翻转课堂在现代分析测试技术课程中的应用探索*

张 伟，宋怀庆

(1 西南科技大学分析测试中心，四川 绵阳 621010；2 西南科技大学环境与资源学院，四川 绵阳 621010)

“现代分析测试技术”是高等学校中材料科学与工程、应用化学、材料物理、功能材料、环境工程、矿物加工工程、生物技术、生物工程、食品科学与工程、制药工程、核化工与核燃料工程、辐射防护与核安全等专业理工科本科生和研究生学习专业理论知识、掌握研究手段、进行论文写作的重要专业基础课程。课程的主要内容是介绍当今各主要分析测试技术的基本原理、探测过程、处理技术及应用。课程的核心任务是依据物质的物理及化学性质，利用特殊且复杂的仪器设备获取分析数据，从而实现对目标物质的组成、结构、形貌及状态的分析。课程的目标是通过理论与实践的教学过程，重点培养学生运用所学方法和工具全面、系统的解决生产实际和科学研究中遇到问题的能力。“现代分析测试技术”课程具有分析方法众多、理论知识和研究成果涵盖多学科等特性，课程内容包括了光谱分析、色谱分析、质谱分析、电化学分析和热分析等方法，涉及了化学、物理学、电子学和数学等多个学科领域，因此对学生的理性思维、逻辑思维和综合应用等能力具有较高的要求。

1 “现代分析测试技术”课程教学现状

作为一门理论、实践和技术含量很高的应用性课程，由于现阶段各个高校在教学师资、大型仪器数量和学时等方面的差异性较大，“现代分析测试技术”的课程教学主要存在如下问题：

(1)“现代分析测试技术”的教学过程通常分为课堂理论教学和实验教学两个环节。在课堂理论教学中，“现代分析测试技术”课程内容丰富、知识面广，需要讲授的十几种大型仪器的基本原理差别又较大，导致各章节内容之间相对独立，章节的关联性不强。教师在课堂授课时基本采用传统的板书或PPT灌输式教学，学生只能边听边做笔记的被动接受知识。一堂课下来，教师和学生都很累，但教学效果并不理想。有些理论知识抽象、难懂，学生理解起来有难度，长期积累会导致学生感到学习的枯燥、乏味，不仅无法激发学生学习的积极性，而且学习后的内化效果也不好。而有些学生为了应付考试，很多知识纯粹是死记硬背，根本没有掌握所学知识的要点，这十分不利于学生学习能力的提升。

(2)实验教学是培养学生实践操作能力的重要环节，目的就是让学生通过亲自动手操作、锻炼操作技能，掌握不同分析仪器的基本操作方法和测试技术，能够正确处理相关实验数据并作出科学、合理的分析测定结论。在传统的“现代分析测试技术”实验教学环节，受大型仪器购置数量有限、仪器价格昂贵等因素的限制，实验课的教学主要以“教师演示、学生观摩”为主。进入实验室后，先由教师讲解仪器基本原理、构造和操作规程，再带领学生完成基础的实践操作过程。如果遇到更为复杂的操作和实验内容，教师则会花费更多的时间去讲解。这样一来，留给学生自主操作练习的时间就极为有限。学生自主操作仪器机会偏少，对于实际操作过程中的实验知识点和操作技能并未真正掌握，学生则很难在较短的时间里发现问题并沟通交流，不利于学生实践能力的提升。另外，为了让大多数同学能够接触更多的仪器，教师设计的实验课也多以验证性实验为主，学生在学习中只能照抄照搬，缺少自己独立性的思考和创新，缺少团队之间的协作。

(3)在“现代分析测试技术”传统课程教学中，教师对学生的课程考核往往采取平时成绩、实验报告成绩和期末考试成绩的结构加和确定。平时成绩通常依赖学生的课堂出勤率，实验报告成绩依据实践教学之后学生提交的实习报告，期末考试成绩则只关注学生对于考题的答题正确率。这种评价考核方式比较单一，例如在实验报告环节，单一验证性实验后的实验报告基本千篇一律、毫无创新，有些同学甚至一味的追求实验报告的整洁和字数，还会抄袭实验报告、篡改实验数据。对于期末考试，有些同学为了能顺利通过考试往往在考前突击背诵，忽略了实践中对于仪器基本原理和基本构造的认知过程。这种考核方式不能真实反馈学生对于已学知识的内化情况，也不能真实反映教师的讲授效果。

基于以上三点问题，我们发现无论是传统授课中的填鸭式教学、验证性实验，还是单一的评价考核方式，最终都表现为学生学习时理论知识和实验技术不能有机结合起来。这样的过程完全达不到“现代分析测试技术”课程的教学目的。那么，如何在有限的课时内，构建起理论知识和实验课堂之间的联系，让学生切实的学习到现代分析测试技术的理论知识，同时又具备解决问题的实践能力，已成为”现代分析测试技术”课程教学中需要迫切解决的关键问题。

2 翻转课堂教学模式在现代分析测试技术课程教学中应用的可行性

翻转课堂，又称为“反转课堂”或“颠倒课堂”，最早于2000年由美国学者J.Weley Baker提出[1]，它是一种将传统教学中的两个学习过程翻转过来的新型教学模式，是一种融合网络教学和传统教学的混合式教学[2]。与传统教学模式不同，翻转课堂教学模式，首先由任课教师在网络教学平台上发布音视频等电子学习教材后，学生利用碎片化时间自主完成课前预习；然后在课堂上教师通过问题驱动教学检验学生的学习效果并对重难点进行剖析、对知识运用进行讲解，通过答疑解惑、交流探讨等师生互动形式引导学生完成知识内化和巩固。这种教学模式打破了传统教学中教师主导课堂传授和学生被动接受知识的模式，通过重组教学流程与教学结构，转变了教师和学生长久以来建立的绝对的“教”和“学”的角色。让学生自主控制时间，促使学生从“要我学”的被动学习转变成“我要学”的主动学习，有效提升了学生自主学习能力和学习意识，真正体现了“以学生为中心”和“因材施教”的教育理念。课前，教师通过网络教学平台发布相关理论课程和实践课程教学资料，学生在完成预习工作的基础上可根据自身需求针对某一知识点反复多次查阅、观看教学资料和视频，有利于在知识点的内化上帮助学生加深印象，提高学习效果。利用网络技术，教师除了可提供与课本相关的基础教学资料之外，还可以将其他优质成品教育资源分享给学生，比如国家精品在线开放课程、慕课或虚拟仿真实验教学平台等。这些资源可供优秀的学生拓展更广的知识面。由于学生在课前已经自主进行了课程的学习，所以在课中教师的讲授则不必面面俱到，教师可以通过设置不同难度等级的问题来检验学生对于基础知识的理解，节约的课堂教学时间可以通过交流互动、小组活动的方式开展重难点的讲解、知识点的运用以及答疑解惑等。这一教学环节的重构非常有利于学生对于知识内化的吸收。翻转课堂这种教学模式在激发学生学习兴趣，提高学习效率和教学质量、提升教师工作满意度等方面均具有较好的促进作用[3]，目前已经广泛应用在各类现代教育教学中。

3 翻转课堂教学模式在现代分析测试技术课程教学中的设计

根据“现代分析测试技术”课程教学内容和基本学情分析，结合微视频、微课件等网络教学资源和虚拟仿真实验平台，综合设计了我校“现代分析测试技术”课程教学的翻转课堂教学模式，包括课前预习、课中互动学习和课后巩固与拓展三个环节。

3.1 课前预习

课前预习是翻转课堂的基础。教师在课前需将相关教学资料推送至网络教学平台，学生在规定的时间内进入网络教学平台学习课程的相关知识。在这种相对开放的学习环境中，如何促使学生自主、高效的完成课前预习呢？这就需要在教学素材准备和学习效果评价两个环节精心设计。(1)教学素材。由于“现代分析测试技术”课程涉及的各种仪器分析方法和原理各不相同，各章节内容相对独立。开课之前，教师需要认真规划、理顺各种分析方法的教学顺序，制备短小精悍(时间5～10 min)的视频、音频、PPT课件等学习资料。借助网络教学平台，教师在课前向学生发布教学日历、教学目标、教学课件等相关学习资料。教师发布上述内容后，学生可以利用课间、饭后、睡前等碎片化时间进入网络教学平台学习课程的相关知识。我们可以将现代分析测试技术理论课程中比较难懂的基本原理、仪器构造等知识点通过视频动画的形式生动、形象的传输给学生，便于学生学习理解。在实验课教学之前，我们可以将实验原理、实验步骤、仪器操作的微视频和数据处理环节等推送至网络教学平台，同时还要求学生进入虚拟仿真实验平台进行模拟实验操作。(2)学习效果评价。学生完成学习后，需要在网络教学平台完成知识点测试题并提交预习笔记。教师根据学生的答题情况和预习笔记，可以充分了解学生的学习情况。另外，教师会定期在网络教学平台答疑，对学生在自主学习和实验探究中遇到的问题进行解答。根据学生在上述两部分的反馈，教师能够及时调整、组织后续课堂内容及安排。

3.2 课中互动学习

翻转课堂教学模式的第二部分是课堂环节，这也是有效促使学生完成知识内化的重要环节。和传统教学的课堂环节不同，翻转课堂教学模式的课堂环节更多体现的是教师和学生的互动。因为在课前学生已经进行了充分的预习与虚拟实验训练，所以一些简单的、基础的知识不需要占用课堂时间讲解，教师可根据学生课前预习效果评价的反馈，对重点和难点知识进行深入剖析和讲解，让学生加深对所学知识的理解和掌握[4]。面对一些容易产生歧义的知识点教师需要设计一些问题让同学们思考讨论。讨论以小组为单位，学生针对问题进行不同看法的阐述，教师监督引导并进行正确总结。在实验课中，教师则是将讲解的重点放在仪器的操作规程和重点步骤上，而不需要花费太多时间再去重复讲解仪器的基本原理和构造等基础知识，节省的时间留给学生进行实践操作和讨论。实验操作时，鼓励学生以小组为单位，分工协作完成。课前教师将精心设计的多元实验任务下发给同学们，课上同学们自行组队完成实验任务并进行组内讨论，教师在旁及时纠正学生实验操作中的错误。通过学生自主操作、发现问题、解决问题的方式，促使他们积极主动探究实验现象，深化理论与实践间的联系，进一步完成知识内化。在课堂教学中，将传统教学与翻转课堂有机结合，不仅能增强学生的自主学习意识，激发学生的积极性，对于团队意识、职业化意识也有促进，有利于师生的协同发展。

3.3 课后巩固与拓展

课堂教学结束后，为了使学生巩固所学知识，须向学生布置课后作业。课后作业的内容则是以该堂课内容为基础的、切合社会实际的且具有知识拓展性的作业，例如，可以“奶制品中的三聚氰胺”、“油条中的铝”、“白酒品质的分析”等为案例[5]，让学生积极思考并探索可以选用什么分析方法检测其中的有毒有害物质。学生根据课堂所学知识并查阅相关资料，最后形成自己独特的设计方案。教师及时批改作业并进行点评。作业的完成情况可作为学生平时成绩的评价依据之一。实验课教学结束后，教师需要求学生及时提交实验报告。实验报告除了包括常规的实验原理、实验步骤、实验结果和数据处理等内容之外，还需对自身实验教学视频的学习情况进行总结。教师批阅实验报告，将实验报告中存在的通性问题通过网络教学平台与学生进行交流，将优秀的实验报告进行展示。每章教学内容完成后，教师可在网络教学平台有针对性推送某种现代分析测试技术方法的前沿发展资料，不仅能够拓展教学内容，还能进一步强化学生对学科发展前沿水平和技能的了解与掌握。最后，我们根据学生在课前、课中和课后的多方面表现进行综合成绩评定，成绩评定包含了学生课前自主预习效果、课中互动表现、实践操作能力展现、课后作业完成度和实验报告撰写五个部分。翻转课堂教学模式学生成绩评定的原则是既重视结果，又重视过程与能力。

4 结 语

“现代分析测试技术”作为高等学校理工科专业的重要专业基础课程之一，其知识点繁多且难度较大。将基于微课、微视频和虚拟仿真实验平台的翻转课堂教学模式引入“现代分析测试技术”的理论和实验课堂教学中，不仅打破了传统灌输式的教学现状，使现代分析测试技术种类繁多、晦涩难懂的仪器原理易于理解和记忆，也在课程的教学改革中充分调动了学生学习的兴趣和积极性，提升了学生的自主学习能力和创新意识。在“现代分析测试技术”课程教学改革中，基于翻转课堂教学特点，依托网络教学平台和虚拟仿真实验平台，构建“现代分析测试技术”新型翻转课堂教学模式，可以更好的推进全媒体时代下的教学改革，实现最终以学生为根本的教育初衷。