以學生為主體的混合式個性化教學模式在分析化學課程中的探索與思考

盛騫瑩，張文清，王燕，趙怡，劉海燕，錢俊紅，張波，王氫，胡坪

華東理工大學化學與分子工程學院，上海 200237

分析化學是獲得物質(zhì)的化學組成及含量的科學，是化學學科中的信息科學[1]。在本科階段，面向化學化工相關專業(yè)開設分析化學課程，旨在培養(yǎng)學生掌握各種分析技術的基本操作技能，樹立“定性”和“定量”的科學理念，使學生初步具備科研思路和方法[2]。

隨著互聯(lián)網(wǎng)與信息技術的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)手段的教學方式結合現(xiàn)有的傳統(tǒng)教學方式，不僅很好地適應著現(xiàn)代化社會發(fā)展的需求，也能夠以創(chuàng)新的模式激發(fā)學生的學習興趣，解決講授式傳統(tǒng)教學在學生學習的主動性和積極性上的限制。混合式教學模式的提出[3]，有效地將傳統(tǒng)宏觀理論與近代科技新發(fā)現(xiàn)緊密相連；把化學基礎知識與現(xiàn)代科技的發(fā)展相聯(lián)系；同時還反映了新學科新領域與化學的交叉滲透。

在新的“面授+互聯(lián)網(wǎng)”的混合式教學模式下，更需要“以學生為中心”作為人才培養(yǎng)的切入點，設計適當?shù)慕虒W體系，達到知識、能力和素質(zhì)的統(tǒng)一[4]。本文以分析化學課程為例，對目前實行的混合式教學模式進行設計與思考(圖1)，并對可以實行的輔助手段進行探索，希望從真正意義上增強人才培養(yǎng)的個性化、針對性和適用性。

圖1 以學生為主體的混合式個性化教學設計框架圖

1 構建混合式教學模式的必要性及可行性

分析化學課程的學習任務繁重，需要理解記憶的知識點、公式等尤其多。以往講授課程內(nèi)容多為理論知識，每節(jié)課的知識點飽滿，但學生很難做到全程集中注意力不分心。教學形式的單一加上知識點的環(huán)環(huán)相扣，很多學生會在中途氣餒甚至放棄，這迫切需要新的教學模式及新的考核體系，以便學生能夠真正應用知識，而不是死記硬背[5]。

慕課[6]作為一種新的教學模式和學習方法，為個性化教學提出了全新的思路與可行性[7]。本校分析化學線上慕課課程是由團隊資深教師分章節(jié)錄制，對知識點梳理清晰，重難點突出，便于學生理解與接受通識性內(nèi)容。學生通過學習端接收教師發(fā)送的線上教學視頻與資料，從而明確學習內(nèi)容、目標與要求；并在規(guī)定學習時間內(nèi)把握學習進程，簡單的知識點或者基本掌握的內(nèi)容可以倍速學習，難點內(nèi)容可以多次回放，以便加深理解。學生可在手機端與電腦端靈活使用或切換進行移動學習，也可利用非固定時段時間學習，打破了學習時間及地點的限制性，是對傳統(tǒng)教學的有效補充。通過線上自主學習方式可有效提升自主規(guī)劃時間與學習能力。多模式的考核模式，包括線上章節(jié)測驗與作業(yè)，鼓勵學生在日常學習中投入更多的時間與精力，而不是考前一兩周的強化記憶、刷題或是臨時抱佛腳。

教師通過教師管理端口把握學生線上學習的進度、答題質(zhì)量等，對線上學習效果進行評價，制定出線下課堂教學的具體策略。課程的改革與創(chuàng)新不僅是對學生學習能力和自身素質(zhì)的提升，也是對教師掌握知識廣度與深度的挑戰(zhàn)。只有努力提高個人業(yè)務能力，思考如何在慕課環(huán)境下改進和完善現(xiàn)有的教學方法，才能做好充分準備，迎接新型教學模式掀起的浪潮。

2 強化翻轉(zhuǎn)課堂效果，增設互選機制

在傳統(tǒng)教學模式下，由于受到面授條件和上課時間的限制，很難針對學生的專業(yè)基礎和能力的差異性進行課堂的翻轉(zhuǎn)。學生以聽為主，難以激發(fā)學習的主動性與合作意識。隨著混合式教學的推行，翻轉(zhuǎn)課堂教學模式變得更為可行和現(xiàn)實(圖2)。翻轉(zhuǎn)課堂是一種將傳統(tǒng)課上教學過程與課下學習活動進行轉(zhuǎn)換的新型教學形式，課堂以學生主講或匯報為主，構建學生與教師或?qū)W生與學生間互動的模式[8]。在翻轉(zhuǎn)課堂可以讓學生與教師的角色互換，使學生體驗授課過程，同時也要求學生對所講解的內(nèi)容較好地掌握。這樣一方面可以調(diào)動學生準備的積極性，另一方面給學生一個展現(xiàn)個人能力與團隊合作的平臺。也可以有效借助項目教學與案例教學的方法對學生進行引導，在小組討論協(xié)作的過程中實現(xiàn)個人知識的擴展[9]。

圖2 線上、線下相融合的教學模式

如何利用好翻轉(zhuǎn)課堂解決分析化學課程中的重點、難點，有效進行知識點的升華就很關鍵。這需要學生自主進行知識點的深入剖析歸納，把對知識的理解由“點”匯成“線”，培養(yǎng)自學能力與自我知識框架的構建，不是簡單地將知識點進行消化吸收，而是更為扎實地掌握與熟練地應用，從而建立適應大學分析化學學習的新方法。例如，針對氧化還原滴定和吸光光度分析兩大方法應用的知識點。可以設計幾個討論課題，包括：1) 高錳酸鉀法測定水樣中化學需氧量(COD)的原理和過程解析；2) 在線(現(xiàn)場)COD測定儀的原理解析；3) 在線COD分析儀能否測準COD等等。這些討論題都是對課堂知識的升華和拓展，重點考查學生分析問題和解決問題的能力。學生通過自主查閱相關資料與文獻，進行小組討論，再制作課件后上臺講解，真正成為課堂學習的主體。

翻轉(zhuǎn)課堂對學生的基礎與能力要求都比較高，并不適合普及性推廣。因此，課程的選擇要更具自主權，即采用雙向選擇的選課方式，先由學生自主決定，然后教師再根據(jù)學生的學習情況進行適當篩選，挑選基礎好、學習能力強的學生進行教學。這樣既可以保證教學效果，也避免基礎較差的學生憑借一時熱情和沖動進入慕課線上學習及線下翻轉(zhuǎn)課堂后出現(xiàn)不適應的情況。

3 增設自主自選實驗課，提高科學實踐能力與創(chuàng)新思維

實驗教學是培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，是理論教學的助動劑[10]。但不同學習基礎乃至不同專業(yè)的學生對分析化學實驗課程學習需求也不同，除了基本實驗操作的培養(yǎng)與訓練，針對學習基礎好、能力強，想在本專業(yè)繼續(xù)深造，同時還具有時間與精力的學生，可以進一步自主自選實驗課程[11]，在課程配備的基礎實驗課程以外，可加選1–2門創(chuàng)新型實驗。

采用“學生設計–教師指導–方案確定”的模式，讓學生自己選做或參與設計與知識點相關的實驗，可以有效融合學生自己的興趣點與職業(yè)發(fā)展目標。比如中草藥有效成分中含有很多弱酸、弱堿鹽，如有機酸、生物堿等，利用高效液相色譜對這些成分進行分析時，必須首先考慮其酸堿性，因此酸堿分布系數(shù)就是建立分離體系，特別是選擇流動相的關鍵和理論基礎。這里涉及了酸堿滴定和儀器分析部分的理論知識與實驗實踐的結合，需要學生進行科學的研究與完善的實驗設計，對學生能力的考查與提升都有幫助。

因人而異、分層次、差異化的實驗教學體系增加了教學內(nèi)容的針對性和學生實驗的自主性，是“以學生為中心”個性化教學的體現(xiàn)，不僅可以激發(fā)學生的實驗熱情，增加學生的實驗認知度，提高學生對知識的理解程度，還可以鍛煉其科學實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識與素養(yǎng)，使分析化學實驗課程更加符合大學生個性化及差異化的學習特點。

4 堅持理論教學與科學前沿研究相結合，培養(yǎng)科研素養(yǎng)

培養(yǎng)學生的科研素養(yǎng)與創(chuàng)新思維，是幫助學生對理論學習進行內(nèi)化與升華的重要途徑。在本科教育中，教學與科研是必不可分、相互融合的[12]。高校教師既有開展科學研究的要求，又有本科生教學以及指導培養(yǎng)學生的任務。但教師的時間和精力是有限的，往往就會出現(xiàn)教學與科研不能兼顧的局面，比如理論課教學的教師不做科研，做科研的教師不上課的情況，從而造成理論教學與科學前沿研究脫軌的現(xiàn)象。老套、死板、永不更新的授課內(nèi)容和授課方式使得學生的學習興趣不高，也會造成理論知識與科學前沿脫節(jié)，學生不知道學這些知識的目的是什么，有什么用途。

因此需要構建一個以學生為中心、以探索為導向、以科研為支撐的研究型教學(圖3)。可以由教師將各章節(jié)所涉及的經(jīng)典文獻全文提供給學生，讓學生了解理論提出的背景和過程，增加學生對理論的理解和運用。同時，鼓勵學生進行數(shù)據(jù)收集與最新科學前沿相關文獻的檢索，組成研究小組，完成研究報告。大學生課余研究計劃(USRP)和大學生創(chuàng)新實踐活動(大創(chuàng))是本校多年來一直在開展的創(chuàng)新活動之一，也是對學生科研能力的很好鍛煉，可以與課堂內(nèi)容相互結合[13]，培養(yǎng)學生的科研素養(yǎng)。通過參與課題，開闊眼界，鍛煉學生探索問題、解決問題的能力；組建學習小組，通過團隊溝通與配合，增加學生的團隊協(xié)作精神，為學生創(chuàng)造一個全新及創(chuàng)新的學習氛圍。

圖3 實踐探索與科學研究相融合的研究型教學

積極引導學生參與教師的科研項目。比如在講授“色譜法”這一章時，結合教師的科學研究方向進行教學，將正在承擔的國家自然科學基金青年科學基金項目“面向糖蛋白質(zhì)組學的有機共價骨架富集新介質(zhì)與方法”融于教學中，向?qū)W生講解色譜分離分析的基本原理和實際應用，以及分離介質(zhì)在色譜分離中的核心作用，提高學生對科研的認識和興趣。在此基礎上可以繼續(xù)深入展開研討式教學，讓學生基于課題進行發(fā)散思維，收集材料，撰寫小論文；挑選學生代表參與實驗項目研究等等。這些舉措可讓教學與科研相互促進，有效做到科研反哺教學。

5 其他互聯(lián)網(wǎng)技術的延伸性教學助攻

如今，各年齡階層的人都喜歡借助手機微信進行消息的接收與傳播。越來越多開放包容的、借助互聯(lián)網(wǎng)技術的教學應用研究出現(xiàn)[14]。那么，如何有效借助微信這一互聯(lián)網(wǎng)媒介，在傳統(tǒng)教學模式的基礎上構建適合于分析化學課程的教學設計模型，將是充分發(fā)揮混合式教學優(yōu)勢，提高課程教學質(zhì)量和效果的重要途徑，也可以更好地培養(yǎng)精英型、學術型、創(chuàng)新型與終身學習的人才。

借助微信可以進行三部分內(nèi)容的推送：1) 推送未講解知識點的拓展閱讀資料。如沉淀滴定是四大滴定方法之一，但在我校大面積的工科分析化學的教學中不進行課堂講解，借助微信將沉淀滴定中莫爾法、佛爾哈德法、法揚司法的原理、適用條件和終點確定，以及緩和離子的沉淀滴定法等知識推送給學生，可以促進知識遷移和深度思考，培養(yǎng)學生自主學習的思維與能力。2) 推送實驗室安全知識、實驗儀器的基本操作教學視頻、預習報告和實驗報告的撰寫等內(nèi)容，有效填補部分學生實驗前理論知識的不足，在提高學習實驗效率和教學效果等方面起到了積極的作用。3) 推送調(diào)查問卷。從學生的知識和能力基礎、學習方法和效率、對混合式教學模式的喜愛程度、實際使用過程中的感受和建議，以及是否愿意推薦給學弟學妹等方面進行調(diào)研，目的是反饋與評價該教學模式的實施效果[15]。

6 教學效果探析與反思

分析化學是面向化學化工相關專業(yè)的基礎課，每學年全校有約1800名學生必修該課程。根據(jù)人數(shù)的限制，分為十幾個教學班，配有十人左右的教師教學團隊。教學團隊的教師每個月會組織召開一次座談會，就學生的學習情況及教學新模式的探索與效果等話題展開討論與交流，促進學科發(fā)展。同時，針對學生的學習訴求，每個學期會召開兩次師生座談，參與人員為部分任課教師與各個平行班的學生代表，就學習的參與度、滿意度、學習效果等情況進行了解。從每次座談的學生反饋情況可以看出，學生對于分析化學的教學滿意度與學科興趣度都很高，同時也非常愿意參與多種形式的教學模式，如在線課程的學習、USRP及大創(chuàng)項目、微信公眾號的推送、調(diào)查問卷的參與等等。更值得一提的是，分析化學專業(yè)的本校保研率連續(xù)三年達到70%以上，在全校的理工科專業(yè)中名列前茅。這些數(shù)據(jù)都說明了學生對分析化學學科的認可度很高，以學生為主體的混合式個性化教學模式的實施將讓每一名學生都成為課前的準備者、課堂的參與者、課后的思考者。由傳統(tǒng)的“知識灌輸”變?yōu)椤爸R引導”，提高學生掌握分析化學的思維方式和研究方法，引導學生形成一種興趣學習、主動學習、團隊學習的氛圍，大大提高分析化學課程的學習效果與教學質(zhì)量。

為保證混合式教學模式的順利實施，真正提高教學質(zhì)量，還需要對一些關鍵問題進行深入思考：1) 系統(tǒng)構建多維度的教學方案，明確教學計劃與教學方案，保證可以在教師團隊及學生中進行實施；2) 線上慕課的構建，完善各章節(jié)知識點，提煉精華，讓線上課程的視頻利于學生掌握知識點，得到知識框架體系；3) 注重線下翻轉(zhuǎn)課堂的設計，激發(fā)學生自主性，提高學生的參與度，形成良好的學習氛圍；4) 自主實驗、USRP、大創(chuàng)項目等輔助手段的推廣，立足于提高學生的科學實踐能力與創(chuàng)新思維，培養(yǎng)科研素養(yǎng)；5) 借助慕課互動、翻轉(zhuǎn)課堂的反饋、微信問卷的收集等手段密切關注學生的學習情況，做好及時且有效的溝通，使每一名學生都能學有所獲。

7 結語

單一的教學模式存在或多或少的不足，我們希望通過靈活運用線上、線下相結合的教學手段，由啟發(fā)式教學取代講授式教學，充分體現(xiàn)混合式教學模式的優(yōu)勢，既要發(fā)揮教師引導、啟發(fā)、監(jiān)控教學過程的主導作用，又要充分發(fā)揮學生作為學習主體的主動性、積極性和創(chuàng)造性。當然，新的教學模式需要教師付出更多的時間和精力，需要堅定不移的信念才可能換來學生學習積極性的提高，也需要學校在相關制度上的配合和支持。教育改革一直在路上，讓我們一起努力!