翻转课堂在“仪器分析”教学中的应用实践

夏莉，董萌，雷存喜

摘 要：“仪器分析”是化学类专业的核心专业课程之一。在“仪器分析”的课堂教学和实验教学中引入翻转课堂教学模式，结合视频学习、随堂测试、课堂讨论、重点讲解等教学方法和手段，对传统教学模式进行优化和改革。实际应用效果表明，翻转课堂的实施可提升教学质量和教学效率，有助于提高学生的学习积极性和主动性，取得了良好的应用效果。

关键词：仪器分析；翻转课堂；教学视频；实验教学

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）21-0131-03

Abstract： Instrumental analysis is one of the core courses in chemistry. In order to optimize and reform the traditional teaching model， the flipped classroom teaching model is introduced in the classroom teaching and experimental teaching of the instrumental analysis， and it is combined with video learning， classroom testing， classroom discussions and key-points explanation. The application results show that the flipped classroom can improve the teaching quality and teaching efficiency， help to improve the enthusiasm and initiative of students， and then get a good teaching effect.

Keywords： instrumental analysis； flipped classroom； teaching video； experimental teaching

引言

“仪器分析”是应用化学、分析化学、化学工程与工艺、环境工程等化学类专业的核心专业课程之一，它是分析化学的重要分支[1]。作为现代的分析测试手段，仪器分析日益广泛地为化学、生物、医学、环境等学科领域内的科研和生产提供大量的物质组成、结构及状态等方面的信息，成为高等学校中许多专业的重要课程之一。课程的核心任务是依据物质的物理及化学性质，采用比較复杂和特殊的仪器设备获取分析数据，鉴定物质的化学组成、测定有关成分的含量。通过本课程的学习，学生能够掌握常用仪器分析方法和设备，并初步具有运用所学方法和工具解决相应生产实际和科学研究问题的能力。“仪器分析”课程的教学内容包括光谱分析法中的原子吸收光谱法、紫外可见分光光度法、红外吸收光谱法、核磁共振光谱法和质谱法，色谱分析法中的高效液相色谱法和气相色谱法，电化学分析中的电位分析法等。“仪器分析”课程的理论性与实践性均较强，一方面学生需要掌握常用分析仪器的基本原理和构造，另一方面还需要熟悉常用仪器的操作和使用。本课程旨在让学生加深对各类仪器分析方法的基础理论和工作原理的理解，正确和熟练把握仪器分析方法的操作，培养学生运用仪器分析解决实际问题的能力，为后续学习及科研工作打下坚实的基础。为了更好地开展“仪器分析”课程的教学工作，微课、慕课等新型教学方法和教学手段已得以应用[2，3]。

翻转课堂（Flipped Classroom或Inverted Classroom）是一种重新调整课堂内外的教学时间，将学习主动权和决定权从教师转移到学生的教学模式。在传统的课堂教学中，主要是以教师讲授知识为主，而在翻转课堂中，学生的知识学习主要是在课后自主完成，在课堂中教师采用问题驱动教学检验学生的学习效果并对重难点进行剖析，促使学生主动参与教学，提高学生的学习主动性和积极性。为了更好地开展“仪器分析”课程的教学工作，在“仪器分析”课程和课堂教学和实验教学中，引入了翻转课堂教学模式，取得了良好的效果。在翻转课堂教学模式下，在宝贵的课内时间中，学生可以深入理解和掌握所学知识，教师不再占用大量的课堂时间来讲授教学内容，促进了师生之间的交流，培养和提升了学生自学能力和学习参与度。翻转课堂已在现代教育教学中得到较为广泛的应用并取得了很好的效果，在“仪器分析”课程中引入翻转课堂，对于提升教学质量、教学效果和教学效率具有重要意义。

一、在课堂教学环节引入翻转课堂教学模式

“仪器分析”课程涉及十几种大型仪器的原理及实验，而各种大型仪器的分析方法的原理各不相同，导致各章节内容相对独立，章节之间关联性不强，是化学类学科中一门难度较大的课程。大部分学生反映这门课程的知识理论很难理解，且对实验技术也很难掌握，学生考试的通过率偏低。学生在理论课上的知识还未消化，在实验课堂上对仪器的构造和原理理解起来相对困难，但课后又没有办法灵活选择时间再次学习，这为教学工作带来一定的困难。现在的仪器分析教学方法还是传统的教师讲授为主，学生在学习仪器原理、仪器构造等知识点时感到枯燥、乏味，导致无法激发学习积极性，从而对整个课程产生厌倦。部分学生对仪器的内部结构及工作原理依然停留在“纸上谈兵”的水平上，对仪器结构性能的认识比较肤浅[4]。为此，需要引入更好的教学方法来改进和完善教师的教学模式和学生的学习模式，而翻转课堂的引入有助于更好地开展“仪器分析”课程的教学工作，既可以在课堂教学环节引入翻转课堂教学模式，还可以在实验教学环节广泛采用翻转课堂教学模式。

在课堂教学环节中，基于“以学生为中心，以教师为主导”的教学理念，我们设计了如图1所示的课堂教学流程。

在图1中可以看出，在翻转课堂教学模式下，课堂教学是学生课前学习的延伸和拓展，学生在课前通过教师提供的学习资源（主要是教学视频）自主学习，课上在老师的组织和引导下，完成知识的巩固和延伸并进一步解决在视频学习中遗留的问题。在此模式下，要求学生在课前先观看教师教学视频，视频有三个主要来源，一部分视频自行录制，另一部分视频收集和整理自互联网，还有一部分视频来源于仪器制造商，可从仪器制造商官网等下载获取得到。为了保证视频学习效果，主要以小视频为主，每段视频的时间尽量控制在20分钟以内，一般每一段视频对应一个知识点的讲解，围绕一个特定的问题或主题，利于控制学生的学习注意力。视频学习的最大优点之一在于可以反复观看，弥补传统一次性教学的缺陷，学生对于所学内容可以多次重复观看。今后将基于已有的网络教学平台，在每一个视频后增加一些练习题，随时检验学生学习效果，更好地监督学生学习过程。

为了更好地检验学生的学习效果，监控学生的学习过程，保证学习效果。在课堂教学中，采用问题驱动教学和随堂测试的形式，要求学生结合所学知识解决一些具体问题，并通过随堂测验和提问的形式检查学生学习情况。例如，在讲解分子吸收光谱时要求学生思考为什么很多溶液会呈现不同的颜色，例如高锰酸钾溶液呈现紫红色，硫酸铜溶液呈现蓝色等。学生结合所学知识，对该问题开展讨论，并对讨论结果进行分析，进一步讲解物质与光的相互作用，包括光的反射和光的吸收。在随堂测试中，通过一些具体的题目，例如填空题或者选择题来检验学生的学习效果，每次随堂测试时间控制在10-15分钟左右，随堂测试的成绩可作为课程平时成绩和形成性评价的重要组成部分。

针对学生在学习过程中遇到的问题，教师可以对重点和难点进行深入的剖析和讲解，让学生加深对所学知识的理解和掌握。对于一些相对比较简单的知识，基本上可以由学生在课前的自学中完成，而不需要占用课堂教学时间，将宝贵的课程教学时间留给对重要知识和重难点的讲解，提高课堂教学的效率。这种结合学生自学和教师讲解的教学模式，极大提高了学生的学习主动性和积极性，让教学和学习过程更加灵活、自由。

在课堂教学的最后，教师可对所学知识进行归纳和总结，并在课后再布置几道小练习题，检验学生的最终学习效果，并布置新的学习任务，明确下一个学习单元的内容和目标。

在“仪器分析”课程的课堂教学中采用翻转教学模式，其核心要点包括以下两个方面：

（1）精心录制教学视频。每一部视频虽然时间很短，但是需要精心准备。视频内容尽量短小精炼，可以选取教学环节能够有效解决教与学过程中的重点、难点问题。例如在红外吸收光谱分析法中介绍红外光谱图的特征时，分子的振动形式就可以通过视频表现。以“自动电位滴定终点的判断方法”为例，通过视频引导学生与他们熟悉的化学滴定法的异同比较，唤起学生的求知欲。“气相色谱仪的构造”、“六通阀的工作原理”、“红外光谱的压片方法”等都可以作为仪器分析微视频制作的选题。每一个视频都针对一个特定的小问题，视频长度控制在20分钟以内，在视频制作过程中，为了压缩视频的总时长，部分视频在后期处理时采用了快进模式，压缩了部分实验的等待时间。例如在“高效液相色（High performance liquid chromatography， HPLC）”的教学视频中，我们介绍了当前国内外主要的HPLC仪器生产厂商，介绍了仪器的结构和基本操作方法，让学生对HPLC有一个全面直观的了解。在视频中还对HPLC的实际应用领域进行了介绍，学生可以了解在实际工作中哪些情况下可以使用HPLC，激发了学生的学习兴趣，提高学习的积极性和主动性。

（2）及时检验教学效果。在翻转课堂教学模式的实施中，学生需要结合视频自主开展学习，如何监控学习过程并及时检验教学效果是翻转课堂中必须考虑和解决的一个重要问题。在学生学习过程中，可以引入一些小问题检查学生学习情况，这需要一个完整的学习平台的支持，而不仅仅是观看视频。学生可以通过对这些小问题的解答来检验学习效果，如果学习效果不佳，可以重新开展視频学习。教师可以通过在线学习和分析平台对学生的整理学习情况进行分析和汇总，帮助教师了解学生的学习情况，合理安排和调整教学进度和教学内容。如果没有在线学习和分析平台的支持，教师可以在课前通过发放随堂测验小试卷的形式来检验学生的学习效果，该方法效率相对较低，数据收集和分析难度大。但是该方法数据更为真实可靠，可以如实反映学生的学习情况，难以造假。同时，一定要让学生重视课前学习，加强对过程性评价的控制和平时成绩在课程总成绩中所占比例，记录好学生的平时测验成绩，将教学检验和评价贯穿课前和课后的学习，客观、公正地对学生平时学习情况进行考核和评分。

二、在实验教学环节引入翻转课堂教学模式

实验环节是“仪器分析”课程的重要组成部分，可以帮助学生将学到的理论知识运用于实践，让学生加深对所学知识的理解，训练学生的实验动手技能，提升学生的自学能力和创新能力。仪器分析实验教学多为验证性实验，开设的实验内容较简单，学生独立操作机会少、设计性和创新性实验相对较少，而且大型仪器自动化程度高，学生在进行实验操作时通常只需要简单的取样检测，有些仪器甚至不需要设定实验条件，只需要进行一些简单的操作即可，这导致很多学生学完后并不能真正的掌握的操作及使用，更不能应用到实际的科研或生产项目中。

此外，在传统的实验教学中，实验教师需要在学生动手实验之前花很多时间讲解实验安排、实验内容等，由于受到实验场地和实验设备数量的限制，在“仪器分析”的实验教学环节，大部分实验需要分组进行，很多时间都是在重复讲解相同的内容，教师的教学效果欠佳。

为此，在“仪器分析”实验教学中，我们采用了如图2所示的实验教学流程。

在图2中，引入翻转课堂教学模式，通过录制实验预习视频，让原本较为枯燥的实验课变得更加生动形象，也有助于提升学生的动手操作能力和实验技能。

在“仪器分析”实验教学中，针对分光光度计的使用、极谱仪的操作、电位滴定仪的操作、紫外可见光光度计的使用、荧光光谱仪的使用、气相色谱的构造和使用流程、高效液相色谱的原理和操作等实验，我们引入了视频教学模式。将实验步骤录制成视频，并在视频中重点讲解实验的一些要点和关键环节，对结合实验讲解仪器的原理与构成，将理论学习和实践操作相结合，有助于学生更好地掌握所学知识。同时还避免了实验教师重复讲解实验，提高了实验教学的效率，学生通过多次观看实验教学视频，加深了对实验原理的理解并熟悉实验操作步骤[5]。

在实验教学中通过采用翻转课堂教学模式，教师可以将实验讲解的重点放到仪器本身的操作和重点步骤上，而不需要花太多时间介绍仪器的原理、基本操作、进样、数据处理等基本知识，节省了实验讲解时间，将更多时间留给学生实践动手操作和讨论。

与课堂教学类似，在实验课上，教师可以在学生正式开始实验之前随堂检查学生的预习情况，针对学生存在的问题进行集中总结和演示，对于实验操作中的一些关键步骤和要点，再通过现场演示的形式进行细致讲解。为了更好地督促学生在实验课之前学习相应的教学视频，将随堂检查也作为实验课成绩的一个组成部分，要求学生在实验报告中对实验教学视频的学习进行总结，教师可以及时发现视频中存在的问题和不足，在后续可以进一步改善。

三、结束语

“仪器分析”是化学类专业的核心专业课程之一，其知识点繁多且难度较大。在“仪器分析”的课堂教学和实验教学中，引入基于微课视频和即时测验的翻转课堂教学模式，有助于加深学生对“仪器分析”课程学习内容的理解，提高学生的学习兴趣和积极性。实际应用效果表明，在引入翻转课堂教学模式后，可以让学生主动参与教学工作，提高了课堂教学和实验教学的效率，并极大提高了学生自觉性和主动性，提升学习能力。在今后将构建一套完整的“仪器分析”网络教学平台，集视频学习、在线测评、学习痕迹记录、交流讨论等功能于一体，以便更好地将翻转课堂教学模式融入日常教学工作。

参考文献：

[1]朱明华，胡坪.仪器分析（第4版）[M].北京：高等教育出版社， 2009.

[2]冯彩霞，胡学风，王岩，等.“仪器分析”微课程资源建设初探[J]. 广州化工，2015（20）：216-217.

[3]石乃恩.慕课时代的仪器分析理论课堂教学改革与实践[J].科技视界，2016（1）：22.

[4]李卫华.仪器分析课程教学模式改革研究[J].高教学刊，2015（1）：37.

[5]陈毅挺，黄露，李艳霞，等.翻转课堂在仪器分析实验教学中的应用[J].大学化学，2016，31（12）：26-30.

[6]赵东宇.仪器分析课程教学方法的创新与实践[J].高教学刊，2017（04）：64-65.