微課課程及半開放性實驗教學(xué)在 海水分析化學(xué)實驗教學(xué)體系中的探索

金詩迪，張平萍，劉穎，王玉紅，孫瑜霞(浙江大學(xué)海洋學(xué)院，浙江 舟山 316021)

0 引言

海水分析化學(xué)屬于海洋學(xué)與化學(xué)相結(jié)合的交叉學(xué)科，該課程所涉及內(nèi)容是海洋科學(xué)類專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備的專業(yè)知識之一，它與海洋生物學(xué)、海洋地質(zhì)學(xué)和海洋物理學(xué)等有密切關(guān)系，其內(nèi)容廣泛而復(fù)雜，是一門注重實踐與實用的課程，是每一個海洋科學(xué)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生所必須掌握的基本實驗課程[1-2]。

海水分析化學(xué)實驗課程是在分析化學(xué)實驗的基礎(chǔ)上發(fā)展出來海洋科學(xué)實驗課程，其傳統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容多以基礎(chǔ)性、驗證性實驗為主。實驗內(nèi)容結(jié)構(gòu)缺乏連貫性與系統(tǒng)性，缺少科學(xué)問題導(dǎo)向。實驗課程過程主要為老師講授實驗?zāi)康?、實驗意義、實驗步驟及注意事項后，學(xué)生按照講授內(nèi)容進(jìn)行實驗操作，最后以實驗報告的形式完成課程[3-4]。這種教學(xué)模式對于需要扎實打下實驗操作基礎(chǔ)的低年級學(xué)生來說是大有裨益的，因為規(guī)范的操作是可靠數(shù)據(jù)的前提。然而由于海水分析化學(xué)實驗主要以大三年級本科生為主要授課對象，學(xué)生們經(jīng)過兩年大學(xué)化學(xué)實驗已基本掌握大部分復(fù)雜的實驗技能[5]，作為專業(yè)基礎(chǔ)課程的海水分析化學(xué)實驗課程則更應(yīng)該注重以提高學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)和培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力為目標(biāo)，利用多樣化的教學(xué)手段拓寬學(xué)生們的視野。隨著近幾年相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)新儀器、新技術(shù)的涌現(xiàn)，如何將學(xué)科前沿與實驗教學(xué)課堂有機結(jié)合，將實驗實踐學(xué)習(xí)與實際科學(xué)研究緊密連接，在有限的實驗學(xué)時中培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力以及創(chuàng)新能力是我們關(guān)注的重點[6]。

隨著浙江大學(xué)正式啟動“智慧海洋匯聚研究計劃”以來，以海洋環(huán)境感知為主攻方向之一，突破海洋資源開發(fā)、海洋環(huán)境保護(hù)和災(zāi)害應(yīng)對的核心共性關(guān)鍵技術(shù)，帶動學(xué)院科研、教學(xué)領(lǐng)域全面發(fā)展，對培養(yǎng)海洋科學(xué)領(lǐng)域高端人才提出更高的要求已成為當(dāng)前主要發(fā)展趨勢。海水分析化學(xué)實驗課程在經(jīng)驗積累和改革中探索前行，教學(xué)組打破傳統(tǒng)教師講授學(xué)生操作的實驗教學(xué)模式，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”的手段構(gòu)建微課課程，引入半開放性實驗教學(xué)模式，加深學(xué)生對自我專業(yè)的認(rèn)識，將模塊化學(xué)習(xí)的知識點及實驗技能串聯(lián)在一起，從而培養(yǎng)學(xué)生獨立的思考能力和科學(xué)研究素養(yǎng)[7]。

1 微課建設(shè)

微課課程是一種利用信息化手段提供固定學(xué)時以外的數(shù)字教學(xué)資源的課程，學(xué)生們通過微課的學(xué)習(xí)可以獲取到更加豐富及前沿的內(nèi)容[8]。通過與實驗室、分析測試中心、省重點實驗室等聯(lián)合教學(xué)，與學(xué)院圖書館合作跟蹤拍攝學(xué)院師生參與的出海航次等一系列拓展資料的補充，以彌補實驗資源不足的劣勢，使教學(xué)與科研有機結(jié)合，釋放學(xué)生的想象力，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，如表1所示。

表1 微課課程內(nèi)容設(shè)置

2 半開放性實驗

半開放性實驗?zāi)Ｊ绞侵冈谟邢薜膶W(xué)時下以傳統(tǒng)實驗教學(xué)內(nèi)容的知識點為基礎(chǔ)，借鑒開放性實驗教學(xué)模式中以科學(xué)問題為導(dǎo)向的模式。它將原本相互獨立開展的實驗串聯(lián)為整體，獲得一系列數(shù)據(jù)并從各角度對研究對象進(jìn)行完整分析[9]。學(xué)生自行組隊并設(shè)計實驗流程，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的內(nèi)容與自己的專業(yè)相結(jié)合，從而逐步內(nèi)化成自身的知識結(jié)構(gòu)，增強學(xué)生的適應(yīng)能力和競爭力。如圖1所示，為半開放性實驗的操作流程示意圖。

圖1 開放性實驗的操作流程示

由于課程學(xué)時和實驗教學(xué)中心現(xiàn)場條件的限制，每個課題都由教師預(yù)先設(shè)計好多個可行的實驗作為“標(biāo)準(zhǔn)答案”，具體課題的實施方案可視學(xué)生提交的實驗方案情況而定，由此亦是實驗方案討論環(huán)節(jié)評分的依據(jù)之一。學(xué)生自行選擇組員進(jìn)行分組討論并確定小組的課題。在此過程中，教師會根據(jù)學(xué)生組隊情況進(jìn)行微調(diào)，確保每位學(xué)生都能在組內(nèi)發(fā)揮作用，學(xué)有所得。學(xué)生們根據(jù)自己選擇的課題在組內(nèi)進(jìn)行分工，搜集資料、制定實驗方案、制作課題展示課件等。上課時，學(xué)生根據(jù)自主設(shè)計的方案，自行選擇展示方式，教師應(yīng)當(dāng)注意對學(xué)生展示過程中存在的科學(xué)性錯誤的及時糾正、講解和補充，并積極引導(dǎo)學(xué)生們進(jìn)行分析和探討，從而形成科學(xué)可行的實驗方案，為實際實驗操作做準(zhǔn)備。形成可行的實驗方案以后，學(xué)生向?qū)嶒灲虒W(xué)中心提交一份所需的物資和耗材清單，由教學(xué)實驗中心統(tǒng)一采購，同時提供合適的實驗場地供學(xué)生做實驗。實驗過程中，教師既對學(xué)生的實驗操作進(jìn)行了評價，也會將其計入實驗成績。此外，實驗完成后，學(xué)生還需按照教師給定的格式形成實驗報告，由教師批閱評價，計入實驗成績。

3 實驗教學(xué)支撐

半開放性實驗課題和微課課程的開展使得教師的工作量加大，實驗教學(xué)中心負(fù)擔(dān)加重，如若不能有足夠的支撐，實驗教學(xué)質(zhì)量反而難以保證。因此，做好相關(guān)支撐工作非常重要。

3.1 微課素材積累

(1)依托海洋科學(xué)分析測試中心定期開展的培訓(xùn)系列講座，將內(nèi)容整理后以PPT的形式在課程網(wǎng)站上發(fā)布。分析測試中心的培訓(xùn)內(nèi)容主要是大型分析儀器的使用培訓(xùn)、分析測試方法的探討和總結(jié)，這兩部分內(nèi)容恰好是本課程研究對象的延伸，為微課課程提供了充足的素材。

(2)學(xué)院每年參與海洋航次的師生眾多，用影音形式來記錄海上實際作業(yè)場景，以在一定程度上彌補海洋學(xué)科本科生缺乏實戰(zhàn)機會的現(xiàn)狀。例如南北極科考、大洋科考航次、海洋環(huán)境調(diào)查等等。從第一現(xiàn)場采集的影音資料更能拉近學(xué)生與海洋科考的距離，了解實際科考現(xiàn)場中海水分析化學(xué)是如何開展的。

(3)實驗課中總會有幾個實驗的操作是較難把握的，這時教師組自行拍攝的實驗操作影音記錄就能發(fā)揮很好的作用了，再輔以現(xiàn)場演示及指導(dǎo)，實驗數(shù)據(jù)就能更準(zhǔn)確。

(4)結(jié)合半開放性實驗，搜集一些相對較為重要的文字資料，或展示一些關(guān)于實驗思考的文獻(xiàn)，從而引導(dǎo)學(xué)生深入思考，切實掌握分析方法。

3.2 半開放性實驗教學(xué)教案的準(zhǔn)備

首先，教學(xué)組根據(jù)本學(xué)院主流研究方向選擇與海洋化學(xué)相關(guān)的課題作為半開放性實驗選題。選題依據(jù)主要有：(1)以海洋典型現(xiàn)象為主，海洋典型現(xiàn)象網(wǎng)上資料較全面，與本學(xué)院的研究方向有相關(guān)性；(2)需要涉及本科兩年中已學(xué)過的實驗操作，或通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料可以掌握的知識點；(3)相關(guān)實驗分析手段較為完整，并可以在實驗室通過實驗測定的內(nèi)容為主。例如在國家五水共治的背景下，對陸源入海口水質(zhì)進(jìn)行評價、校園內(nèi)湖泊呈季節(jié)性富營養(yǎng)化原因的探索、海邊不同深度的潮間帶水質(zhì)情況變化等等。

其次，課題中囊括的實驗應(yīng)盡可能按照實際野外采樣及測定流程設(shè)計，并配合微課視頻，相得益彰。實驗難度上限應(yīng)控制在學(xué)生通過資料及影音資料的查閱后可初步了解，通過教師實驗課上的指導(dǎo)能夠掌握的實驗操作水平。萬事開頭難，采樣地點的選擇決定了半開放性實驗課題順利開展。本著找尋有明確研究對象、方便一群學(xué)生前往、樣品容易獲得等目標(biāo)，進(jìn)行實地采樣點踩點工作，遴選出適合的采樣點。

3.3 選用研究生實驗助教

研究生助教的加入則很大程度上能夠緩解實驗教學(xué)壓力，彌補實驗教學(xué)人員的不足，減輕教師負(fù)擔(dān)，提高實驗準(zhǔn)備工作的效率。實驗助教的工作主要分成三個部分：(1)實驗前準(zhǔn)備工作，包括實驗課題的學(xué)習(xí)、準(zhǔn)備試劑及設(shè)備、參與預(yù)實驗的操作，熟練掌握實驗；(2)實驗指導(dǎo)工作，具體為協(xié)助教師指導(dǎo)學(xué)生實驗操作，解答實驗過程中學(xué)生的疑問，確保實驗安全；(3)實驗結(jié)束后整理實驗室。以上涉及過程要求助教具備良好的相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)及溝通能力。由于研究生自身科研任務(wù)繁重，對助教工作缺乏重視，再加上研究生專業(yè)基礎(chǔ)各不相同，則直接影響實驗教學(xué)質(zhì)量。因此，需對研究生助教進(jìn)行篩選和培訓(xùn)，充分發(fā)揮作用。

4 結(jié)語

通過搭建微課課程和半開放性實驗教學(xué)模式的探索，緊跟科學(xué)前沿和實際作業(yè)情景，將領(lǐng)域內(nèi)日益發(fā)展的新技術(shù)、新儀器及新理念引入到課程中，從而全方位培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和科學(xué)研究素養(yǎng)。微課課程與半開放性實驗教學(xué)互相補充，使得教學(xué)方式得以生動靈活、互動性增強，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)生邏輯思維能力。同時，因為課程具有一定的前瞻性，也能夠激勵教師不斷充實自己，設(shè)計合理的教學(xué)內(nèi)容和方法，對教師教學(xué)水平及課堂掌控能力提出了更高要求。