發射光譜儀、氣質聯用儀等。

這些大型分析儀器涉及到化學、物理學、電子學以及數學等多學科領域,知識點多、原理抽象,學生很難理解,因此教學效果不盡如人意,主要體現在以下幾點[4-5]：首先學生課前預習流于形式,造成實驗教學效果較差；其次,儀器分析實驗課時有限,而大型儀器操作復雜,單憑教師短時間的講授和演示,學生很難記清楚,而且沒有時間使每位學生獨立完成實驗,所以造成學生動手能力普遍較差；此外,為了使學生獲得更多的動手操作的機會,課程將所有大型儀器在課外對學生開放，但是在指導開放實驗的過程中,教師基本上要重新講解與操作示范,工作量非常繁重，學生在準備開放實驗時,對于大型儀器的操作也感到無從下手。

微課是目前較流行的教學模式[6-7]。它是以教學視頻為主要的授課方式,圍繞具體的知識點進行的教學過程及相關資源的有機整合。微課的核心是微視頻。微視頻以其簡便易制、針對性強、即點即用的特點在實驗教學中具有強大的應用優勢[8-9]。目前,很多高校將微視頻引入到儀器分析實驗教學中,都取得了很好的教學效果[10-11]。

近年來,我校化學科學與工程學院在儀器分析實驗的教學改革中做了新的積極嘗試,建立了基于學生自制微視頻的新型教學模式。

1 引入學生自制微視頻的意義

1.1 學生自制微視頻更有利于學生學習

學生的知識結構、理解水平和看問題的角度與教師不同,針對同一個知識點,學生制作的微視頻更容易被學生理解和掌握,對學生的學習也更具啟發性；同時學生看到高年級學長制作的微視頻,能直接與高年級學長交流討論,有利于學生制作更好的微視頻。

1.2 學生制作的視頻更具特色

學生學習新事物，特別是應用各種軟件制作微視頻的能力很強,只要教師對相關知識點把關,學生制作的微視頻往往更具特色,甚至超過教師制作的水平。通過學生自制微視頻,教師能發現學生感興趣的內容以及未能掌握的知識點,教學過程可以做到更有的放矢。

2 引入學生自制微視頻的方法

2.1 學生自主選擇微視頻知識點

儀器分析實驗教學目標是使學生掌握儀器分析研究方法與儀器操作的技能,因此設計微視頻知識點時,主要包括儀器分析方法的原理、大型儀器的操作方法、儀器操作的注意事項及難點、樣品的預處理要求及數據處理方法等。儀器分析實驗課程網絡平臺上公布了往屆學生制作的微視頻,供學生參考。在學期開始時,教師會發布新一輪需要制作的微視頻的知識點,供學生選擇；同時學生也可根據自己的興趣，確定微視頻的知識點或者選擇以往微視頻進行完善提高,與教師商討后自制微視頻。

2.2 學生自主錄制微視頻

學生選擇微視頻的知識點后,3～5位學生組成小組,對相關儀器原理和操作反復學習后,針對相應知識點制作5～10 min的微視頻。微視頻的初稿首先提交給實驗負責教師進行審核,教師針對其中的問題進行點評,然后學生修改微視頻的內容,甚至重新拍攝微視頻,通過多次的打磨推敲,完成微視頻的制作。

2.3 學生自制微視頻的評比及微視頻庫的建立

學期結束,5位以上教師對微視頻進行評比,并給出建議,學生針對其中問題進一步完善。3年來,學生自制微視頻庫包括顯微共聚焦激光拉曼光譜儀等儀器結構；氣相色譜-質譜聯用方法的原理；傅里葉變換紅外光譜儀、顯微共聚焦激光拉曼光譜儀、熒光光譜儀、分光光度計、液相色譜儀器操作、液相色譜-質譜聯用、電感耦合等離子體發射光譜儀等儀器操作規程及注意事項；氣相色譜-質譜聯用儀器軟件的操作；主成分分析(PCA)等數據處理過程；固相萃取及固相微萃取等樣品預處理過程等。

3 引入學生自制微視頻的教學效果

3.1 提高學生課前預習的效果

實驗課前,教師將實驗相關的理論與儀器操作的微視頻上傳到教學網站，學生可以隨時學習微視頻實驗資源。例如學生觀看拉曼光譜實驗的微視頻后,就可以對儀器的結構、怎樣調焦、怎樣校準儀器等過程在腦海中留下深刻印象。此外,觀看微視頻后,學生在提示下可以自己帶上寶石、翡翠等樣品,以便實驗課時進行測定,提高了學生的學習興趣。

在引入微視頻的基礎上,為了檢驗預習效果,教師在教學網站上建立了實驗原理、操作及實驗注意事項等知識點的試題庫,學生在實驗課前要完成自測,如果自測題的得分少于80分,還要繼續學習進行自測。自測題得分80分以上,才可以進入實驗室開展實驗研究。教學實踐表明,學生通過觀看微視頻及自測,基本上對實驗的原理、過程及目的有了深入的認識，提高了學生的實驗參與度與學習效果。

3.2 開展自助式開放實驗

開放實驗是學生自主選題，設計實驗方案,并進行實驗探索。多年的教學實踐表明,在開放實驗環節中,學生對大型儀器的操作還不過關,還沒有真正掌握儀器操作的技巧和注意事項,所以還需要在教師或助教的幫助下完成實驗。由于建立了微視頻庫,學生可以反復觀看，研究相關操作及注意事項等。學生參照微視頻,能夠獨立操作儀器，并完成實驗,使開放實驗過程更加順暢,也大大降低了教師指導開放實驗的壓力[12]。隨著學生對儀器操作的熟練,學生的心態也從“懼用儀器”階段變成“敢用儀器”，進而上升到“想用儀器”階段。這增強了學生的學習興趣和操作技能。例如在拍攝“光纖探針與便攜式紫外可見吸收光譜儀”的操作微視頻過程中,學生在實驗前觀看微視頻,對儀器的組裝、操作軟件的使用及對待測樣品的要求有了清晰的認識,學生便可參照微視頻的要求,自行準備待測樣品,并配制合適的濃度,然后組裝儀器,設定實驗參數,進行測定。

3.3 提升學生專業能力與綜合素質

為了自制微視頻,學生首先要查閱教材與相關文獻,深入理解相關知識點,并且要多次操作儀器,同時還要以“教師”的身份在規定時間內進行引人入勝的講解,因此對學生的表達能力、時間的掌控等方面都起到了很好的促進作用。

通過參與開放實驗與自制微視頻,一些學生從儀器原理到實驗操作以及常見問題的處理都已經非常熟練,并且在自主實驗中摸索出很多的經驗教訓,這些學生主動擔任本課程助教,將自己的心得體會與學弟學妹交流。在做助教的過程中,學生不僅強化了專業知識,更提高了自身的表達能力及綜合素質。

4 學習效果分析

一個教學模式是否有效,最重要的是學習對象的評價,因此針對微視頻制作和使用的相關方面,我們對60名制作或使用過微視頻的學生做了一個調查,調查結果顯示：91%的學生認為微視頻在開展開放實驗時幫助很大；83%的學生認為通過制作微視頻加深了對儀器原理的理解；79%的學生認為拍攝微視頻提高了自身團隊意識及綜合能力。

5 結語

針對儀器分析實驗中存在的問題,初步建立了基于學生自制微視頻的創新性教學模式。通過自制微視頻,學生熟練掌握了各種大型儀器的原理與操作,很多開放實驗真正做到“自助式實驗”,提高了學生的學習自主性和綜合素質。同時,學生自制微視頻對儀器分析實驗課程視頻庫進行不斷補充和更新,確保課程的微視頻庫與時俱進,不斷完善和提高。學生自制微視頻的新型教學模式為整個儀器分析實驗教學模式的改革提供了有益的經驗。