基于案例分析與翻轉(zhuǎn)課堂的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)混合式教學(xué)實(shí)踐

毛全興，張渝陽，婁振寧，王月嬌，許旭，劉琳

遼寧大學(xué)化學(xué)院，沈陽 110036

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)類專業(yè)的主干課程，也是藥學(xué)、生命科學(xué)、生物工程、環(huán)境工程等專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目標(biāo)是通過實(shí)驗(yàn)鞏固理論知識(shí)，加深對(duì)分析化學(xué)基本原理的理解與掌握；通過對(duì)基本實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)技能的練習(xí)，提升學(xué)生的動(dòng)手、觀察、思維、表達(dá)等各方面的能力；并由此培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和學(xué)以致用的學(xué)習(xí)精神。

當(dāng)下的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法普遍為：學(xué)生課前預(yù)習(xí)并撰寫預(yù)習(xí)報(bào)告，教師課堂講解實(shí)驗(yàn)原理、學(xué)生操作、教師巡視并糾正學(xué)生的不當(dāng)操作，學(xué)生課后撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。盡管這種教學(xué)方法在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能方面起到了積極作用，但隨著社會(huì)的發(fā)展以及學(xué)生知識(shí)背景、學(xué)習(xí)方式與學(xué)習(xí)習(xí)慣的變化，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式需要完善。具體體現(xiàn)在：(1) 預(yù)習(xí)效果不理想。預(yù)習(xí)資料與內(nèi)容不夠豐富，預(yù)習(xí)方式單調(diào)，沒有充分利用分析化學(xué)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用、與日常生活息息相關(guān)這一特點(diǎn)。難以調(diào)動(dòng)學(xué)生預(yù)習(xí)的積極性，導(dǎo)致學(xué)生缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)的思考，機(jī)械地抄寫實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)步驟。(2) 課堂教學(xué)效果有待提高，課堂上教師講得多、學(xué)生說的少，學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位體現(xiàn)得不夠充分，對(duì)學(xué)生主觀能動(dòng)性的調(diào)動(dòng)不足，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中往往不加思考地、機(jī)械地按照課本步驟進(jìn)行操作，對(duì)于實(shí)驗(yàn)每一個(gè)步驟的目的和意義理解不足，在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)了問題不能自發(fā)解決，對(duì)教師的依賴程度過重。(3) 實(shí)驗(yàn)課后無反饋，學(xué)生學(xué)習(xí)效果缺乏溝通與交流。現(xiàn)有的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)止步于“學(xué)生撰寫報(bào)告，教師批改報(bào)告”，學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作中遇到的問題以及所撰寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量如何都是一頭霧水。而受限于課程時(shí)長(zhǎng)的設(shè)置，教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告的問題，也很難在下次實(shí)驗(yàn)課中對(duì)所有同學(xué)的報(bào)告進(jìn)行點(diǎn)評(píng)分析。

2018年，教育部在《關(guān)于狠抓新時(shí)代全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議精神落實(shí)的通知》中提出了建設(shè)“金課”的戰(zhàn)略目標(biāo)，要求大學(xué)課程應(yīng)當(dāng)具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，要求教學(xué)內(nèi)容由知識(shí)傳授向知識(shí)、能力、素質(zhì)相結(jié)合轉(zhuǎn)變，要求教學(xué)形式應(yīng)具有先進(jìn)性、互動(dòng)性，能培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探究的能力。這就要求我們探索更為適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)教學(xué)方法，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量。

案例分析教學(xué)法(CBL)由哈佛大學(xué)首創(chuàng)，通過設(shè)計(jì)典型案例再現(xiàn)情境，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)綜合分析，既加深對(duì)理論知識(shí)的理解，又培養(yǎng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)靈活運(yùn)用的能力[1,2]。在課程中融入案例分析教學(xué)，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，建立師生之間的良性互動(dòng)[3,4]。翻轉(zhuǎn)課堂是教師通過合理安排課堂內(nèi)外的學(xué)習(xí)內(nèi)容，組織學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)、討論與講授的教學(xué)方式。翻轉(zhuǎn)課堂以教師對(duì)課程內(nèi)容的精心設(shè)計(jì)與教學(xué)課堂的恰當(dāng)組織為核心，以學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和分析討論為主要組織形式，改變了傳統(tǒng)課堂“滿堂灌”的局面，充分體現(xiàn)出學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位，能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量[5,6]。混合式教學(xué)是當(dāng)前高校教學(xué)改革中普遍采用的方式[7]。新冠疫情以來，微信、釘釘、騰訊會(huì)議等即時(shí)通訊軟件結(jié)合雨課堂以及超星、中國(guó)大學(xué)慕課等網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)為混合式教學(xué)拓展了新的形式。國(guó)內(nèi)多所高校已利用線上學(xué)習(xí)平臺(tái)開展了豐富多彩的混合式教學(xué)改革實(shí)踐，在調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)師生交流、落實(shí)教學(xué)反饋、提升教學(xué)質(zhì)量等方面取得了良好效果[8-10]。

在本校的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中，我們將案例分析教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合，充分發(fā)揮案例分析法理論結(jié)合實(shí)際的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂以學(xué)生自主學(xué)習(xí)與分析討論為主的特點(diǎn)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提升學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位。通過團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的形式，提升學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力與表達(dá)能力。建立線上交流平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)課程通知、學(xué)習(xí)資料的發(fā)布以及課程學(xué)習(xí)效果的反饋，提高學(xué)生在課程預(yù)習(xí)與撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的表現(xiàn)。此外，我們還設(shè)計(jì)了側(cè)重于能力考查的考評(píng)方法。通過實(shí)踐基于案例分析與翻轉(zhuǎn)課堂的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)混合式教學(xué)，提升了分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果和學(xué)習(xí)質(zhì)量。

1 基于案例分析與翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)方法

1.1 基于案例分析與翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)方法的設(shè)計(jì)

依據(jù)建設(shè)“一流課程”的目標(biāo)與要求，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)方法進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。在新的教學(xué)方法中，利用互聯(lián)網(wǎng)線上學(xué)習(xí)平臺(tái)，增加師生互動(dòng)機(jī)會(huì)，突出學(xué)生的主觀能動(dòng)性，注重對(duì)能力與素質(zhì)的培養(yǎng)。教學(xué)方法設(shè)計(jì)如下。

(1) 教師精選案例并設(shè)計(jì)分析任務(wù)，學(xué)生做好課前預(yù)習(xí)。教師選擇時(shí)事新聞、生活現(xiàn)象或其他與實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容聯(lián)系緊密的事件作為案例，依據(jù)案例設(shè)計(jì)3-4個(gè)層層遞進(jìn)的問題。教師在課前將設(shè)計(jì)好的案例發(fā)布在學(xué)習(xí)通或雨課堂等平臺(tái)。學(xué)生分組，以案例為主要內(nèi)容進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。學(xué)生預(yù)習(xí)應(yīng)實(shí)現(xiàn)由生活現(xiàn)象到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的理解，以及由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象到化學(xué)本質(zhì)的概括。

(2) 學(xué)生分析討論案例，教師糾偏查漏補(bǔ)缺。學(xué)生以組為單位(每組2-3名同學(xué))輪流作為主講進(jìn)行案例分析，其他同學(xué)進(jìn)行提問和補(bǔ)充。教師需認(rèn)真聽取，并在學(xué)生講完之后對(duì)學(xué)生準(zhǔn)備的內(nèi)容做出評(píng)價(jià)。尤其是糾正學(xué)生講解過程中出現(xiàn)的知識(shí)錯(cuò)誤、邏輯錯(cuò)漏，并補(bǔ)充相應(yīng)的背景知識(shí)。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中盡量體現(xiàn)學(xué)生的課堂主體地位。

(3) 學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)，教師針對(duì)性輔導(dǎo)。學(xué)生按照步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，教師巡視，發(fā)現(xiàn)學(xué)生操作中出現(xiàn)的問題及時(shí)開展針對(duì)性輔導(dǎo)。

(4) 學(xué)生完成并上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師評(píng)閱并給出反饋意見。線下實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束，學(xué)生整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并按照要求完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，將報(bào)告上傳至線上平臺(tái)。教師評(píng)閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告，指出學(xué)生報(bào)告中實(shí)驗(yàn)步驟與現(xiàn)象描述、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、結(jié)果與討論中的疏漏與謬誤，并將評(píng)價(jià)意見提交到線上平臺(tái)，學(xué)生查閱參考。如實(shí)驗(yàn)報(bào)告問題較嚴(yán)重，要求其修改之后重新提交。以上環(huán)節(jié)可以概括為圖1。

圖1 基于案例分析和翻轉(zhuǎn)課堂的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)混合式教學(xué)方法

1.2 新考評(píng)方法的設(shè)計(jì)

依據(jù)建設(shè)“一流課程”的要求，新的教學(xué)方式在評(píng)價(jià)學(xué)生表現(xiàn)時(shí)更注重學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和探究、專業(yè)水平提升、能力與素質(zhì)的提升等。在評(píng)價(jià)過程中，我們確定了“3種能力+2個(gè)水平”的考評(píng)目標(biāo)。即，表達(dá)能力、邏輯思維能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，實(shí)驗(yàn)操作水平和整潔水平。各考評(píng)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的具體考評(píng)標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)賦分值見表1。其中，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的考評(píng)由學(xué)生互評(píng)和教師評(píng)價(jià)共同組成，學(xué)生根據(jù)承擔(dān)主要責(zé)任及參與團(tuán)隊(duì)內(nèi)部討論情況互相做出評(píng)價(jià)，教師就課堂討論形式與效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的具體考評(píng)標(biāo)準(zhǔn)

2 課堂實(shí)踐舉例

2.1 案例的選擇與問題的設(shè)計(jì)

2018年12月1 日，《人民日?qǐng)?bào)》報(bào)道了廣州警方打掉一個(gè)生產(chǎn)銷售“毒雞腳”的黑作坊的新聞。黑作坊用雙氧水對(duì)變質(zhì)的原材料進(jìn)行漂白處理，制作出的雞爪具有食品安全隱患。最終，黑作坊被查封，“毒雞爪”被銷毀。

1) 你知道視頻中的毒雞爪為什么要用過氧化氫處理嗎？

2) 如果你是技術(shù)檢測(cè)人員，你會(huì)怎么設(shè)計(jì)方案測(cè)定過量的過氧化氫？測(cè)定原理是什么？

3) 如果食品中存在其他能夠讓高錳酸鉀褪色的物質(zhì)，該如何解決這一問題？

4) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法是如何測(cè)定食品中過量的過氧化氫的？實(shí)驗(yàn)課本上的方法與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法有什么區(qū)別？

2.2 學(xué)生預(yù)習(xí)

在實(shí)驗(yàn)課程開始前一周，將案例新聞視頻及以上4個(gè)問題發(fā)布至線上平臺(tái)。由學(xué)生自由分組進(jìn)行預(yù)習(xí)。在預(yù)習(xí)過程中，每組同學(xué)需要圍繞4個(gè)問題完成相關(guān)資料搜集、共同討論分析、提出解決方案、制作課件等任務(wù)。

2.3 翻轉(zhuǎn)課堂及相關(guān)考評(píng)

在課堂上，首先由學(xué)生進(jìn)行案例分析，教師在此過程中觀察、記錄所有學(xué)生的表現(xiàn)，就學(xué)生討論分析時(shí)的語言表達(dá)、邏輯思維、團(tuán)隊(duì)協(xié)作進(jìn)行考評(píng)。

通過查閱資料，學(xué)生都能了解雙氧水具有較強(qiáng)的氧化性，能將變質(zhì)雞爪中的色素氧化清除從而實(shí)現(xiàn)漂白，這是黑作坊使用過氧化氫處理“毒雞爪”的原因。因此，檢測(cè)過量的過氧化氫，能幫助判斷食品是否安全。學(xué)生共找到3種檢測(cè)過氧化氫的方法。第一種是高錳酸鉀法。利用高錳酸鉀在稀硫酸溶液中與過氧化氫發(fā)生定量氧化還原反應(yīng)的原理測(cè)定過氧化氫。第二種方法是碘量法。食品中的強(qiáng)氧化劑在稀硫酸中使碘化鉀氧化，產(chǎn)生定量的碘，生成的碘以淀粉作指示劑，用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定間接測(cè)出強(qiáng)氧化劑含量。加入過氧化氫酶分解去除試樣中的過氧化氫，用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定去除過氧化氫后的其他氧化劑含量。兩次滴定結(jié)果之差可計(jì)算得到樣品中過氧化氫的含量。第三種方法是鈦鹽比色法。過氧化氫在酸性溶液中與鈦離子生成穩(wěn)定的橙色絡(luò)合物，絡(luò)合物在430 nm處的吸光度與過氧化氫含量成正比，用比色法測(cè)定樣品中過氧化氫的含量。通過對(duì)三種方法檢測(cè)原理的分析，得出結(jié)論：碘量法和鈦鹽比色法具有更好的選擇性和抗干擾能力，而高錳酸鉀法則具有操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。

接下來，將學(xué)生分成A、B兩大組。A組同學(xué)用三種方法分析市售雙氧水中過氧化氫的含量，B組同學(xué)用三種方法分析市售泡椒鳳爪樣品(由實(shí)驗(yàn)人員提前準(zhǔn)備)中過氧化氫的含量。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師及時(shí)糾正學(xué)生的錯(cuò)誤實(shí)驗(yàn)操作，并在學(xué)生需要的時(shí)候提供必要指導(dǎo)，完成對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作水平的評(píng)價(jià)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師組織學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論分析。組內(nèi)同學(xué)討論分析不同方法分析相同樣品的結(jié)果，組間同學(xué)對(duì)比相同方法分析不同樣品的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。最終得出結(jié)論：在分析市售雙氧水中過氧化氫含量時(shí)，三種方法的結(jié)果不存在顯著性差異；而在分析市售泡椒鳳爪樣品時(shí)，高錳酸鉀法因?yàn)檫x擇性不佳產(chǎn)生較大正誤差，碘量法與鈦鹽法的結(jié)果不存在顯著性差異。由此，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到分析方法的適用范圍以及選擇性問題。同時(shí)，也讓學(xué)生切實(shí)認(rèn)識(shí)到分析化學(xué)是一門具有廣泛應(yīng)用價(jià)值的學(xué)科，課堂中學(xué)到的知識(shí)具有很強(qiáng)的實(shí)用性，以此增加學(xué)生對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的興趣以及對(duì)學(xué)科學(xué)習(xí)的熱愛。最后，檢查學(xué)生實(shí)驗(yàn)臺(tái)的整潔與值日情況，做出評(píng)分。

課程結(jié)束后，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告并上傳至學(xué)習(xí)通平臺(tái)。教師線上評(píng)閱，并將報(bào)告中出現(xiàn)的問題進(jìn)行標(biāo)注和說明。學(xué)生查閱教師批閱后的報(bào)告，可對(duì)教師指出的問題進(jìn)行一次修正。教師對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評(píng)分。

3 對(duì)新教學(xué)方法的反思

在上一個(gè)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)周期內(nèi)，我們?cè)谒釅A滴定、配位滴定、氧化還原滴定法等3個(gè)專題共安排4次案例分析與翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)合的教學(xué)方法實(shí)踐。教學(xué)效果明顯優(yōu)于未進(jìn)行新方法的教學(xué)課堂。主要體現(xiàn)在：(1) 學(xué)生預(yù)習(xí)有的放矢，參與學(xué)習(xí)的主動(dòng)性更強(qiáng)，預(yù)習(xí)效果顯著提升；(2) 學(xué)生在課堂上積極發(fā)言討論，師生互動(dòng)、生生互動(dòng)增多，學(xué)生的課堂主體地位充分展現(xiàn)；(3) 團(tuán)隊(duì)協(xié)作，分工查找、整合資料，分工配制溶液提高實(shí)驗(yàn)效率等，提升了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力；(4) 學(xué)生敢于突破自我，選擇更具有挑戰(zhàn)性的課堂展示方式，例如有一組同學(xué)在講解鋅鉍混合溶液連續(xù)滴定時(shí)全程使用英語口述和英文板書，讓人印象深刻；(5) 學(xué)習(xí)效果有反饋，學(xué)生能夠知曉實(shí)驗(yàn)報(bào)告中存在的問題，在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫中盡量避免，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量有較大提升。在課后的調(diào)查中，多數(shù)同學(xué)表示這一教學(xué)方法能讓自己有更多收獲，期待未來的課程中能夠使用類似的教學(xué)方法。

然而，這一教學(xué)方法也存在不足。比如，有部分同學(xué)反映需要在課前查閱大量資料，無形之中增加了更多學(xué)習(xí)任務(wù)和壓力。在未來的教學(xué)實(shí)踐中，這可能需要教師凝練案例設(shè)計(jì)并分解預(yù)習(xí)任務(wù)，幫助學(xué)生提高效率。另外，這一教學(xué)方法中需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)的項(xiàng)目太多，在只有一名教師授課的情況下，可能出現(xiàn)照顧不到所有學(xué)生的情況。在未來的教學(xué)實(shí)踐中，可以嘗試通過增加課堂教學(xué)環(huán)節(jié)教師數(shù)量的方法來解決。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了基于案例分析與翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)方法，在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行了實(shí)踐。通過一個(gè)教學(xué)周期的觀察與比較，這一教學(xué)方法能夠解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的不足，幫助提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，幫助學(xué)生提升表達(dá)能力和實(shí)驗(yàn)操作水平，還能夠激發(fā)學(xué)生挑戰(zhàn)高難度學(xué)習(xí)任務(wù)的熱情,具有一定的推廣借鑒價(jià)值。借助與新教學(xué)方法對(duì)應(yīng)的考評(píng)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生能力表現(xiàn)的考評(píng)。目前這一教學(xué)方法還存在學(xué)生任務(wù)過多以及課堂教學(xué)中教師不足的問題，在未來的教學(xué)實(shí)踐中可通過分解學(xué)習(xí)任務(wù)、增加教師數(shù)量的方式解決。我們相信，在進(jìn)一步完善現(xiàn)有問題的基礎(chǔ)之上，這一教學(xué)方式能夠更好地助力“一流課程”建設(shè)。