线上线下混合式分析化学实验教学探索与应用

魏淑伟，吴鸿伟，王登峰，张学兰

（枣庄学院化学化工与材料科学学院，山东枣庄 277160）

随着我国经济和科技的迅速发展，培养具有一流创新素质和实践能力的应用型创新人才已成为当今高等教育改革的主题[1]。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》也明确提出在创新人才培养中教育发挥重要作用[2]。基于创新人才的培养，分析化学实验教学课程目标强调通过实验培养学生的科学思维和创新能力。实现这一目标必须对传统的教学模式进行全面改革，构建“以学生为中心”的教学模式，驱动学生的学习主动性。当前在分析化学实验教学过程中，仍采用开设验证性实验培养学生基本操作、观察实验现象、总结实验结果、解决预定性实验问题的能力，显然无法满足新时代对创新型人才培养的要求[3]。因此，在新的历史时代背景下，分析化学实验教学应主动应时而变，积极探索适应现代社会发展和学生身心发展的教育模式，大胆进行教学创新，培养一流人才。为此，我校分析化学实验课程教学构建了“一个核心，三个策略”的课程教学创新体系（如图1），落实了创新人才培养的根本任务，解决了课程发展中的关键问题。

图1 分析化学实验课程体系构图

1 核心-课程教学理念创新

教学创新必须坚持“学生为中心”的理念，以学生个体认知为本，尊重学生发展规律，同时考量未来社会对于创新复合型人才的需求，教师需通过改变教学思维，引导学生自觉主动学习。因此，转变教学理念是教学创新的基础，教师只有深刻理解教学创新理念内涵，“以学生为中心”，关注学生的学习和成长，才能把提升学生个体的能力和素养贯穿于日常的实验课程教学中。教学中，教师如何教，“教”要用新手段，教师要积极学习先进的教学技能，提升信息化素养和教学能力，拓宽教学方式，推进教学质量整体提升，做好学生学习过程中的引路人。因此，教师应该根据课程目标和学生个体特点，创新教学理念，充分挖掘学生潜能，让学生对课程有新鲜感、危机感和成就感，采取先进课程教学模式、灵活多元的教学方法和考核方法组织教学[4]，将“立德树人”贯穿整个教学活动的始终，实现课程教学目标和创新人才的培养。

2 策略1-课程教学内容创新

教学内容的优化是提高教学质量的前提。我校分析化学实验教学团队经过十多年不断的教学改革，形成了“基础型-综合型-设计型-研究型”由浅入深的多层次教学体系（见图2）[5]，让学生的学习不仅体现在书本知识，同时也走进社会和生活。这种多层次课堂内外的实验教学体系，既保基础又重前沿，让学习不仅发生在远离现实社会的教室里，更发生于学生熟悉的生活和实践中，激发自主学习热情，在化学专业人才培养中发挥了积极作用，也达到了夯实基础和创新性人才培养并重的目的。

图2 “基础型-综合型-设计型-研究型”教学体系（75学时）

其中，基础型实验占比31%，以验证实验为主，重点培养学生的基本实验技能，强调操作规范化，加深对理论知识的理解；综合型实验占比23%，突出学生的主体作用和教师主导作用，培养学生对所学理论知识的综合运用和拓展能力；设计型实验占比33%，提高学生分析解决问题和理论与实践结合的能力，全面培养学生综合素质；研究型实验占比13%，重点培养学生创新意识和创新思维、团队协作精神等基本科研素质。这种多层次的教学内容，帮助学生把课堂中的理论知识转化成在实践中解决真实问题的能力，提高学生的专业自豪感和学习热情。

3 策略2-课程教学模式创新

基于分析化学实验课的现状分析，我们不断思考如何提升学生的主动性，激发学生对知识探索的欲望。高速发展的数字资源给我们提供广阔的天地，拓展了教学空间，实现实验教学的信息化和智能化。为此，运用“智慧教学”平台，采取“线上+线下融合”的智慧教学模式，构建了一种“课前导学（预习分析-设计教学内容）-课中翻转（课中实时评价-个性化指导）-课后巩固（教学反思-能力拓展）”的“学生为中心，教师为主导”的环环相扣、循环教学流程（如图3），形成贯穿“课前+课中+课后”的闭环学习，同时使学生形成“学之即起，兴趣为始，善用为本，促心灵发展”的学习模式，以期达成培养学生科学探究思维和创新思辨能力的目标，并使教学方法得到推广。下面主要以“胃舒平”药片中铝、镁含量的测定为例进行介绍。

图3 分析化学实验线上-线下混合式教学模式

3.1 线上式课前导学

实验课前，教师利用慕课、微视频、虚拟实验、课件、自测题等多形态呈现的“雨课堂”网络平台教学资源引导学生进行课前预习，“雨”时俱进，保证学生时时可学习，处处可学习，为进入实验室夯实基础，进一步提高了线下实验教学效率。

预习时，教师有针对性地对实验中的关键点提出问题，让学生在预习实验阶段通过解决问题掌握实验的基本原理，同时形成学习问题，进而培养学生的自主学习能力。如，为什么胃舒平药品要称取大样混匀后再分取部分试样进行实验?

用EDTA 标准溶液直接滴定铝，为什么?当多种离子共存时，如何实现分别测定？在分离铝后的滤液中测定镁，加入三乙醇胺溶液的目的? 学生通过电子学习资源的理解吸收，形成学习问题，针对性攻克或通过微信或通过QQ群交流反馈给指导教师。另外，巩固线上预习效果，学生需完成线上预习客观题，平台自动批改。依据线上教学平台提供的学生预习情况分析，教师进行学情分析，有针对性地对课堂教学内容进行规划设计，同时，通过“三鹿奶粉事件”网络视频观看，让学生产生情感的共鸣，树立强烈的职业道德观，激发学习分析化学实验的兴趣。

3.2 翻转式课中教学

根据线上预习学生基本掌握实验原理及相关仪器的使用方法。这时，实验讲授采用“翻转式”课堂教学，引导学生主动参与学习，让学生变身为“小老师”，实行“学生助教”制。教师抛砖引玉给助教，助教组织课堂讨论，将实验的关键点通过探究、分析、思辨、交流等活动[6]传递给学生，既利于学生独立思考，小组合作学习，又实现对基本理论的透彻理解。如，Mg2+测定，为何加过量六亚甲基四胺加热后，需冷却后再过滤？助教带领同学探究原因，分析加热和不加热可能会产生的结果，引导同学们踊跃发言。讨论交流的过程中有同学发出疑问，过滤的滤纸需要何种规格，可以减少沉淀的流失，提高实验的效率等。对助教指导有难度的问题，教师灵活指导，适时穿插介绍本实验相关的前沿并做到理论联系实际，拓展学生的知识广度，使学生“学有所用”，激发专业自豪感和学习热情。该方式让学生作为“教师”在“教”的过程中要学会学习，深刻理解实验内容及涉及到的相关学科知识。这种学生由被动学习到主动学习的转变，使师生之间能够进行多维度交流，营造和谐师生关系，从而进一步提升了学生学习的内驱力，促进了学生的自主学习，同时也让教师作为“听者”在学习的过程中拓宽“教”的思路，真正做到教学相长[7]。

实验操作环节中，教师和助教巡回观察并纠正学生操作错误，由学生自主完成实验，并上传实验操作视频到雨课堂，下次上课由同学点评。实验结果由实验老师当堂批阅，课后完成实验报告的书写。

3.3 反思式课后巩固

课后对学生操作中的细节、得到不同实验现象的原因以及数据的处理等等进行讨论。中药典规定胃舒平药品中Al2O3含量不小于0.116 g/片，MgO 含量不小于0.020 g/片，而学生实验数据Al2O3含量普遍小于真值，MgO 含量个别同学大于真值。通过QQ 群对当天的实验进行线上讨论分析，总结原因可能是由于：①取样不均匀；②样品前处理过程中，有部分未溶；③返滴定测铝时，EDTA与铝反应不完全；④分离铝测镁时，加热时间控制不当，导致铝分离不彻底；⑤测镁时溶液酸度调节有误，导致镁提前沉淀，测定结果偏低等。通过及时回顾当天实验，有利于学生及时发现不足并改正，并进一步挖掘实验现象背后的理论根基，加深对基础理论的理解和掌握。

对数据处理和实验报告撰写的讨论，能有效培养学生正确归纳和综合处理数据的能力，培养用科学的语言表达实验结果的能力[8]。通过填写实验报告，学生可以反思自己的全部实验过程，并对自己掌握的情况作出评价。学生根据评价结果，寻找原因，快速提升实验技能，提高了学生分析解决问题的能力。

课后，留给学生思考和拓展知识的空间。在雨课堂教学平台加入和本实验相关的考研、化学学科竞赛、科研训练项目及学科前沿等知识的内容，如让学生设计酸碱滴定测镁铝含量的方法，查阅文献了解原子吸收测定金属离子的方法，充分拓展与本实验相关的课外内容。

4 策略3-多元化教学评价

为了提高学生在整个学习过程中的积极主动性，建立过程性与终结性相结合的多元化考核评价方式，全面跟踪整个学习过程，引导学生改变学习观。具体考评方法：线上预习及交流（10%）+实验过程及操作（25%）+实验报告及反思（25%）+ 课堂交流和课后作业（10%）+助教（10%）+ 期末考试（20%）。这种成绩评定方式能很好地体现学生的学习态度、技能规范性和知识达成度，同时可以辅助培养学生的基本科研态度，突出对创新能力和科学素养的考核[9]，与“互联网+教学”模式相得益彰，从而促进教学质量的提高。

5 课程教学创新的应用

实践表明，“一个核心，三个策略”的课程教学体系的实施实现了“以学生为中心”的教学观念的转变，从“要我学”变成“我要学”，提高了学生学习的积极性，活跃了课堂教学气氛，融洽了教师与学生之间的关系，在一定程度上大大提高了教学质量。利用问卷调查我院2020 级化学专业和应用化学专业82 名学生，对分析化学实验课“满意”以上为97.9%。通过该课程的学习，满满的获得感增加了学生对科学研究的兴趣，使之愿意积极投入到教师的研究项目中。分析化学教学团队指导学生获得省部级以上奖励5项，大学生创新创业训练计划26 项，开拓了学生的视野，培养了科研创新能力，达到”润物无声“的效果。

6 结论

分析化学实验课程坚持“学生中心、问题导向、创新实践”的实验教学理念，通过教师创新教学理念，优化实验教学内容，改革实验教学方式及优化实验考核方式等策略建立了分析化学实验教学新模式，同时将先进教学手段引入实验课堂，使学生从“以知识和考试为导向的学习”转变为“为解决社会中存在的实际问题而学习”，实现了知识向能力转化的提升，为应用型创新人才的培养打下坚实的基础。今后工作中，我们要紧跟时代步伐，针对学科前沿发展及时更新教学内容，进一步提高分析化学实验课程的教学质量。