線上線下深度融合的分析化學實驗教學新模式探索
——以“維生素C飲料中抗壞血酸含量的測定”為例

張天龍，馮婷，湯宏勝,＊，李延 ,＊，李華 ,2

1西北大學化學與材料科學學院，西安 710127

2西安石油大學化學與化工學院，西安 710065

1 分析化學實驗教學現狀剖析

分析化學實驗實踐課程與分析化學理論課程緊密配合，是化學、化工、生命科學和地質工程等專業的基礎課程。該課程對于發展學生創新思維，實現新時代創新型人才培養具有重要的意義。通過教學實踐，我們發現傳統的實驗教學模式存在一些缺陷[1]。(1) 隨著新高考改革逐步推行，導致學生化學基礎知識參差不齊，教師對學生學情難以準確掌握，無暇顧及學生的個體差異和個性化需求；(2) 以教師為主體的傳統教學模式，學生自主發揮的空間較少，缺乏主動學習的動力，忙于機械照搬，無暇進行思考探究，不利于學生創造思維的養成；(3) 有些分析設備價格昂貴，教師只是課堂上空洞地講解基本理論及應用，導致學生理解困難，不能透徹掌握相關知識；(4) 教師過于專注知識方面的傳授，忽視了人才的培養目標。這些問題不僅嚴重影響了學生對知識的學習和運用，還限制了學生的自主性和創新性思維的培養。

近年來，隨著信息技術的發展和應用，為教學方式改革提供了新手段、新途徑，視頻微課、MOOC、在線課堂、教學平臺、虛擬實驗平臺等工具得到了廣泛應用，實現了各種教學資源管理、簽到、在線作業、虛擬仿真實驗、在線考試、在線答疑及教學評估等教學任務的在線處理，突破了傳統教學模式的時間、地點限制，使學生能夠自主學習、時時學習和個性化學習，同時可以記錄教學和學習過程。如“微課”“虛擬仿真實驗”等作為教學輔助措施，學生可以根據自己的學習程度，選擇重復多次學習，直到掌握相關知識，滿足了學生個性化學習的需求，充分調動學生學習的主動性和積極性。因此，在分析化學實驗課上積極開展線上線下深度融合教學模式，通過優化整個實驗教學過程及課程成績評價辦法，可以提高課堂效率，提高學生的學業水平和科研綜合能力。

2 基于線上線下深度融合的分析化學實驗教學模式

以生命科學類的學生為例，該課程涉及到6個實驗內容，共計36個學時。實驗樣本的選擇均貼近生活，比如食用醋、自來水、飲料(維生素C)和Fe等，要求學生運用化學理論知識解決實際問題，激發學生學習的熱情和主動性。針對傳統教學中存在的問題，我們采取線上線下深度融合教學模式，主要對傳統的教學過程及成績評價進行優化，提高教學效果。圖1是基于線上線下深度融合教學模式的具體實施步驟。圖2是超星學習通線上教學平臺頁面，它可以實現各種教學資源上傳、發布通知、簽到、題庫練習、在線作業、在線考試、在線討論及統計(班級、資源、課程)等教學任務的在線處理，可以用于服務實驗教學。學生擁有自己的學習賬戶，可以自主學習完成教師布置的各項學習任務，記錄學習過程，查看任務安排、學習時長、習題測試和在線討論和錯題復習等。基于線上線下深度融合教學模式，我們現將實驗教學安排分為三個部分(課前預習、課中導習、課后跟蹤)。以維生素C的測定為例(如表1所示)，該教學模式學習內容設計主要包含在線學習內容和課堂教學內容，能充分發揮學生的主觀能動性。

圖1 基于線上線下深度融合教學模式的具體實施步驟

圖2 超星學習通線上教學平臺展示

表1 基于線上線下深度融合教學模式學習內容設計

2.1 課前預習

由于學生個體差異性，有效利用線上教學輔助學生進行課前預習。在正式授課前一周，教師通過線上教學平臺，發布學習任務(觀看實驗相關視頻資源，完成在線作業)，引導學生多思考提問，完成實驗預習任務，還可開展網絡虛擬實驗，并約定時間開展在線討論，解疑答惑，考查學生課前預習情況，便于對課堂教學進行調整優化。學生根據自己時間，自主進行線上課前預習，根據自己的學業水平，可重復多次學習，并查閱相關資源，補充自己基礎的不足，并方便和教師進行線上互動，快速解決該實驗相關的知識問題。此外，教師應堅持預做實驗，可以明確實驗現象、改進實驗方案、檢驗公用試劑、提供評分標準、開展教學研究等[2]。還可以錄制實驗關鍵點視頻，作為線上平臺的預習資料，方便學生掌握實驗。線上平臺還能記錄學生的學習過程，便于后期進行總結回顧及成績評價。

以維生素C的測定為例，教師通過線上平臺發布作業任務，要求學生查閱維生素C相關的資料，發布相關視頻，要求學生觀看并完成設定的題目。學生領取任務后，圍繞任務完成預習，通過上網查找資料了解維生素C的功能，了解哪些物質中含有維生素C。針對“如何測定飲料中維生素C含量”這個實際問題展開學習。學生通過線上平臺觀看錄制的視頻，預習直接碘量法測定維生素C的原理，所用儀器及試劑的選擇(試劑選擇應盡量避免使用具有毒性的試劑，例如碘溶液的標定選擇Na2S2O3溶液而不用As2O3)，了解直接碘量法的操作過程及注意事項(實驗反應條件，指示劑的選擇)，學習實驗方案設計。整個實驗流程直觀、生動地呈現，使學生更容易理解和學習。學生可借助虛擬實驗平臺練習溶液配制和滴定，了解K2Cr2O7標準溶液的配制、I2和Na2S2O3溶液的粗配方法、I2溶液的標定和Na2S2O3溶液的標定等。通過教學視頻和線上虛擬實驗，學生可以熟悉實驗操作，減少了實驗室試劑的消耗和污染物排放。基于線上教學的課前預習可激發學生的實驗熱情，理解教學內容，充分發揮學生學習的主動性。針對每個學生的理解能力和知識水平的差異，學生可以反復觀看學習實驗資料，充分理解相關知識要點，熟悉操作技能，滿足學生個性化的學習需求，提高學生的學習興趣。此外，在線作業以及在線討論環節可引導學生學會獨立思考，有利于培養和提高學生的自學能力。

2.2 課中導習

有了扎實的課前預習，課堂教學活動回歸線下模式，教師需主要關注以下幾點：(1) 根據學生線上預習的情況展開授課(回顧實驗基礎知識和實驗流程)，突出重難點、易錯點，部分實驗操作演示，總結線上預習情況和疑難問題。(2) 學生動手操作實驗，教師則需要注意觀察學生的操作是否規范并及時糾正，引導學生規范記錄實驗數據。表2是實驗操作細則評分表。在實驗過程中，可將學生錯誤實驗操作及實驗數據規范記錄情況拍照，并上傳到線上教學平臺，作為后期對學生實驗操作評分的依據，還可為以后的教學提供素材。(3) 對于實驗產生的廢棄物，如鉻離子廢液，做完實驗后需倒入規定的廢液桶，統一定期處理廢液，不得倒入水槽排入下水道，牢固樹立學生的安全意識[3,4]與環保意識。(4) 在實驗結束后，將學生每4人分為一組，根據自己的實驗操作過程，留有20分鐘時間討論“導致維生素C濃度產生偏差的因素”。如若組內不能解決，可尋求教師幫助。(5) 在數據處理與分析方面，教師需對學生有以下要求：① 對于有限的平行測定實驗，建立剔除異常數據的意識，運用DPS (Data Processing System)軟件進行異常實驗數據的檢驗與剔除，自行上網查閱資料探索其他異常數據的剔除方法。② 計算實驗的相對標準偏差和相對誤差，學習使用Excel中的函數公式直接計算。③ 在實驗報告中完成詳細規范的數據分析。

表2 實驗操作細則評分表

在整個實驗過程中，引導學生注意容量瓶定容操作；稱量儀器(臺稱和分析天平)選擇對有效數字的影響；液體量取時量筒和移液管的選取；滴定終點時半滴的控制等，這些都是分析化學中嚴格的“量”的體現，引導學生樹立準確的“量”的理念，有助于培養學生嚴謹的科學態度。

2.3 課后跟蹤

課后跟蹤，也是檢驗教學效果的關鍵階段。學生課后須按時完成實驗報告(拍照上傳)，解答思考題以及完成實驗總結，并直接線上提交，由平臺保存學生的學習過程，提交時間設置為3天內(即實驗結束后開始算)，超過期限無法上傳。思考題包括課后習題及在線拓展性問題，教師可以通過線上教學平臺設置一些主觀題和客觀題，鞏固學生的學習。以維生素C的測定為例，可以設置如下拓展性問題：(1) 如何利用直接碘量法測定蔬菜中維生素C的含量？請查閱資料，重點關注樣品前處理過程，設計詳細的實驗方案(主要包括實驗目的、實驗原理、所用儀器和試劑、實驗步驟及注意事項、數據記錄表設計)；(2) 除了直接碘量法之外，還有哪些測定維生素C的方法？測定維生素C含量的國標法是什么？(3) 直接碘量法有哪些其他應用(列舉三個)？學生可以在網絡上搜集相關信息，查閱文獻等，依托網絡教學平臺完成實驗方案探索和設計。教師可以創建一個線上討論區，解答學生的各種疑難問題，實現師生的有效互動，引導學生一起分析問題、解決問題，最后完成對學生拓展問題解答的評價。課后線上跟蹤能督促學生鞏固課堂知識，開拓視野，豐富學習內容。其優點是拓展性問題(如實驗方案的設計)的設計可以提高學生查閱文獻和搜集資料的能力，培養學生的獨立思考能力和創新性思維，提高學生分析解決問題的能力。

3 基于線上線下深度融合的分析化學實驗成績考核方式

傳統的實驗成績考核方式比較單一，主要通過實驗報告，無法及時了解遇到的問題，無法全面對學生進行評價。基于線上線下深度融合實驗教學模式，結合線上平臺記錄學生的學習過程，將考核內容貫穿于整個教學過程，主要分為三個部分(課前預習、課中導習及課后跟蹤)對學生進行綜合考評(如圖3所示)，評價依據由線下(紙質資料及課堂討論情況)部分和線上平臺部分組成。其中，(1) 課前預習主要指在線視頻學習、在線虛擬實驗、在線預習作業自測、在線討論、紙質預習報告，占比為20%；(2) 課中導習主要包括實驗操作技能、數據記錄及處理分析、綜合素養，其中數據記錄需整潔規范，特別注意有效數字位數的保留及數據單位；綜合素養考查學生穿著、臺面整潔、按時到課、思路清晰、不污染公用試劑及廢液回收情況，占比45%；(3) 課后跟蹤主要包括實驗報告成績、思考題和實驗總結，其中思考題考查學生對基本知識的掌握情況和拓展性問題(實驗方案的設計等)的完成情況，占比35%。該成績考核方法注重學生的綜合性，能夠反映學生整體學習過程和收獲，有利于考查學生對知識的掌握程度和靈活運用能力，反映學生活躍的思維和獨立思考問題的能力，激發學生的主觀能動性，能促進學生科學實驗的綜合能力提升。

圖3 分析化學實驗成績評定方案

4 結語

采用線上線下深度融合的分析化學實驗教學模式，雖然學生需花費時間學習平臺操作技能以及可能面臨儀器設備條件差異性的問題；教師需經常關注線上教學平臺，對學生的疑難問題進行解答；但是與傳統教學相比，該教學模式通過學生課前自主預習，課中教師的個性化引導以及課后知識鞏固和補充(拓展性問題的設計)，充分調動了學生的主觀能動性，尊重學生個體差異，實現以學生為中心的因材施教，樹立學生的安全意識與環保意識，有助于培養學生嚴謹的科學態度和一絲不茍的科學作風，培養學生的自主創造性和分析解決問題的能力，同時提升了實驗教學效果。該教學模式為高校創新型人才培養做了有益的探索。