以學生為中心的儀器分析實驗線上線下混合式教學探索與實踐

楚清脆，田陽，鮮躍仲，王媛媛，張帆，朱安偉，張翠玲，徐志愛，鄭婷婷，張中海，張閩，張立敏，張琪偉，劉蒙蒙，萬晶晶，耿萍，趙秋華

華東師范大學化學與分子工程學院，上海 200241

儀器分析實驗是分析化學課程的重要組成部分，它是以分析儀器為基礎，通過學習測定物質的化學組成、狀態和結構，從而進行科學研究與質量監控的重要手段[1]。現代分析測試技術是從事化學化工、生物、醫藥、食品、環境等領域科學研究和生產實踐不可或缺的關鍵環節，由于其應用的廣泛性和先進性，儀器分析實驗已成為高等院校化學及其相關專業的基礎課程之一[2,3]。通過實驗課程的學習，學生不但可以加深對儀器分析理論知識的理解，而且有助于培養分析解決問題的高階思維與綜合能力，為后續的科研訓練、就業以及繼續深造都奠定了良好的基礎[4,5]。

1 傳統實驗教學中存在的主要問題

1.1 儀器結構復雜、原理抽象，難以理解掌握

現代化的大型分析儀器多采用封閉式設計，通常由工程師完成安裝和調試。因此，學生無法直接觀察到儀器的內部構造和運行狀態。同時，分析儀器的操作程序較復雜，學生僅靠課堂時間很難快速全面地掌握操作要領。另一方面，學生在課外鮮有機會接觸到這些分析儀器，實驗課程的課前預習與課后鞏固不免流于形式。

1.2 教學方式單一，師生互動性不強

在傳統實驗教學中，由于課堂時間有限，加之學生的預習效果不佳，通常以教師講授和實驗演示為主，學生參與度低，缺乏課堂互動。另一方面，由于修讀人數多，專業方向差異大，無法滿足其個性化需求。此外，為避免同期學習導致理論課滯后于實驗課的問題，實驗課安排在完成理論課學習后的下一學期，這客觀上也導致了學生對所學理論知識一定程度上的遺忘。

1.3 課程評價重結果，學生積極性不高

實驗課程的考核評價機制單一，以實驗報告成績為主，過于強調實驗結果的準確性、精密度以及書寫規范。課程過程性評價缺失，無法有針對性地評價學生對于實驗原理的理解和實驗操作技能的掌握程度，也一定程度上導致了學生的學習積極性難以調動，不利于學生綜合素質的培養與能力提升。

2 課程教學設計與實踐

儀器分析實驗是學生理論聯系實際的重要實踐類課程。本課程圍繞學習目標和“立德樹人”的根本任務[6,7]，將知識傳授與價值引領相結合，以信息化建設為抓手，從課程目標、教學內容、教學方式、評價方式、師資隊伍等方面開展了“多位一體”的綜合教學改革[8,9]。

2.1 融合現代教育理念，準確定位課程目標

華東師范大學是教育部直屬、教育部與上海市共建的全國重點大學，列入國家“211工程”“985工程”和國家世界一流大學建設高校A類行列的綜合性研究型大學，同時也是國家“111計劃”和“長三角高校合作聯盟”重要成員。化學與分子工程學院成立于2015年1月20日，其前身化學系成立于1951年，是華東師范大學最早成立的理科院系之一。化學專業2020年入選首批國家級一流本科專業建設點。分析化學學科是我國第一批授權的碩士學位點，1996年獲博士學位授予權，是我校化學第一個博士點，也是我國師范院校中的第一個分析化學博士點。現有教授14人，副教授6人，講師1人。其中，8人參與化學菁英班儀器分析實驗課程教學，全部具有高級技術職稱。

我院化學專業分為師范、非師范(以下統稱平行班)和化學菁英班三個培養方向。基于個體基礎、學習需求和培養目標的不同，本課程秉承“以學生為中心，以產出為導向”的教育理念，因材施教，確立了相應的課程教學目標，概括來說，即在基礎知識和實驗技能方面的要求相同(目標1–3)，不同之處是對菁英班在科學素養與能力方面提出了更高的要求(目標4)。

學生通過該課程的學習，具體應達到的學習目標如下：(1) 記住并復述儀器的基本構造與操作要領，說明分析原理與特點；(2) 正確使用分析儀器，合作完成相應主題的實驗課題；(3) 運用所學知識處理實驗數據，分析存在的問題并探討解決途徑，撰寫實驗報告；(4-1) 樹立正確的科學理念，提升科學思維與自主學習能力，增強團隊協作、人文關懷與社會責任感(平行班)；(4-2) 樹立正確的科學理念，提升科學思維、語言組織與表達能力、自主學習能力與創新意識，增強團隊協作、人文關懷與社會責任感(菁英班)。

2.2 引入先進技術成果，創建在線課程平臺

本課程融入先進的儀器分析技術與現代化研究成果，現擁有電化學、光學、色譜與譜學等先進的分析儀器，實驗課題以應用型和探究型實驗為主。圍繞儀器分析實驗中的重點難點內容，我們利用學生喜聞樂見的微視頻生動直觀地展示儀器的內部構造和分析原理，使抽象內容形象化，可視化；并基于我校大夏學堂在線平臺，構建了儀器分析實驗在線課程(開課名稱為“分析化學與分析技術實驗II”)。線上資源依據實驗單元分區，模塊設計如圖1所示。

圖1 在線課程平臺導航頁截圖

(1) 每個實驗提供2個理論微視頻和1個實驗操作微視頻，并配套測試題庫。

(2) 平臺為學生成果展示和師生、生生交流營造良好的線上學習氛圍。

(3) 中英文文獻、專業術語對照表及思政案例等學習資源進一步滿足個性化需求。

(4) 課程介紹、教學大綱、課程安排與技術支持等說明課程的組織與實施方法。

(5) 學生線上學習可回溯，教師可及時督學和課堂反饋。

學生可以充分利用碎片化時間在移動終端隨時觀看微視頻，可隨時暫停或重復播放，加深對實驗原理和內容的理解和掌握，從而為課堂師生交流互動提供了更多時間，有效提高了動手實踐的成功率和準確度。

2.3 借助信息化資源，開展線上線下混合式教學

本課程基于大夏學堂在線課程平臺，以布魯姆的教育目標為核心，以產出為導向，因材施教，分層教學，設計了以學生為中心的“三環+三享”混合式課堂，通過環環相扣的教學設計引導學生內化儀器分析基礎知識，發展分析解決復雜問題的高階思維與綜合能力，具體實施如下：

(1) 第一環課前：學生線上預習與自測；平行班撰寫紙版預習報告，菁英班準備預習海報，分享自學成果，實現碎片化知識的鞏固與初步再構；教師線上督學，及時關注學習動態。自測可多次嘗試，以最高分記成績，激發學生的自主學習積極性。

(2) 第二環課中：學生以2–3人小組式上課。首先，教師反饋預習情況；接著，分別利用翻轉課堂[10,11]和提問式教學法面向菁英班和平行班學生開展教學活動，其間教師通過分析方法比較、開放性提問適時引發學生思考與討論；然后，學生操作儀器，利用所學方法完成實驗內容，樂享知識重構與動手實踐。教師督查，一對一指導實驗操作。在教學中，教師適時引入思政教育，實現價值塑造和思想引領。

(3) 第三環課后：所有學生獨立撰寫實驗報告，菁英班學生將完整版實驗海報上傳平臺。教師線上點評反饋，并引導學生學習互評與課外拓展。科研興趣濃厚的學生以教師課題組為依托，本科生創新創業訓練培育為載體，深入自主探究，創享新知。

課程安排采用大循環設計，每個學生一學期可參加多個完整的周期訓練。以菁英班為例，線上線下混合式教學實踐過程如圖2所示。

圖2 線上線下混合式教學模式

2.4 采用過程性考核，注重形成性評價

課程考核采用過程性評價[12]，每個實驗依據量規獨立考核，以百分計。包括在線預習與自測(20%，平臺統計)、翻轉課堂(小組匯報10%+交流討論15%，課堂打分)與實驗操作(30%，課堂打分)、實驗報告(20%，課后評閱)、在線參與度(5%，平臺統計)。如表1所示，通過對課前、課中和課后各環節活動的系統設計，引導學生循序漸進切實達成課程教學目標。

表1 過程性評價方式與教學活動實施對應表

2.5 凝聚團隊力量，提升教學技能

主講教師均為45歲以下中青年教師，具有博士學位和高級職稱，而且自身具有良好的科研基礎。教學團隊學緣結構合理，精力充沛，有想法，有干勁，愿意服務于本科教學。課程教學的師生配比達1 : 2–1 : 3，同時每位主講配備一位研究生助教，真正實現小組化教學，一對一指導。在做好專業教學的同時，我們積極學習先進的教學理念，融合德育教育，優化教學方式方法，創設“高要求、有溫度”的課堂氛圍。

3 課程建設成效

3.1 專業積淀深厚，課程基礎扎實

分析化學是華東師范大學化學專業的四大基礎專業課程之一，方禹之、何品剛等先后擔任理論課與實驗課程的主講。2002年，方禹之編著出版了《分析科學與分析技術》一書，是上海市普通高校“九五”重點教材之一。2012年，分析化學理論課入選上海市精品課程。2017年，儀器分析實驗課程負責人楚清脆在主持修訂實驗簡明教程的基礎上，完成了實驗微視頻集的制作，并基于我校大夏學堂建成在線課程平臺。2019年，儀器分析實驗課入選華東師范大學精品課程、上海高校課程思政領航課程和國家級首批線上線下混合式一流課程。

3.2 教學理念先進，教學持續改進

儀器分析實驗課程始終以學生為中心，積極融入先進的分析技術與科研成果，完善課程內容和微視頻課件，實時更新在線平臺資源。2019年11月，該課程在中國大學MOOC正式上線，實現資源共享[12]。在線開放課程積極響應“停課不停學”的號召，疫情期間服務學員1.1萬余人次。在教學組織實施方面，該課程采用小組式教學，充分營造師生互動氛圍。特別是近五年來，教學團隊以信息化技術為抓手，多措并舉(如表1所示)積極推進課程系統化設計和綜合性改革，著力提升課程學習挑戰度，促進學生良好科學素養、高階思維與綜合能力的培養。

在專業教學的同時，我們積極融入思政教育。一方面，教師自身嚴格要求，做到身正為范；另一方面，通過教學內容延伸和案例分析啟發作為思政教育的切入點，潤物細無聲地融入思想引領和價值觀的塑造。我們還借助在線課程平臺，以PPT的形式展示具有代表性的思政案例，進一步拓展德育教育的時空(如圖3所示)。例如，在電位滴定實驗中，學生課前通過在線平臺觀看《自動電位滴定儀的“前世今生”》的PPT課件，引導學生了解自動電位滴定儀的發展歷程，體會科學家求真務實的科學精神和嚴謹細致的科學態度，激發學生的學習興趣；課上師生交流進一步端正學生的人生觀和價值觀。此外，在課上通過展示不同型號的自動電位滴定儀，讓學生更直觀地通過對比分析儀器的組成與性能特點，培養其創新意識。

圖3 線上平臺部分典型案例的課件截圖

3.3 教學資源豐富，促進目標達成

在線課程平臺不僅提供理論微視頻和實驗操作微視頻，還提供了在線測試題庫，有助于培養學生的自主學習能力。文獻資料、微視頻等形式多樣的課外資源，有助于學生知識拓展能力與創新意識的培養。統計顯示，平臺訪問量持續攀升，學生的在線參與熱情非常高，內容區和討論區是主要的活躍區域。線上線下教學有機融合，有效彌補了傳統教學方式與學時的不足，滿足了個性化需求；過程性評價更全面地評估學生學習情況，有助于以評促學、以評促教，有效促進了課程目標的達成。

3.4 教改成效顯著，助力人才培養

儀器分析實驗課程教學改革系統深入，形成了一定的特色和長效機制，有效激發了學生的學習積極性，總體學習目標達成度自我評價良好；化學菁英班的課程目標達成度達0.85以上，研究生升學率達83%。期末問卷調查顯示，學生的對課程教學改革給予了充分肯定和高度評價，總體滿意度達90%以上；平行班有40%的同學表示如果有機會，愿意嘗試翻轉課堂教學模式。學生參與科創的積極性很高，進一步驅動了創新型人才培養。近三年多來，分析專業教師團隊指導本科生科創項目48項，發表SCI論文51篇(其中本科生為第一或第二作者論文29篇)，會議論文18篇。作為代表，2016級菁英班韓欣悅發表一作SCI論文3篇，榮獲第十六屆挑戰杯全國大學生課外學術科技作品競賽一等獎、累計創新全國銀獎、上海市特等獎。

3.5 教學相長，助力教師發展

教與學相輔相成，相互影響和促進。課程教學實踐的過程也是教師自我成長的歷程。教師是課程教學的主導者，教改實踐的先行者。教師教育理念、教學方式方法與時俱進，進一步促進了自身教學技能的不斷提升。近五年來，教學團隊共參與完成省部級和校級教研項目10余項，積極參加教學研討會，發表教研論文多篇[8,13,14]，獲得2019年華東師范大學本科教學課程設計比賽一等獎、第一屆課程思政設計比賽一等獎、本科教學成果一等獎，以及第一屆全國高校混合式教學設計創新大賽設計之星獎等榮譽稱號。

4 結語

課程建設是一個長期的系統工程。我們將始終以學生為中心，以產出為導向，從完善課程內容、改進教學設計、優化教學團隊等多方面持續改進，建設優質課程，并在實踐中不斷提升教學成效，促進學生全面發展。