疫情防控時期分析化學線上線下實驗教學模式研究

紀萬里，楊志鈞，王小芬，陸 葉，賈冬玲，張宜凡

上海健康醫(yī)學院藥學院， 上海 201318

自2020年新冠肺炎疫情暴發(fā)以來，人們的工作、生活發(fā)生了較大的轉變，已經(jīng)造成全球經(jīng)濟萎靡不振。當前，疫情反復肆虐，給高校的實驗教學帶來了前所未有的影響和挑戰(zhàn)，也為高校信息化教學提供了發(fā)展的空間[1-2]。根據(jù)教育部“停課不停學”的要求，各高校線上教學普遍展開[3]。其中，實驗教學不同于理論教學，理論教學線上授課平穩(wěn)有序，然而實驗教學涉及儀器、場地、操作等方面，在疫情反復出現(xiàn)的情況下，如何保證實驗課教學的質(zhì)量，是當前面臨的主要難題[4-6]。分析化學是醫(yī)藥類專業(yè)的必修基礎課程，是研究物質(zhì)的結構、組成和結構形態(tài)的一門科學，也是貫穿于多個學科的重要分析技術[7]，其內(nèi)容涉及化學分析法、儀器分析法等定性、定量分析方法，相關的理論和實驗方法，為后續(xù)專業(yè)課的學習起到鋪墊作用[8]。按照教學目標要求，實驗課和理論課學時相當，學生實驗操作的水平直接關系到后續(xù)專業(yè)課的實驗學習。基于此，筆者嘗試在疫情防控時期背景下，從分析化學實驗教學的實際出發(fā)，將線上線下混合式教學法應用于分析化學實驗教學中，以期在疫情防控時期更好地培養(yǎng)學生實驗操作能力。

1 分析化學實驗課程開展線上線下教學模式的研究背景

分析化學實驗是分析化學重要的組成部分，是培養(yǎng)學生實驗操作動手能力的重要途徑。隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、信息時代的到來，信息技術被廣泛應用于線上教學，多種形式的線上與互聯(lián)網(wǎng)共享學習資源相結合的模式?jīng)_擊著傳統(tǒng)課堂教學[9]。為順應時代發(fā)展，更好地服務于教學，滿足學生的學習需求，傳統(tǒng)課堂教學必須進行一定的改革[10]。因此，線上線下混合式教學模式便在各個高校應運而生，該教學模式較好地結合了網(wǎng)絡教學和傳統(tǒng)課堂教學面對面的方式[11]。有文獻報道顯示，線上線下混合式教學法在分析化學課程的應用為培養(yǎng)專業(yè)性人才奠定了良好的基礎[12]。在混合式教學模式中，已構建的分析化學精品資源為共享課程，可實現(xiàn)學生自主學習的目的，以及線上教育與傳統(tǒng)課堂教育的深度融合。分析化學實驗包含化學分析法和儀器分析法，其中儀器分析法對設備要求較高，不能單純地依賴線上教學，還須保留傳統(tǒng)的課堂教學模式。通過線上講授相關的實驗原理、知識點，構建線上線下混合式的教學新模式，不斷地解決實驗課受限問題，學生既可以通過線上精品課程學習實驗操作技能，又可以通過線下自己動手操作儀器，更好地實現(xiàn)藥學本科專業(yè)人才培養(yǎng)目標，這也是分析化學現(xiàn)代化教學改革的方向[13]。

2 線上線下混合式教學模式設計

2.1 線上資源平臺建設

根據(jù)分析化學章節(jié)實驗教學培養(yǎng)方案，采用超星學習通平臺(以下簡稱“學習通”)構建線上學習資源，包括課程公告、課程章節(jié)內(nèi)容、教師授課課件、微課、視頻資料、國家精品課程鏈接網(wǎng)址等。學生通過線上學習資源進行課前預習，所設置任務點對學生學習情況進行監(jiān)督。通過課前的預習，學生對所學章節(jié)內(nèi)容有所了解，并帶著問題到線上、線下課程中，從而提高學習效率。

以章節(jié)實驗“酸堿滴定練習”為例，在學習通上構建線上資源，包括分析天平的稱量方法(差減稱量法)、滴定管、移液管和容量瓶的使用操作視頻資料，氫氧化鈉和鹽酸標準溶液的配制和標定的實驗操作視頻，鏈接大學生慕課酸堿滴定分析法的視頻資料。學生課前觀看學習，充分了解酸堿滴定的基本操作，幫助學生更好地理解和掌握實驗相關的理論、設計思路以及注意事項等。在線上進行實驗授課時，教師根據(jù)學生的預習情況和反饋的實驗問題，歸納總結進行授課，從而提高實驗教學效率。運用騰訊會議線上授課時，可采用課堂互動、討論、隨堂練習等教學手段。例如，在觀看相關酸堿滴定分析法的視頻時，邊播放、邊講解實驗操作要點；可采用隨時簽到、增加一些知識點的搶答等方式避免學生“溜號”行為。此外，在線上可進行實驗分組，以小組討論的形式進行實驗匯報，內(nèi)容包括實驗目的、實驗原理、儀器和試劑、實驗步驟、實驗結果、結論以及實驗心得體會，進一步調(diào)動學生學習的積極性，發(fā)揮學生的主觀能動性，提高學生實驗學習的興趣。蘇格拉底的至理名言“教育是點燃火焰”，充分說明教育本質(zhì)就是讓學生喜歡學習，雖說線上教學不如線下教學的互動性好，但一樣可以點燃學生實驗學習的興趣之火，即使是在疫情時期，亦是如此。

2.2 構建虛擬仿真實驗平臺

實驗教學不同于理論教學，實驗教學要求學生充分發(fā)揮動手實操能力，才能體會到實驗操作的每一步的細節(jié)。在疫情防控時期，虛擬仿真實驗在各大高校普遍開展。虛擬仿真是基于信息平臺的系統(tǒng)化軟件，可將復雜的實驗操作及原理可視化，具有強大的自主性、交互性、開放性的特點[14]。虛擬仿真最初應用在各種游戲中，其身臨其境的3D虛擬環(huán)境，讓游戲愛好者流連忘返。目前，虛擬仿真技術廣泛應用于軍事、醫(yī)療、教育等多個領域，在高校實驗教學中呈現(xiàn)多元化的應用[15]。上海健康醫(yī)學院以北京歐倍爾作為軟件平臺，構建虛擬仿真資源。以酸堿滴定分析法為例，該虛擬仿真實驗資源建立了電子分析天平的使用、滴定操作練習、鹽酸和氫氧化鈉標準溶液的配制和標定等虛擬仿真軟件(如圖1所示)。在線上授課時，教師發(fā)布虛擬仿真平臺云課堂網(wǎng)址、軟件安裝方法、運行環(huán)境等，學生可提前進行安裝、調(diào)試及操作演示。在線上授課時，教師以演示授課的方式對虛擬仿真實驗進行講解，即運行虛擬仿真軟件，通過每一步的實驗模擬操作演示，讓學生充分掌握滴定操作要領，如天平的使用、滴定管潤洗、排氣泡、逐滴的滴定、半滴的操作、終點顏色的判斷、滴定管的讀數(shù)、數(shù)據(jù)的記錄及處理、實驗報告的書寫等。教師演示后，學生自己操作練習。實驗完成后，系統(tǒng)平臺進行評分，對學生實驗情況進行評價。學生可以先通過演示模式學習，熟練掌握后再進行考核模式，以考察其對實驗操作技能的掌握情況。虛擬平臺將實驗步驟設置成操作模式，結合3D的虛擬實驗場景，從而增強實驗的趣味性，并提高學生學習的積極性。

圖1 分析化學虛擬仿真操作環(huán)境

2.3 線下實驗教學設計

根據(jù)線上授課及學生反饋情況，增加學生自主觀察項目以及師生互動；對于課堂教學，引入小組討論方式和翻轉課堂，讓學生充分簡述實驗內(nèi)容；教師結合學生的PPT講解、實驗儀器演示，對學生的匯報情況進行總結和提煉，注重引導學生設計實驗。例如，如何選擇合適濃度的標準溶液進行滴定、滴定管和移液管等。學生通過前期的線上學習、虛擬仿真實驗的練習，自主進行實操訓練，期間學生可在小組長的帶領下組織討論和翻轉課堂，從而提高分析問題、解決問題及團隊合作的能力；教師可通過巡視和答疑，課后在學習通發(fā)布相關的測試題，從而對學生線上線下學習進行有效的評估。從線上教學到虛擬仿真實驗，最后到線下課堂教學，形成了比較完善的教學體系，對于分析化學實驗也是一種嘗試和探索，分析化學實驗線上線下混合式教學模式如圖2所示。

圖2 分析化學實驗線上線下混合式教學模式圖

3 建立混合式教學學習評價機制

在原有的分析化學實驗考核評價的基礎上，根據(jù)線上線下教學模式的特點，設置相應的考核評價方式，包括線上資源的任務點考核、課堂互動情況、小組匯報情況、虛擬仿真實驗成績以及線下提交實驗報告成績(如圖3所示)。學生在完成虛擬仿真實驗操作后，線上提交實驗報告，交由教師進行批閱評價。在做虛擬仿真實驗時，為合理地評價學生的實驗操作情況，在實驗報告中附有虛擬仿真實驗的截圖和視頻素材。在線下實驗操作中，小組討論匯報成績由教師進行評價，學生完成線下實驗報告，實驗報告應附有滴定終點的截圖，主要考核學生滴定終點判斷是否準確，提交原始數(shù)據(jù)記錄，完成后交由教師進行批改，給出實驗報告成績。教師根據(jù)線上線下實驗情況進行匯總評價，確定學生此次實驗課的最終成績。

圖3 線上線下混合式教學模式評價機制

4 實踐教學效果評價

4.1 實驗考試成績對比分析

此次線上線下混合式教學模式應用于該校藥學本科1班的實驗教學。學期結束后，分別對線上資源、實驗考核方式、實驗教學方式等進行全過程的評價。對于線上資源，學習通根據(jù)學生章節(jié)測驗、視頻、課件等資源的完成情況進行評分。實驗考核方式包括小組匯報和實驗操作考試，線上考試以虛擬仿真實驗計算成績，最后綜合評價學生的成績。經(jīng)過線上線下教學以及考核方式的實踐教學后，學生成績大幅提升，參與該模式試點的學生平均成績達到90分，明顯高于傳統(tǒng)實驗教學的學生成績(85分)。這說明在疫情防控時期，采用線上線下混合式教學方式對于分析化學實驗教學的效果是顯著的。

4.2 學生對混合式教學滿意度調(diào)查分析

針對此次線上線下混合式教學模式的評價，參與的學生在學習通填寫教學效果評價表，調(diào)查結果顯示，有82%以上的學生對該教學模式表示贊同和認可，認為線上學習資源有利于其實驗內(nèi)容的學習，更好地理解實驗操作的細節(jié)和注意事項，對于其實驗學習幫助很大。此外，有87%的學生認為通過此次教學模式的學習，更好地促進其自主學習的能力，提高學習的積極性。此外，通過該學期的實驗教學，學生實驗成績普遍有所提高，明顯高于采用傳統(tǒng)教學模式的教學班。

5 討論

5.1 開展線上線下混合式教學模式的優(yōu)勢和發(fā)展

分析化學是研究物質(zhì)的組成、結構和形態(tài)等化學信息及技術的學科，具有很強的實踐性。因此，分析化學實驗在教學中尤為重要。然而，受到時間、場地和儀器的影響，傳統(tǒng)的實驗教學已經(jīng)很難滿足實訓要求。特別是在疫情防控時期，不確定的因素很多，有必要開展線上教學，借助互聯(lián)網(wǎng)信息技術的發(fā)展，網(wǎng)絡課程、學習資料、虛擬仿真實驗可提供較好的平臺，且不受學習時間、場地及儀器的限制，可提高學生學習的自主性；在平臺中，學生可及時反饋教學過程中的問題及學習效果，從而實現(xiàn)教學相長。因此，此研究采用線上線下混合式教學模式并將其應用于實踐教學中，取得了較好的教學效果。在此次研究中，通過課前、課中、課后全過程的線上線下教學密切配合，教學效果顯著：在課前，學生積極完成教師發(fā)布的任務，教師根據(jù)學生的學情及時調(diào)整線下教學方案，使得教學更有針對性；在課中，通過線上簽到、互動、測驗等教學環(huán)節(jié)，對線下教學活動有所呼應，更好地提高教學效果；在課后，學生對線上課堂復習總結，從而更好地鞏固教學效果：總之，線上線下混合教學模式是對傳統(tǒng)課堂教學的一種更好的補充，是應對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的探索與實踐。

5.2 混合式教學效果的總體評價

該研究顯示，通過線上線下混合式教學，更好地滿足教師進行分層次教學和學生“個性化”學習，對于教師和學生都有較好地促進作用。

從學生層面來說，學生成績大幅提升，參與該模式試點的學生平均成績達到90分，明顯高于傳統(tǒng)實驗教學的學生成績(85分)；從學生問卷調(diào)查的結果來看，有82%以上的學生贊同該次混合式教學模式，認為該模式讓學生能夠從比較細微的細節(jié)來掌握實驗基本操作，有利于掌握理論及實踐知識；通過小組匯報的方式能更好地培養(yǎng)團隊合作能力，增強其分析問題、解決問題及提高語言表達能力，使每個學生都得到鍛煉的機會。

從教師層面來說，使教師的學術業(yè)務水平得到較大的提升，有利于其教學方法的改進，教學態(tài)度有所提高，且教學效果明顯。混合式教學模式是線上線下“兩條腿”合作前進，突破了實驗課程學習中時間和空間的限制。此外，讓學生有較大的學習主動權，給予教師及時掌握學生在課前、課中及課后的學習情況，以便更好地給予引導，使學生在學習過程中遇到的問題得以迅速解決。對于學習主動性不強的學生，可以實現(xiàn)差異化教學輔導。因此，在混合式教學中，“線上”和“線下”是其兩個主要陣地，根據(jù)各自的教學特點，科學合理設計教學方案，規(guī)劃好課前、課中及課后全過程的學習模式，不斷地完善教學過程，改進教學方法，培養(yǎng)學生獨立思考及解決實際問題的能力，從而實現(xiàn)創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)要求。

5.3 線上線下混合式教學模式的思考

在疫情防控背景下，讓更多的先進技術為教學所用，開展更深層次的教育系統(tǒng)結構性改革是教育現(xiàn)代化的需要。然而，無論時代如何發(fā)展，線下實驗課堂教學仍然是不可或缺的，即使人工智能時代的來臨，在以后的工作崗位上，仍然還是實際的儀器操作，人工智能也很難完全代替人類進行科學研究實驗。混合式教學是一種創(chuàng)新性教學改革模式，需要教師及時轉變傳統(tǒng)教學觀念，若不能很好地掌握新型的教學平臺，教學效果則會大打折扣。由于分析化學課程實驗理論較強，知識點繁多，線上視頻資源枯燥和死板，易引發(fā)學生厭學的情緒，這就要求教師不斷地優(yōu)化教學內(nèi)容，靈活采用多種教學方式，使得課程視頻內(nèi)容生動有趣，從而提高學生的學習興趣。此外，線上和線下有著各自的特點，需要進行深度融合，相互輔助、互為補充，借助兩者的優(yōu)勢，更好地服務于教學，不斷地提高學生實驗學習的積極性，在線上線下互動教學中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和團隊合作能力，這才是實驗教學的根本意義之所在。

總之，線上線下混合式教學模式是傳統(tǒng)課堂教育與信息技術深度融合的結果，具有較好的發(fā)展前景。教師要積極探索線上線下混合模式在教學中的應用，及時發(fā)現(xiàn)教學模式中的欠缺并及時修訂，不斷地完善適合學生特點和培養(yǎng)目標的教學模式。該研究顯示，線上線下混合式模式在分析化學實驗中教學效果滿意，明顯提高學生的實驗成績，受到學生的普遍歡迎，可為后期全面開展該教學模式打下堅實的基礎。當前疫情防控背景下，作為教育工作者，只有不斷地總結在線教學經(jīng)驗，順應時代變化，積極創(chuàng)新，在新時代教育現(xiàn)代化新征程中闊步前進，迎難而上，不斷地提高教學效果和教學質(zhì)量，實現(xiàn)教書育人的根本目的。