《儀器分析實驗》線上線下混合式教學的探討*

王 蕓，胡曉熙，張艷軍，王愛榮

(北部灣大學石油與化工學院，廣西 欽州 535011)

《儀器分析實驗》是化學、化工、材料類等專業開設的專業實驗課，該課程旨在促進學生對各種分析儀器設備尤其是大型分析儀器的認識、了解、掌握及應用。課程內容涵蓋熱、電、光譜、色譜、質譜等幾大類儀器的實驗原理、操作，內容多、涉及面廣，并且與實際聯系緊密，最能培養學生的綜合能力。

線上線下混合式教學是“互聯網+”背景下現代信息化教學和傳統面對面授課的綜合應用，結合了線上學習個性化和線下學習教師主導與監管的優勢[1-3]。對于《儀器分析實驗》這門課程，應用線上線下混合式教學一方面可以提高學生的自主學習能力以及學習興趣，使課堂由“老師滿堂灌”轉變為“學生主動學”；另一方面可以促進實驗教學改革走深、走實，有效延伸實驗教學的時間維度和空間縱深，彌補教學時數少、儀器設備少的不足，解決學時學分、分組教學的矛盾。

1 《儀器分析實驗》教學的現實困境

在現實教學過程中，《儀器分析實驗》主要存在學時學分不足、理論與實驗脫節、儀器臺套數不夠等困境[4-6]。

(1)人才培養方案的制定過程中，既要保證公共基礎課，如政治、英語、體育、創新創業以及就業等課程的學時學分，又要保證專業課學時學分不能缺少，特別是不能缺學時。因此兩者之間要達到一個平衡，這或多或少會犧牲一部分專業課的學時和學分，一些專業課的學時學分很難充分滿足教學的要求。對于《儀器分析實驗》這門課，涵蓋的內容多，但是學時學分都比較有限。因此在實驗教學中，實驗教學項目不能全部開設，只能選擇一些典型實驗及應用進行教學。但是在就業過程中，不少學生都選擇了檢測檢驗行業，這要求他們對各種儀器都要有所了解，而目前的課堂教學很難滿足這一點。

(2)理論課與實驗課脫節。理論課教學主要是從方法原理與特點、儀器基本結構、重要分析條件及應用等幾個方面來展開的，內容比較枯燥無味，難以引起學生的興趣。而實驗課更多在于儀器的操作及實驗過程，基本原理部分限于時間的關系，不會過多地去介紹。因此理論課和實驗課之間沒有形成有機地聯系，不能用理論課來直接指導實驗課。

(3)《儀器分析實驗》課程所用到的儀器，一般都是價格昂貴的精密儀器，因此臺套數不會太多，不能滿足同時教學的要求，很難保證每個學生都得到充足的操作時間。

2 《儀器分析實驗》線上線下混合式教學的改革

(1)教學大綱的制定：按照線上線下混合式教學模式編寫。線下實驗教學部分以知識點形式出現，抓住實驗教學過程中的關鍵點，以點帶動整個實驗項目知識的學習。線上部分以學生預習與自學要求為主，主要以微課的形式和要求來編寫教學大綱。對于一些條件不能滿足的實驗或者限于課時要求不能在實驗室完成的實驗，主要以線上微課形式或開發虛擬仿真實驗，讓學生自己選擇學習。例如線下實驗教學主要選擇色譜、電化學、光譜、熱分析等幾大類中的8個實驗進行教學，其中色譜法2個實驗(氣相色譜法和液相色譜法)，電化學1個實驗(循環伏安法)，光譜法4個實驗(原子光譜法、紅外光譜法、紫外可見分光光度法、熒光光譜法)，熱分析1個實驗(差熱與熱重分析)。這幾個實驗的教學大綱需要將實驗的方法原理、儀器結構與原理和具體的實驗技術以及操作易失誤的環節等介紹清楚。同時開發這幾個實驗的微課讓學生預習和復習，微課內容包括所用的儀器，具體的操作過程等，并輔以簡單的測試題來檢驗學生的預習和復習效果。而對于如電化學中的陽極溶出伏安法、線性掃描伏安法、電位滴定法等以及核磁共振波譜法、X射線衍射法、原子熒光法等在線下不進行的實驗可以借助微課或者虛擬仿真實驗，讓學生課外學習。

(2)實驗內容的確定：首先強化理論課與實驗課的聯系。理論課介紹到某一章內容時，學生可利用線上微課的模式，進行實驗內容的學習，這樣不會出現理論課與實驗課的脫節。同時緊密聯系當地實際及本學院的研究方向，開展實驗項目。如本地區以石油化工為主，擁有大型的國家石化產業園，因此可利用儀器分析設備開展石油化工產品的相關檢測。如利用氣相色譜法檢測石油化工氣體及雜質，分析汽油餾分等。如可開發高效液相色譜對石油化工產品的分析，可利用高效液相色譜進行柴油組分的監測以及對石油組成成分的分離。坭興陶是本地區的特色產業。在坭興陶的生產過程中，加熱過程是比較關鍵的，直接關系到坭興陶的質量，而坭興陶的組成成分在其中起著關鍵作用。因此可以開發相關的熱分析實驗，利用差熱分析、熱重分析法等熱分析法研究坭興陶的組成成分對坭興陶加工成型的影響。本地區是臨海的，大蠔等養殖業發展比較好。這些海產品中重金屬的含量直接影響著人能否食用，所以需要對海產品中的重金屬含量進行檢測和監測。因此可開發原子發射光譜法測定大蠔中的重金屬的實驗。

(3)教學方式的改革：加強慕課和微課的建設，使線上線下教學相結合。針對每一個實驗項目，開發相應的微課，微課內容包括實驗原理、實驗儀器、實驗操作過程等。上課之前，老師布置學習任務，學生用微課進行預習，對實驗原理、實驗儀器等有所了解，老師著重介紹實驗過程中的關鍵步驟及易錯點，實驗完成后，實驗報告除了實驗原理、實驗儀器、實驗操作過程、實驗結果等一般內容外，需要學生對實驗過程中出現的問題進行反思和探討。這些微課再組成慕課上線運行。同時可開發或引進虛擬仿真實驗，使學生對一些實驗可在線上完成。

(4)考試方式的改革：理論知識和實操同時考核。針對每一個實驗項目設置一份試卷，其中50%屬于理論知識，包括儀器的基本原理及儀器的基本構成，50%分屬于實際操作，需要學生20分鐘內動手在儀器上完成一個小實驗。一共8份試題，考試前10分鐘學生進行抽簽，抽到哪個項目進行哪個實驗。這要求學生對各種儀器的掌握程度都要比較高，一定程度上可以避免臨時抱佛腳的出現。同時使理論知識和實際操作聯合起來，進一步加強了理論課和實驗課的聯系。如熒光光譜法的實驗考核包括三大題，第一題給出了熒光光譜儀的結構示意圖，要求學生寫出每個部件的名稱，這考查了學生對儀器的基本結構的掌握。第二題為填空題，包含3小題，要求學生填出熒光光譜最基本的兩種光譜的名稱，定量測定的原理，以及產生熒光的物質的結構特征，這考查了學生對熒光光譜基本原理和特征的掌握。第三題為操作題，題目為苯酚溶液的定量測定，首先要求學生說出該實驗的具體操作過程，然后進行開機、參數設定、測試等實際的具體操作，并詳細說明數據處理的過程，畫出最終要得到的數據處理曲線的草圖，這考查了學生對整個實驗流程，對儀器操作過程以及數據處理的掌握。上述三道題，其中第一道和第二道合占一半的分數，操作題占一半的分數，最終得到此次實驗課的考試成績。此外，綜合成績還要結合慕課或微課視頻的觀看、線上作業的完成以及虛擬仿真實驗的線上完成等來考慮。

(5)教學設計的改革：每節課的教學設計中要充分考慮線上教學的優勢，課前預習和課后復習都要運用線上教學方式，課堂教學中根據課前預習的情況要對實驗中的每個知識點進行梳理，并著重強調實驗中的重點和難點。對于每個實驗的微課視頻，教學設計中要突出實驗原理和實驗過程兩部分。其中實驗原理要與理論課中的內容相結合，實驗過程要結合虛擬仿真和實際操作來完成。如熱分析研究CuSO4·5H2O的脫水過程這個實驗中，首先要求學生通過微課進行課前預習，內容包括熱分析的基本原理，CuSO4·5H2O的三個脫水過程及原理，所用到的儀器設備等。教師通過公眾號或雨課堂等模式發布課前預習的測試題，使學生對所要做地實驗心中有數。上課過程中，著重介紹儀器的構造以及實驗過程中的注意事項，如開機啟動順序，是否需要做空白實驗，坩堝應該如何放置，程序如何設置，數據如何處理等。實驗完畢后，對照CuSO4·5H2O的三個脫水過程原理分析實驗結果。課后要求學生完成實驗報告，同時觀看該實驗的操作過程的微課進行復習，最后發布該實驗的測試題檢驗學生對實驗的掌握情況。

3 結 語

《儀器分析實驗》由于課時數、臺套數等的影響，影響了教學實際效果，存在不少弊端。為了克服這些不足，同時緊跟“互聯網+”背景下教學信息化發展的潮流，充分利用線上線下混合式教學，可以使整個教學過程更為緊湊，學生學習的內容更為廣泛，同時可以有效聯接理論課和實驗課，使理論課的基礎知識可以有效指導實驗課。