線上線下混合式儀器分析實驗金課探索與實踐

王軍鋒，饒永莉，梁 攀，肖正鳳，李颯英，吳永娟

（1.陜西學前師范學院 化學化工學院，西安 710010；2.陜西省石油化工學校，西安 710010）

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020 年）》明確指出：“信息技術對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”。要繼續(xù)推動高校開展依托互聯(lián)網+的網上網下融合，課堂和虛擬、課上和課下相互融合的教學改革；繼續(xù)發(fā)揮高校理論研究前瞻、信息接受快速的優(yōu)勢，推動高校為制高點將創(chuàng)新性教育研究成果向社會開放，推動高等教育信息化發(fā)展，高校師生員工責無旁貸、任重而道遠。事實上，高等教育信息化發(fā)展，也經歷了從起步階段的基礎設施建設，到以業(yè)務系統(tǒng)為核心的數(shù)字校園建設，如今已發(fā)展到以深度融合和創(chuàng)新驅動為特征的智慧校園建設階段。但其核心和重點從來就沒有改變，始終聚焦在互聯(lián)網技術對教學改革的推動、重塑和創(chuàng)新上。伴隨著網絡技術的快速發(fā)展、大數(shù)據/業(yè)務平臺一體化、知識社區(qū)和智慧課室建設的提速，以線上線下混合式教學為主題的教學信息化迎來了又一個快速發(fā)展時期。突如其來的COVID-19 新冠肺炎疫情更是給教學信息化帶來了一個“大考”和“實戰(zhàn)”的機遇，使線上線下混合式教學獲得了內生的驅動力，必將給未來教育教學模式帶來革命性的影響。

一、線上線下混合式儀器分析實驗金課探索的前期實踐

根據《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020 年）》的規(guī)劃，依據應用型本科院校實用型人才發(fā)展的要求，線上線下混合式金課的探索和打造，必將在這場信息化教育革命中占據重要位置。什么是“金課”? 按照教育部高等教育司司長吳巖的定義，就是具有“高階性，創(chuàng)新性，挑戰(zhàn)度”的課程。因此，線上線下混合式“金課”就是線上線下有機結合的具有“兩性一度”的精品課程。其簡捷高效打造的路徑就是充分利用線上“金課”進行本體化改造，探索線上“金課”的多種應用模式，與線下適合本校學生的特點和培養(yǎng)需要充分的融合，在模式上不斷摸索，實際教學中不斷歷練。

儀器分析實驗課程是化學類專業(yè)的一門重要實踐課程，隨著科學技術的廣泛發(fā)展和應用，現(xiàn)代分析測試手段已經被廣泛應用于化學與化工、生物與醫(yī)學、食品與安全和生態(tài)與環(huán)境等領域專業(yè)研究和生產實踐中。熟悉儀器分析的方法原理、掌握各種分析儀器尤其是生產實踐中廣泛應用的大型儀器，是打造實用型人才、提升實用型人才培養(yǎng)內涵的核心。

以打造線上線下儀器分析實驗金課為抓手，通過對實訓內容、模式和方法的創(chuàng)新設計，把儀器分析實驗課打造成實用型人才培養(yǎng)的理想平臺。近兩年我們緊緊依托化學實驗教學示范中心（省級），全面開展信息化教學，特別是利用線上資源及虛擬仿真平臺開展各種實踐教學改革和創(chuàng)新研究，積累了很多成功的經驗。新冠肺炎疫情及其常態(tài)化的趨勢，倒逼我們加快了這一探索的進程，并堅定了深入研究的信心。想當初，當面臨疫情危機使學生不能返校，正常實驗教學不能開啟的情況，確實帶來了一系列問題，但倒逼化學實驗中心實踐教學改革和線上信息化教學刻不容緩。這是一場危機，也是一次外界環(huán)境壓力下快速發(fā)展的歷史機遇。加快創(chuàng)新實驗教學模式研究，實施信息化實驗教學管理，以更加開放多元的方式開展實踐教學是落實實踐教學“停課不停教”的關鍵，利用虛擬仿真模擬實驗平臺、線上直播交互式教學、線下學習群落的輔導是當時解決問題的著力點。

疫情期間通過篩選專業(yè)的化學實驗仿真模擬平臺，輔助在線的直播及課下微信平臺的互動等多種形式，建立了在疫情期間開展化學實驗教學的創(chuàng)新、開發(fā)及便捷的實踐教學新模式，該模式經過近兩個學年的實踐，證明具有一定的實用性，收到良好的效果（如圖1 和圖2所示）。

圖1 線上線下儀器分析實踐教學的組織和實施界面截圖

圖2 線上線下混合式儀器分析實驗教學探究界面截圖

二、線上線下混合式實驗類金課打造的緊迫性

經過疫情的歷練，在混合式實驗教學研究和實踐中，我們取得了一定成效，也積累了一些經驗。但高質量線上線下混合式實踐教學金課的打造也還在摸索階段，尤其是模式探討、系統(tǒng)高效教學方法的構建和科學評價方法的探究尚需深入；結合教學示范中心的現(xiàn)狀，如何利用線上線下混合式金課，打造的契機來改變制約中心快速發(fā)展的一些瓶頸問題，包括由于資金有限，絕大多數(shù)大型分析儀器只有一臺，但招生規(guī)模卻在不斷擴大，生均儀器占比還很低；以及受限于實驗室空間，很多儀器分析實驗操作的安全性還不達標；而離近幾年提倡的智慧實驗室、綠色環(huán)保實驗室的要求還有很大的差距的問題。

如何利用互聯(lián)網+實驗模式、教學信息化的機遇，最大化發(fā)揮、盤活現(xiàn)有的資源，提高高端儀器的利用率；有效克服實驗室空間緊張、經費短缺的問題；積極應對儀器數(shù)量仍然偏少，但招生規(guī)模不斷增加的挑戰(zhàn)，還需要更加創(chuàng)新的實驗運行模式，更加高效的解決方案。以融合線上資源，研究線上線下混合儀器分析實驗金課及其相關模式作為解決問題的抓手，未雨綢繆地進行線上線下混合式開放實驗模式研究和實踐是十分有必要而且緊迫的。

三、線上線下混合式儀器分析實驗金課的構建

具體實踐中，我們以儀器分析實驗課程為例進行了模式設計、規(guī)劃和運行，經過精心規(guī)劃，首先在第一學年遴選1/3 的項目進行試運行，積累經驗并及時總結梳理；在我們感覺基本能掌控混合式實驗教學的流程后在第二學年增加線上線下融合式儀器分析實驗教學項目比例。迄今經過兩個學年的摸索，發(fā)展和建構了基本成熟的“線上線下混合式實驗金課教學模式”（如圖3 所示），同時也將該模式通過化學實驗教學示范中心在其他實驗課程教學中推廣和應用，并不斷驗證和完善。

圖3 線上線下混合式實踐教學模式

（一）線上線下混合式儀器分析實驗金課教學模式的關鍵環(huán)節(jié)

本研究著力于實驗教學金課模式的構建，重點從四個關鍵環(huán)節(jié)進行探究、豐富和完善，將線上線下融合模式各項優(yōu)勢和效能發(fā)揮出來，并期待收到統(tǒng)合綜效的結果。這個四個關鍵環(huán)節(jié)分別為：實驗前教師資料準備（線下）；實驗前學生自主學習（線上）；實驗技能實操訓練（線下）及持續(xù)的評價和反饋（線上線下）。這四個環(huán)節(jié)，邏輯統(tǒng)一，線上線下相互融合、相互依存，層層遞進，構建線上線下融合實驗金課的核心。

（1）實驗前教師資料準備（線下）：教師作為主體，在線下為學生準備充分的學習資料，供學生在實驗前自主學習。資料的形式多種多樣，主要包括網絡微課、教師制作的小視頻、公共視頻材料和MOOC 資源；教師備課的文本材料（PPT、教學活動設計及實驗預習效果自測題）；尤其要清晰發(fā)布實驗學習任務書。有鑒于這階段的學習生態(tài)及老師對學生的實際掌控度，在這個環(huán)節(jié)派發(fā)給學生的資料要圍繞教學目標精心遴選，少而精并充分考慮形式多樣和有趣味性。既要實現(xiàn)教學目標還要重在激發(fā)學生參與。

（2）實驗前學生自主學習（線上）：學生作為主體，以老師線上資源為引領，做好實驗前準備，熟悉實驗原理、方法、步驟并清晰實驗課學習目標。如有條件，鼓勵學生在虛擬平臺完成操作模擬練習。考慮到學生課外學習環(huán)境比較寬松，為保證課前自主學習的有效性，教師通過網絡平臺互動交流非常有必要。在互動中跟蹤學生的學習，對學習過程進行必要的線上指導和監(jiān)督。

（3）實驗技能實操訓練（線下）：教師引導，學生為主體，在實驗室進行系統(tǒng)操作技能訓練。基于此前兩個環(huán)節(jié)，線上線下融合實驗課堂不再是傳統(tǒng)的教師講授為主，學生被動接收，而是形式多樣的協(xié)作探究、小組討論和組間競賽等。通過教師的引導、學生主導，伙伴之間互動。以目標導向、過程監(jiān)控和評估、指導和反饋等手段，全面培養(yǎng)學生的觀察能力、動手能力，以及分析問題、解決問題的能力。

（4）持續(xù)的評價和反饋（線上線下）：教師和學生協(xié)同，充分利用線上平臺優(yōu)勢，進行重點、難點分析討論和技能測試；將面對面的訪談和線上問卷調研相結合，多角度、全方位對學習過程進行精進，對學習效果進行評價。通過反饋與評價，教師能掌握學生是否適應這種教學模式、對這種模式還有什么期待，在此基礎上發(fā)現(xiàn)問題、不斷調整，對線上和線下混合實驗教學模式進行修正和完善。

（二）以線上線下混合式實驗教學模式對儀器分析實驗項目進行重塑

以2021 版人才培養(yǎng)方案為指引，按照儀器分析實驗教學大綱的要求，盤點線下實驗室的儀器分析設備現(xiàn)狀、結合中心資源現(xiàn)況及實驗室現(xiàn)實環(huán)境，有針對性地引進和重點篩選線上MOOC 資源、虛擬仿真實驗平臺及自主開發(fā)儀器分析實驗的微課小視頻，豐富完善儀器分析實驗項目，提升儀器分析實驗金課的內涵。

對照本科班現(xiàn)行儀器分析實驗實訓項目，可以看到采納線上線下混合式教學模式后，能有效填補許多儀器分析實驗項目的空白，包括電化學分析電位滴定、庫倫滴定及極譜分析；光學光譜分析中原子發(fā)射光譜分析、原子吸收石墨爐原子化分析；系統(tǒng)完整地強化其他項目的實訓；并有效解決實驗室儀器短缺，緩解實驗室空間不足等困擾化學實驗示范中心持續(xù)發(fā)展的問題（見表1）。

表1 線上線下混合式儀器分析實驗教學項目

四、線上線下混合式儀器分析實驗教學策略和自動化管理方案

線上線下混合式教學模式中，可以充分利用線上超強的后臺管理軟件，記錄和監(jiān)控學生的學習過程，促進實驗管理的自動化。以我們在疫情期間采用微瑞科技化學虛擬仿真實驗平臺為例，系統(tǒng)詳細地記錄了學生學習完成的過程，包括針對某個實驗模擬時間、模擬次數(shù)和實驗成績；學生可利用系統(tǒng)平臺進行實驗報告的撰寫和提交；教師可以利用平臺評分和批改。系統(tǒng)提供實驗考試管理和實驗考試模塊，并總體對實驗成績進行匯總，實現(xiàn)實驗教學的閉環(huán)管理。這為科學、系統(tǒng)地進行過程和結果管理提升教學成果提供了數(shù)據支撐，如圖4 所示。通過對已有線上教學管理積累的經驗的總結，研究線下線上混合式儀器分析實驗教學管理模式，充分利用軟件優(yōu)勢、自動數(shù)據采集優(yōu)勢和自動分析優(yōu)勢，融合線下評估數(shù)據，提出系統(tǒng)、完整的實驗教學自動化管理方案。

圖4 系統(tǒng)線上線下混合式實驗教學管理模型

五、線上線下混合式實驗教學成功實施的幾個關鍵因素

線上線下融合式實驗教學作為一種極具前景的全新教學模式，正越來越引起人們的關注，各高等院校都在積極探索推廣中。但在實施過程中，可能會遇到一些困難和挑戰(zhàn)。只有深入研究前進中遇到的問題，并提出卓有成效的解決方案，才能行穩(wěn)致遠。相關研究需要深刻把握教學過程中的關鍵因素，才能打造成功的教學實踐。

（一）對教師提出更高的要求

混合教學模式的實施，不僅需要教師學會操作專業(yè)軟件，同時對教師的工作時間作出了更高的要求。要求教師適時掌握線上學生學習情況。不管是在課前、課堂中或課后，都要保證和學生的及時溝通。因此，為了促進混合教學模式的實施，提升課堂教學效果，需要建立課程團隊，團隊教師各自分工，相互協(xié)作，才能保障線上線下教學的有效實施。此外，線下的教學工作無法量化，需要教師有較強的奉獻精神，各二級學院要在制度上給實施教學改革創(chuàng)新的教師一定的獎勵，鼓勵將新生事務發(fā)展壯大，將取得的教學成果持續(xù)推廣。

（二）建立機制激發(fā)學生參與線上線下學習的積極性

混合教學模式開展初期，學生興趣還比較濃厚，但熱情會隨時間流逝逐漸消退。設計持續(xù)過程監(jiān)控和考核指標，特別是將線下大量自我學習、資料準備、上線模擬和反復強化等這些特別有價值的學習活動，但將在老師可及性之外的學習過程和成果納入考核體系，是學生保持持續(xù)的熱情和干勁的關鍵。這也許需要任課老師匠心設計考核方案，并在新模式課程學期之初就廣而告之。讓學生有并清楚自己可以掌控的部分，將學習的自主性、自覺性持續(xù)地開放和保持。簡而言之，為了保障線下課堂教學內容的改革及混合教學模式的實施效果，促使這種教學模式順利實施，機制性的激勵措施和方案務必要具體、量化和可操作，并讓學生能夠知曉并認同。

（三）創(chuàng)新實驗教學評價多元化

為了使新的教學模式深入人心，并漸進落實，針對課程實踐教學的評價應該做到多元、多角度，最好能實行360°考評。特別是要使評價主體實現(xiàn)多維化，包括學生評價、校內督導組評價、校外專家評價甚至行業(yè)企業(yè)評價等。學生評價的重點可落腳在教學輔導教師的教學態(tài)度、教學內容、教學方法及其教學效果等方面；校內教學督導組重點評價實踐教學輔導教師的課程講授效率、講授質量、教學態(tài)度、教書育人和課程思政教學等；校外專家重點評價實踐教學教師的課程設計思想、課程設計理念、課程設計內容、課程教學模式及其課程教學方法、師資師德和能力與水平等；邀請行業(yè)企業(yè)專家重點評價實踐教學教師的課程理念與思路、課程針對性和適用性，以及課程信息技術的應用等。

總之，進行線上線下混合式教學研究，不但要有熱情、激情，還要積極實踐，不但要在內容上探究在課前、課中和課后老師教什么及學生學什么，更是要研究師生在一個虛擬平臺、共享的時空中更加粘連的策略，從而在有限的時間內完成高效“教”和“學”的過程，實現(xiàn)人才方案賦予的培養(yǎng)目標。對于這個目標，我們還在不斷地探索中。