微课课程及半开放性实验教学在 海水分析化学实验教学体系中的探索

金诗迪，张平萍，刘颖，王玉红，孙瑜霞(浙江大学海洋学院，浙江 舟山 316021)

0 引言

海水分析化学属于海洋学与化学相结合的交叉学科，该课程所涉及内容是海洋科学类专业学生应具备的专业知识之一，它与海洋生物学、海洋地质学和海洋物理学等有密切关系，其内容广泛而复杂，是一门注重实践与实用的课程，是每一个海洋科学相关专业的学生所必须掌握的基本实验课程[1-2]。

海水分析化学实验课程是在分析化学实验的基础上发展出来海洋科学实验课程，其传统课程的教学内容多以基础性、验证性实验为主。实验内容结构缺乏连贯性与系统性，缺少科学问题导向。实验课程过程主要为老师讲授实验目的、实验意义、实验步骤及注意事项后，学生按照讲授内容进行实验操作，最后以实验报告的形式完成课程[3-4]。这种教学模式对于需要扎实打下实验操作基础的低年级学生来说是大有裨益的，因为规范的操作是可靠数据的前提。然而由于海水分析化学实验主要以大三年级本科生为主要授课对象，学生们经过两年大学化学实验已基本掌握大部分复杂的实验技能[5]，作为专业基础课程的海水分析化学实验课程则更应该注重以提高学生专业素养和培养自主学习能力为目标，利用多样化的教学手段拓宽学生们的视野。随着近几年相关领域内新仪器、新技术的涌现，如何将学科前沿与实验教学课堂有机结合，将实验实践学习与实际科学研究紧密连接，在有限的实验学时中培养学生自主学习能力以及创新能力是我们关注的重点[6]。

随着浙江大学正式启动“智慧海洋汇聚研究计划”以来，以海洋环境感知为主攻方向之一，突破海洋资源开发、海洋环境保护和灾害应对的核心共性关键技术，带动学院科研、教学领域全面发展，对培养海洋科学领域高端人才提出更高的要求已成为当前主要发展趋势。海水分析化学实验课程在经验积累和改革中探索前行，教学组打破传统教师讲授学生操作的实验教学模式，利用“互联网+”的手段构建微课课程，引入半开放性实验教学模式，加深学生对自我专业的认识，将模块化学习的知识点及实验技能串联在一起，从而培养学生独立的思考能力和科学研究素养[7]。

1 微课建设

微课课程是一种利用信息化手段提供固定学时以外的数字教学资源的课程，学生们通过微课的学习可以获取到更加丰富及前沿的内容[8]。通过与实验室、分析测试中心、省重点实验室等联合教学，与学院图书馆合作跟踪拍摄学院师生参与的出海航次等一系列拓展资料的补充，以弥补实验资源不足的劣势，使教学与科研有机结合，释放学生的想象力，进一步激发学生学习的兴趣，如表1所示。

表1 微课课程内容设置

2 半开放性实验

半开放性实验模式是指在有限的学时下以传统实验教学内容的知识点为基础，借鉴开放性实验教学模式中以科学问题为导向的模式。它将原本相互独立开展的实验串联为整体，获得一系列数据并从各角度对研究对象进行完整分析[9]。学生自行组队并设计实验流程，引导学生将所学的内容与自己的专业相结合，从而逐步内化成自身的知识结构，增强学生的适应能力和竞争力。如图1所示，为半开放性实验的操作流程示意图。

图1 开放性实验的操作流程示

由于课程学时和实验教学中心现场条件的限制，每个课题都由教师预先设计好多个可行的实验作为“标准答案”，具体课题的实施方案可视学生提交的实验方案情况而定，由此亦是实验方案讨论环节评分的依据之一。学生自行选择组员进行分组讨论并确定小组的课题。在此过程中，教师会根据学生组队情况进行微调，确保每位学生都能在组内发挥作用，学有所得。学生们根据自己选择的课题在组内进行分工，搜集资料、制定实验方案、制作课题展示课件等。上课时，学生根据自主设计的方案，自行选择展示方式，教师应当注意对学生展示过程中存在的科学性错误的及时纠正、讲解和补充，并积极引导学生们进行分析和探讨，从而形成科学可行的实验方案，为实际实验操作做准备。形成可行的实验方案以后，学生向实验教学中心提交一份所需的物资和耗材清单，由教学实验中心统一采购，同时提供合适的实验场地供学生做实验。实验过程中，教师既对学生的实验操作进行了评价，也会将其计入实验成绩。此外，实验完成后，学生还需按照教师给定的格式形成实验报告，由教师批阅评价，计入实验成绩。

3 实验教学支撑

半开放性实验课题和微课课程的开展使得教师的工作量加大，实验教学中心负担加重，如若不能有足够的支撑，实验教学质量反而难以保证。因此，做好相关支撑工作非常重要。

3.1 微课素材积累

(1)依托海洋科学分析测试中心定期开展的培训系列讲座，将内容整理后以PPT的形式在课程网站上发布。分析测试中心的培训内容主要是大型分析仪器的使用培训、分析测试方法的探讨和总结，这两部分内容恰好是本课程研究对象的延伸，为微课课程提供了充足的素材。

(2)学院每年参与海洋航次的师生众多，用影音形式来记录海上实际作业场景，以在一定程度上弥补海洋学科本科生缺乏实战机会的现状。例如南北极科考、大洋科考航次、海洋环境调查等等。从第一现场采集的影音资料更能拉近学生与海洋科考的距离，了解实际科考现场中海水分析化学是如何开展的。

(3)实验课中总会有几个实验的操作是较难把握的，这时教师组自行拍摄的实验操作影音记录就能发挥很好的作用了，再辅以现场演示及指导，实验数据就能更准确。

(4)结合半开放性实验，搜集一些相对较为重要的文字资料，或展示一些关于实验思考的文献，从而引导学生深入思考，切实掌握分析方法。

3.2 半开放性实验教学教案的准备

首先，教学组根据本学院主流研究方向选择与海洋化学相关的课题作为半开放性实验选题。选题依据主要有：(1)以海洋典型现象为主，海洋典型现象网上资料较全面，与本学院的研究方向有相关性；(2)需要涉及本科两年中已学过的实验操作，或通过查阅相关文献资料可以掌握的知识点；(3)相关实验分析手段较为完整，并可以在实验室通过实验测定的内容为主。例如在国家五水共治的背景下，对陆源入海口水质进行评价、校园内湖泊呈季节性富营养化原因的探索、海边不同深度的潮间带水质情况变化等等。

其次，课题中囊括的实验应尽可能按照实际野外采样及测定流程设计，并配合微课视频，相得益彰。实验难度上限应控制在学生通过资料及影音资料的查阅后可初步了解，通过教师实验课上的指导能够掌握的实验操作水平。万事开头难，采样地点的选择决定了半开放性实验课题顺利开展。本着找寻有明确研究对象、方便一群学生前往、样品容易获得等目标，进行实地采样点踩点工作，遴选出适合的采样点。

3.3 选用研究生实验助教

研究生助教的加入则很大程度上能够缓解实验教学压力，弥补实验教学人员的不足，减轻教师负担，提高实验准备工作的效率。实验助教的工作主要分成三个部分：(1)实验前准备工作，包括实验课题的学习、准备试剂及设备、参与预实验的操作，熟练掌握实验；(2)实验指导工作，具体为协助教师指导学生实验操作，解答实验过程中学生的疑问，确保实验安全；(3)实验结束后整理实验室。以上涉及过程要求助教具备良好的相关专业基础及沟通能力。由于研究生自身科研任务繁重，对助教工作缺乏重视，再加上研究生专业基础各不相同，则直接影响实验教学质量。因此，需对研究生助教进行筛选和培训，充分发挥作用。

4 结语

通过搭建微课课程和半开放性实验教学模式的探索，紧跟科学前沿和实际作业情景，将领域内日益发展的新技术、新仪器及新理念引入到课程中，从而全方位培养学生的自主学习能力和科学研究素养。微课课程与半开放性实验教学互相补充，使得教学方式得以生动灵活、互动性增强，能激发学生的学习兴趣，增强学生逻辑思维能力。同时，因为课程具有一定的前瞻性，也能够激励教师不断充实自己，设计合理的教学内容和方法，对教师教学水平及课堂掌控能力提出了更高要求。