学生自制微视频的仪器分析实验教学模式研究

柴晓兰, 丛培盛, 朱仲良

(同济大学 化学科学与工程学院, 上海 200092)

随着科研和生产的发展,仪器分析已成为人们从事环境、能源、材料、医药、生物分析、商检及公安等领域不可或缺的工具和分析手段[1-3]。越来越多的学生反映在就业面试中常被询问在校期间对各种分析仪器尤其是大型分析仪器了解、掌握和应用的情况。为了适应社会发展和人才培养的需要,我校化学科学与工程学院在仪器分析实验课程中,除了开设紫外-可见分光光度计、红外光谱仪、气相色谱仪、液相色谱仪、电化学工作站等基础仪器分析实验外,还引入大量的大型分析仪器如拉曼光谱仪、分子荧光光谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪、气质联用仪等。

这些大型分析仪器涉及到化学、物理学、电子学以及数学等多学科领域,知识点多、原理抽象,学生很难理解,因此教学效果不尽如人意,主要体现在以下几点[4-5]：首先学生课前预习流于形式,造成实验教学效果较差；其次,仪器分析实验课时有限,而大型仪器操作复杂,单凭教师短时间的讲授和演示,学生很难记清楚,而且没有时间使每位学生独立完成实验,所以造成学生动手能力普遍较差；此外,为了使学生获得更多的动手操作的机会,课程将所有大型仪器在课外对学生开放，但是在指导开放实验的过程中,教师基本上要重新讲解与操作示范,工作量非常繁重，学生在准备开放实验时,对于大型仪器的操作也感到无从下手。

微课是目前较流行的教学模式[6-7]。它是以教学视频为主要的授课方式,围绕具体的知识点进行的教学过程及相关资源的有机整合。微课的核心是微视频。微视频以其简便易制、针对性强、即点即用的特点在实验教学中具有强大的应用优势[8-9]。目前,很多高校将微视频引入到仪器分析实验教学中,都取得了很好的教学效果[10-11]。

近年来,我校化学科学与工程学院在仪器分析实验的教学改革中做了新的积极尝试,建立了基于学生自制微视频的新型教学模式。

1 引入学生自制微视频的意义

1.1 学生自制微视频更有利于学生学习

学生的知识结构、理解水平和看问题的角度与教师不同,针对同一个知识点,学生制作的微视频更容易被学生理解和掌握,对学生的学习也更具启发性；同时学生看到高年级学长制作的微视频,能直接与高年级学长交流讨论,有利于学生制作更好的微视频。

1.2 学生制作的视频更具特色

学生学习新事物，特别是应用各种软件制作微视频的能力很强,只要教师对相关知识点把关,学生制作的微视频往往更具特色,甚至超过教师制作的水平。通过学生自制微视频,教师能发现学生感兴趣的内容以及未能掌握的知识点,教学过程可以做到更有的放矢。

2 引入学生自制微视频的方法

2.1 学生自主选择微视频知识点

仪器分析实验教学目标是使学生掌握仪器分析研究方法与仪器操作的技能,因此设计微视频知识点时,主要包括仪器分析方法的原理、大型仪器的操作方法、仪器操作的注意事项及难点、样品的预处理要求及数据处理方法等。仪器分析实验课程网络平台上公布了往届学生制作的微视频,供学生参考。在学期开始时,教师会发布新一轮需要制作的微视频的知识点,供学生选择；同时学生也可根据自己的兴趣，确定微视频的知识点或者选择以往微视频进行完善提高,与教师商讨后自制微视频。

2.2 学生自主录制微视频

学生选择微视频的知识点后,3～5位学生组成小组,对相关仪器原理和操作反复学习后,针对相应知识点制作5～10 min的微视频。微视频的初稿首先提交给实验负责教师进行审核,教师针对其中的问题进行点评,然后学生修改微视频的内容,甚至重新拍摄微视频,通过多次的打磨推敲,完成微视频的制作。

2.3 学生自制微视频的评比及微视频库的建立

学期结束,5位以上教师对微视频进行评比,并给出建议,学生针对其中问题进一步完善。3年来,学生自制微视频库包括显微共聚焦激光拉曼光谱仪等仪器结构；气相色谱-质谱联用方法的原理；傅里叶变换红外光谱仪、显微共聚焦激光拉曼光谱仪、荧光光谱仪、分光光度计、液相色谱仪器操作、液相色谱-质谱联用、电感耦合等离子体发射光谱仪等仪器操作规程及注意事项；气相色谱-质谱联用仪器软件的操作；主成分分析(PCA)等数据处理过程；固相萃取及固相微萃取等样品预处理过程等。

3 引入学生自制微视频的教学效果

3.1 提高学生课前预习的效果

实验课前,教师将实验相关的理论与仪器操作的微视频上传到教学网站，学生可以随时学习微视频实验资源。例如学生观看拉曼光谱实验的微视频后,就可以对仪器的结构、怎样调焦、怎样校准仪器等过程在脑海中留下深刻印象。此外,观看微视频后,学生在提示下可以自己带上宝石、翡翠等样品,以便实验课时进行测定,提高了学生的学习兴趣。

在引入微视频的基础上,为了检验预习效果,教师在教学网站上建立了实验原理、操作及实验注意事项等知识点的试题库,学生在实验课前要完成自测,如果自测题的得分少于80分,还要继续学习进行自测。自测题得分80分以上,才可以进入实验室开展实验研究。教学实践表明,学生通过观看微视频及自测,基本上对实验的原理、过程及目的有了深入的认识，提高了学生的实验参与度与学习效果。

3.2 开展自助式开放实验

开放实验是学生自主选题，设计实验方案,并进行实验探索。多年的教学实践表明,在开放实验环节中,学生对大型仪器的操作还不过关,还没有真正掌握仪器操作的技巧和注意事项,所以还需要在教师或助教的帮助下完成实验。由于建立了微视频库,学生可以反复观看，研究相关操作及注意事项等。学生参照微视频,能够独立操作仪器，并完成实验,使开放实验过程更加顺畅,也大大降低了教师指导开放实验的压力[12]。随着学生对仪器操作的熟练,学生的心态也从“惧用仪器”阶段变成“敢用仪器”，进而上升到“想用仪器”阶段。这增强了学生的学习兴趣和操作技能。例如在拍摄“光纤探针与便携式紫外可见吸收光谱仪”的操作微视频过程中,学生在实验前观看微视频,对仪器的组装、操作软件的使用及对待测样品的要求有了清晰的认识,学生便可参照微视频的要求,自行准备待测样品,并配制合适的浓度,然后组装仪器,设定实验参数,进行测定。

3.3 提升学生专业能力与综合素质

为了自制微视频,学生首先要查阅教材与相关文献,深入理解相关知识点,并且要多次操作仪器,同时还要以“教师”的身份在规定时间内进行引人入胜的讲解,因此对学生的表达能力、时间的掌控等方面都起到了很好的促进作用。

通过参与开放实验与自制微视频,一些学生从仪器原理到实验操作以及常见问题的处理都已经非常熟练,并且在自主实验中摸索出很多的经验教训,这些学生主动担任本课程助教,将自己的心得体会与学弟学妹交流。在做助教的过程中,学生不仅强化了专业知识,更提高了自身的表达能力及综合素质。

4 学习效果分析

一个教学模式是否有效,最重要的是学习对象的评价,因此针对微视频制作和使用的相关方面,我们对60名制作或使用过微视频的学生做了一个调查,调查结果显示：91%的学生认为微视频在开展开放实验时帮助很大；83%的学生认为通过制作微视频加深了对仪器原理的理解；79%的学生认为拍摄微视频提高了自身团队意识及综合能力。

5 结语

针对仪器分析实验中存在的问题,初步建立了基于学生自制微视频的创新性教学模式。通过自制微视频,学生熟练掌握了各种大型仪器的原理与操作,很多开放实验真正做到“自助式实验”,提高了学生的学习自主性和综合素质。同时,学生自制微视频对仪器分析实验课程视频库进行不断补充和更新,确保课程的微视频库与时俱进,不断完善和提高。学生自制微视频的新型教学模式为整个仪器分析实验教学模式的改革提供了有益的经验。