目標導向的《儀器分析》在線教學設計

何 文，高 燕，馬業菲

(齊魯理工學院 化學與生物工程學院，山東 濟南 250200)

2020年2月23日習近平總書記在統籌推進新冠肺炎疫情防控和經濟社會發展工作部署會議上的講話中指出：新冠肺炎疫情，是新中國成立以來在我國發生的傳播速度最快、感染范圍最廣、防控難度最大的一次重大突發公共衛生事件。對我們來說，這是一次危機，也是一次大考[1]。面對疫情“大考”，高校教師躬身入局，直面挑戰，以提升教學質量，保證在線教學與線下課堂教學質量實質等效[2]為目標，將信息技術與教學深度融合，積極開展在線教學。

《儀器分析》是采用比較復雜或特殊的儀器設備，通過測量物質的物理或物理化學性質來獲取物質組成、含量及結構等信息的分析方法，是繼化學分析后，學生必須掌握的現代分析技術。根據在線教學的特點，設計出能吸引學生的教學方法，并且能準確獲取學生反饋是實現“實質等效”的必由之路[3]。因此本課程采用直播課與在線課有機結合的方式進行在線教學。首先課程組根據專業人才培養方案和教學大綱，細化課程的教學目標；然后圍繞教學目標，對教學內容進行"碎、動、減"的教學設計(表1)，每次提前一周將相關知識點視頻、課件、講義、章節測驗、作業和其他輔助教學資源上傳至超星學習通在線平臺(圖1)；接著采用“QQ群課堂+分享屏幕”的方式進行直播授課，同時結合在線平臺進行提問、搶答、測驗和討論等教學活動，記錄學生的學習軌跡；最后是在教學實踐中保持反思和改進。

1 《儀器分析》課程目標

立足學校辦學定位的應用型特色，培養利用新思路和新方法推動儀器分析技術變革與創新的分析測試領域的應用型人才。課程教學目標：形成系統的儀器分析方法理論框架，掌握四大類儀器分析技術，發現和提出學習中存在的問題，進行明確界定和綜合分析，用理論闡釋問題產生的原因，用技術提出問題解決的方案，形成創新意識和應用能力。

教學目標的具體要求：(1)建立起準確的"定性"及"定量"的概念并掌握與此相關的基本理論、測定原理及實驗技術，理解儀器分析方法的內在邏輯和前沿理論；(2)可以依據待測混合物各組分的物理性質的差異，選擇合適的儀器分析方法進行分離、定性分析、定量分析及結構分析；(3)運用信息技術開展深度學習，提升問題解決與創新能力。

表1 “碎、動、減”教學設計理念

圖1 超星學習通平臺《儀器分析》在線課程

2 《儀器分析》課程教學設計

基于目標導向，以學生為中心，儀器分析課程采用以下在線教學模式(圖2)，通過師生互動與學生反饋保證在線教學與線下課堂教學質量實質等效。

圖2 《儀器分析》在線教學模式

2.1 課前預習發展學生的自我管理能力

課前發布教學單元任務書(圖3)，讓學生清楚學習目標，通過觀看在線平臺發布的教學視頻和章節測驗進行簡單知識點的自學與自查；學生再次觀看視頻；最后針對學習目標梳理自主學習過程中的問題和困惑，準備直播課時深入學習。經過線上教學，在確保自主學習有效進行的情況下，培養了學生的自我管理能力。另外教師布置教學單元任務書的時候也要注意學習資料與資料題更多的應該是激發學生思考，而不僅僅是在資料中找答案。

圖3 教學單元任務書和學生課前視頻觀看情況統計

2.2 課中互動提升學生的問題解決能力

直播精講時，老師要深刻分析知識點的難度與學生可能遇到的問題，從學生接受知識的角度設計講授方法與互動活動，一方面滿足學生的學習需求，一方面讓學生在課堂上“動起來”。具體來說：每次課提前10分鐘發布簽到通知，組織學生進入直播課。上課后首先利用3～5min反饋學生的預習結果與測驗解析(圖4)，將預習過程中和上節課遺留的問題一一解答。然后開始講授重難點內容，結合1983年美國佛羅里達州立大學John M Keller教授提出的激發學生動機的ARCS模型，通過問題導入、舉例子、講故事、游戲或者角色扮演等方式喚醒學生關注；再次告知學生本次課的學習目標，解決什么問題，為什么要學？講授過程中以知識點的串聯講解為主，重點講解儀器分析原理與方法中易錯易混淆難理解的地方，同時設置適當難度的隨堂練習和層層遞進的問題，一方面讓學生踮踮腳就能完成，獲得知識學習的滿足感，另一方面讓學生通過問題的解決與思考進行深入學習。本課程的應用性較強，所以直播課的重要環節是案例分析，在一個系統的知識點講授完成以后，結合生活實例，讓學生進行小組討論，不僅檢驗了本次課的教學效果，而且培養了學生解決實際問題的高階思維。以離子選擇性電極的工作機制為例，在老師提供汽車排氣管內氧傳感器結構圖的前提下，請學生解釋二氧化鋯氧傳感器的工作原理(圖4)。在學生討論、回答結束以后，老師不僅在線即時總結，給出答案，還會發布相應話題，供大家課后繼續討論分析。

圖4 直播課章節測驗統計與氧傳感器工作原理圖

2.3 課后作業促進學生的知識遷移能力

合理有效的教學設計必須是一個閉環的過程。學生上課進行學習輸入，之后通過完成作業進行知識的練習，也就是輸出，然后老師批改作業是給予學生反饋，測試結果是對學生這一階段的學習進行評價。最后學生帶著反饋繼續接受新知識的輸入，以此循環往復。

作為教學設計閉環過程中的一個重要環節，課后作業是檢查學生知識掌握情況最好的工具。但考慮到在線教學的特殊性，線上作業時也考慮到作業的趣味性、層次性和實效性。比如第一次課結束以后，讓學生制作3～5min視頻說出“我眼中的儀器分析”；具體到章節知識點的學習，針對學生的認知差異，章節作業有基礎題、提高題與挑戰題三種類型；當章節內容全部學習完畢，考慮到學生的專注力時長和線上教學的現場感差等特點，知識點已進行碎片化分解，課后要求學生通過繪制知識點框架、章節概括、方法對比、和實驗流程圖等內容的思維導圖在知識點之間建立聯系與過渡(圖5)；當一大類儀器分析方法學習結束，發布課程論文作業。當代建構主義認為充分運用遷移規律，實現知識的有效遷移，是教學成功的一個重要環節。所以作業布置還需考慮到知識的創新性。還是以離子選擇性電極的工作機制為例，直播課總結二氧化鋯氧傳感器的工作原理以后，課后作業設置為從經濟成本的角度出發，請學生搜集資料提出二氧化鋯氧傳感器的技術改進方案？另外課后作業還應適當督促，比如展示優秀學生的作業、視頻與課堂筆記，也可以將班級作業制作成冊讓學生自己評判，從而調動學生的自炫本能和競技本能，起到內在激勵的作用(圖6)。

圖5 色譜分析基本概念思維導圖

圖6 離子選擇性電極教學單元在線平臺討論話題

3 《儀器分析》課程教學效果評價

采用調查問卷的形式進行學生線上學習情況調查(圖7)，從問卷反饋結果看，對于老師講授知識的理解情況，12.5%的學生全部理解，80%的學生大部分都理解；對于自己的學習效果滿意情況，25%的學生非常滿意，67.5%的學生滿意。同時對比色譜分析方法的兩次在線考試考題正確率(圖 8)，發現第二次考試的考題正確率有所提高，學生在線學習處于進步狀態，這說明本課程在線教學效果較好。

圖7 學生線上學習情況調查

圖8 色譜分析在線考試考題正確率統計

4 《儀器分析》課程教學反思

疫情將師生物理隔離，網絡卻讓師生緊密相連。在線教學的直播經歷，讓我感悟到學無止境和與時俱進精神的引領性，更讓我體會到面對疫情"大考"合理有效的教學設計是提升教學質量，確保"實質等效"的關鍵。

在線學習是基于建構主義，自我驅動性的自主式學習。建構主義認為，知識不是通過教師傳授得到，而是學習者在一定的情境即社會文化背景下，借助其他人(包括教師和學習伙伴)的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式而獲得。所以在后續的在線教學過程中，課程組需要一方面根據教學反饋和授課效果不斷補充在線平臺信息，完善教學資源建設，其次還要尊重學生的學習規律，經過半學期的在線學習，目前大多數學生陷入了倦怠期，應深入思考如何設計合理有效的教學活動，繼續調動學生的學習積極性，保證課堂教學效果；最后是借助經典教學理論認真研究在線教學的特點、方法，深入思考如何進行更好的教學互動，讓全部學生忙起來，動起來，讓剩余7.5%的學生也能對自己的在線學習效果滿意。