分析化学混合式教学模式的探索与实践

任聪，崔丽伟，刘志景，刘俊桃，耿广威，徐军

(河南牧业经济学院 理学部，河南 郑州 450011)

0 引言

创新是发展的第一动力，人才是创新的第一资源，人才竞争首先是人才培养的竞争。2018年教育部全面推进“四新”建设，旨在培养高水平的应用型创新人才[1]。课程是人才培养的核心要素，是体现“以学生发展为中心”理念的“最后一公里”[2]。习近平总书记指出，基础研究是整个科学体系的源头，是所有技术问题的总机关。基础课程也是专业课程的学习基础[3]。在大学一年级开设的分析化学课程是应用型本科院校新工科专业课程，如食品专业的专业基础课，开设在大一第二学期。课程以定量分析为重点，注重应用，实践性强，其教学质量直接影响后续专业课程的开展和未来食品人才的培养[4]。从知识传授层面，本课程的知识目标为掌握分析化学的基础理论及常用的定性、定量分析方法，衔接学生前期中学知识与后续专业知识；从能力培养层面，本课程培养学生后续专业课程所需的科学思维、科学素养以及实验技能；从价值塑造层面，本课程培养学生的科学精神、责任感、使命感以及家国情怀。大学一年级的学生正处于人生观、价值观、世界观形成的关键时期，必须充分发掘化学课程所蕴含的思政元素，让思政育人与化学教学同向同行，形成协同效应，达到全方位育人的目的。因此，本课程教学质量的好坏直接影响到学生学习后续课程的信心和能力。

目前分析化学课程的教学现状及主要问题体现在以下方面：(1)教学模式仍待改进。传统教师为主体的教学模式难以有效提升学生参与度和兴趣度，较难形成师生学习共同体。即便是对那些能够全程投入的学生而言，在被动学习过程中他们也仅仅只是接受了知识的传授，而能力培养和价值塑造比较困难。(2)育人功能仍待完善。在能力层面：由于教学模式仍是以教师为中心的知识传授为主，学生被动接受知识，但却无法被动获得能力。只有那些经主动理解吸收并在实践中得到反馈的知识，才能最终内化为能力；在价值层面：目前在教学中虽然涉及课程思政，但总体表现为“干巴巴说教”，未充分挖掘、梳理与课程知识相关的思政元素，未有效融入课堂教学，未形成一个以课程知识为主线的多元化、可持续的课程思政体系。

自进入信息时代以来，以互联网为核心的信息技术改变了人类社会的生产方式和生活方式。疫情期间，全世界教师为应对危机大规模开展在线教学,这些经实践得来的宝贵经验与成果也促使传统的课堂教学与融入信息技术的在线教学深度融合。教育部高等教育司司长吴岩认为：“我们再也不可能、也不应该退回到疫情发生之前的教与学状态，因为融合了‘互联网+’‘智能+’技术的在线教学已经成为中国高等教育和世界高等教育的重要发展方向。”混合式教学是一种将“线上”教学与“线下”教学优势互补、有机结合的教学新模式，引导学生进行探究式、个性化学习，从单纯的知识传递向知识、能力、素质的全面培养转变[5]。混合式教学势必将成为今后高校教学的新常态。

吸光光度法这部分内容是仪器分析法的开篇，与学生后续专业课程如仪器分析、食品分析、食品理化检验等课程有直接、紧密的联系，因此掌握其原理具有重要意义。本文选取“吸光光度法的基本原理”这一重要知识点作为混合式教学设计案例，从教学设计、教学过程、教学反思的角度进行详细阐述。

1 教学设计

1.1 教学理念

本节课始终围绕学生为中心，通过专业和生活中的问题激发学习兴趣，通过层层递进的教学环节引导他们主动思考、突破重难点；在教学中，以教师为主导、学生为主体，以实际应用为载体，与专业知识有机结合，并融入思政元素，既夯实未来食品行业工作者的业务基础，又培育未来食品行业工作者的社会责任感和职业道德，最终实现知识、能力、情感价值的三重目标。

1.2 学情分析

其前期课程主要是高中化学知识，但由于高中化学部分知识为选修，存在学习程度不一致的问题，故要充分了解学情，以便及时调整授课内容和方式，必要时可分层次、分梯度开展教学，力求照顾到每位学生。同时，部分学生还未意识到基础课程的重要性，比如食品专业的仪器分析、食品分析、食品化学等专业核心课均需要分析化学课程的基础。所以，在授课中要多结合专业知识，让学生切实感受到本门课程的重要性，提高学习动力。此外，因化学理论性较强导致学生兴趣不足，所以教师在课堂中加入动画人物和动画演示来化难为简，并增加趣味性。

具体到本节课，学生通过高中阶段的学习和生活知识的积累，已经掌握了一些光的基本性质如：波长、频率、速度、能量、颜色等，这是学习本次课程的知识基础。此外，通过前面“四大滴定”的学习，学生已经初步拥有严谨求实的科学态度和具备一定分析解决问题的能力，这是学习本次课的能力基础。由于本次课程概念多、知识点琐碎、原理部分内容较多，学生在学习理解时可能存在困难。

1.3 教学目标

知识目标包括：(1)能够理解物质的颜色源于物质对可见光的选择性吸收；(2)能够利用光吸收曲线的形状和λmax对物质进行定性分析；(3)能够利用朗伯-比尔定律对物质进行定量分析；(4)知晓朗伯-比尔定律成立的条件和偏离朗伯-比尔定律的原因。

能力目标包括：(1)通过吸光光度法知识点之间的内在关联和层层递进，培养学生逻辑推理和归纳总结的能力；(2)通过吸光光度法在食品专业中的相关应用，培养学生理论联系实际的能力。

情感价值目标包括：(1)通过介绍吸光光度法在食品专业中的应用，激发学生热爱和学习化学的热情；(2)通过介绍吸光光度法在食品添加剂测定中的应用，鼓励各位“食品人”要有更多的社会责任感和职业道德；(3)通过对物理学家牛顿的简介，学习牛顿的好奇心、求知欲，并勇于实践。

1.4 教学重难点

教学重点为光吸收曲线用于定性、定量分析。解决方法：通过动画演示的形式，以高锰酸钾为例，绘制其光吸收曲线。通过对比四种常见物质的光吸收曲线，启发学生不同物质光吸收曲线的形状和λmax不同，因此可利用光吸收曲线的形状和λmax对物质进行定性分析。接着比较不同浓度高锰酸钾溶液的光吸收曲线。首先不同曲线的形状和λmax基本相同，这就印证了确实可利用光吸收曲线的形状和λmax对物质进行定性分析；其次浓度越大，吸光度越大。于是，引出描述浓度与吸光度关系的朗伯-比尔定律用于定量分析。

教学难点为物质颜色与光的关系。解决方法：首先通过日常生活中色彩缤纷的饮料入手提出问题，激发学生的学习兴趣；其次介绍光的概念(单色光、复合光、白光、互补色光)，在介绍过程中联系生活常识激发学生旧知；再次通过动画演示的形式，以无色、黑色、紫色、蓝色溶液为例，启发引导同学们进行小结——物质的颜色源于物质对可见光的选择性吸收；最后通过练习来巩固认知。

1.5 教学方法

本部分内容主要采用BOPPPS教学法：包括案例导入→聚焦目标→前测→参与式学习→后测→归纳总结的六步闭环教学活动，并将问题引导法、讲授法、演示法等有机进行结合。课堂上通过环环相扣、层层递进的问题，调动学生探索知识形成规律的内在动机，并辅以动画及图片、丰富教学信息，帮助学生更好地理解重难点内容。

2 教学过程

2.1 导入新课

导入的功能是在教学活动中提高学生的注意力并凸显出课程内容与学生之间的关联，增加学生的学习兴趣和学习动机，从而帮助学生专注于接下来的课程内容中。针对食品专业的学生，在设计时选取与专业和生活中相关的实际问题出发，比如色彩缤纷的饮料是由于添加了色素，为了增进食品的感官和品质，在生产加工时会加入食品添加剂，比如色素，而添加剂的使用需要严格符合国家标准，因此对其进行测定意义重大。接下来向学生展示常见添加剂在饮料中的最大限制使用量，继续抛出问题“这些物质能用滴定分析法来测定吗”。由于这些物质的含量低于1%，因此运用滴定分析法无法进行准确测定，从而引出仪器分析法。

2.2 确定目标

教师向学生展示思维导图，明确本次内容在本门课程以及本章中的位置和地位，并依据课程内容制定可衡量、可评价的教学目标：(1)能够理解物质的颜色基于物质对可见光的选择性吸收；(2)能够利用光吸收曲线的形状和λmax对物质进行定性分析；(3)能够利用朗伯-比尔定律对物质进行定量分析；(4)知晓朗伯-比尔定律成立的条件和偏离朗伯-比尔定律的原因。

2.3 前测

教师将吸光光度法概述部分设置为课前学习通线上学习的内容，并通过学前测对学生的学习效果进行检验。

2.4 参与式学习

2.4.1 物质对光的选择性吸收

教师通过学生讨论的结果——“目视比色法”很难对物质的含量进行准确测定，从而引出若想准确测定物质含量需借助光谱仪器进行分析。教师带领同学回顾光的基本性质，讲解电磁波谱图，将本章的关注点锁定在可见光区。接着通过展示色彩斑斓的图片抛出问题“为什么物质会呈现不同颜色”，引发学生思考，并带着问题进入第一部分内容的学习：单色光、复合光、互补光三个重要概念。在此部分的学习中，教师通过一连串环环相扣的问题，如：生活中的复合光有哪些；太阳光有多少种颜色；为什么我们看到的太阳光通常都是白光等问题，来引导学生对知识一步步进行理解，并融入牛顿发现七色光的时代背景介绍，引发学生学习牛顿勇于实践的科学精神。然后教师对溶液的颜色进行解释，并让学生练习，接着教师对“为什么不同物质会吸收不同的光”进行拓展延伸，并提供课后阅读材料，供有兴趣的同学课后继续深入学习。

2.4.2 光吸收曲线

教师介绍透光率和吸光度的概念及公式，接着以高锰酸钾为例，测定它对不同波长光的吸光度，讲解光吸收曲线的绘制过程。让学生将几种不同物质的光吸收曲线进行对比，得出不同物质的光吸收曲线不同的结论，更进一步得到光吸收曲线的形状和最大吸收波长λmax的位置不同。接着教师进行小结：光吸收曲线体现了物质的特性，可利用光吸收曲线的形状和最大吸收波长λmax的位置对物质进行定性分析。

2.4.3 光吸收定律

教师介绍朗伯比尔定律A=Kbc，强调该定律的使用前提和范围：(1)入射光为平行单色光且垂直照射；(2)吸光物质为均匀非散射体系；(3)吸光质点之间无相互作用；(4)辐射与物质之间仅限于光吸收过程，无荧光和光化学现象发生；(5)吸光度具有加和性，溶液的总吸光度等于各吸光物质的吸光度之和。接着教师讲解吸光系数a和摩尔吸光系数ε，学生完成学习通测试题对本部分内容进行巩固。

2.4.4 定量分析方法

教师讲解比较法、标准曲线法这两种利用朗伯比尔定律来进行定量测定的方法，然后让学生分组讨论并归纳比较法、标准曲线法与比色法这三种方法的优缺点。接着各组学生表达观点，教师倾听并给与反馈和小结。三种方法各有特点，没有绝对的好或坏，需要根据具体测定条件和要求来进行选择。

2.4.5 专业拓展延伸

教师在课前给两个小组布置任务“查找吸光光度法在食品专业中的应用”，并持续给予指导和帮助。课上两个小组作为讲解员，给大家汇报查找到的相关应用，并接受提问。接着教师展示更多吸光光度法在食品专业中的应用，如营养物质、酶活性、食品添加剂测定等，并推荐关于吸光光度法在食品领域应用的英文期刊作为课后阅读材料。此外，老师要纠正大众对食品添加剂的误解。对食品添加剂，一方面同学们要认识到没有食品添加剂就没有现代食品工业，只要科学、合理使用食品添加剂，对人体并没有危害；另一方面，身为“食品人”，一定要有更多的社会责任感和职业道德，才能让更广大民众对我国食品安全更加有信心。

2.5 后测与总结

教师发布后测题目来评测学生的学习目标达成度，并针对共性问题进行讲解，最后引导学生对本课知识点的逻辑关系进行梳理和总结。在此过程中，教师需要再次强化重难点，培养学生的科学思维并锻炼学生的归纳能力，并通过提问预告下节内容。

3 教学反思

吸光光度法是仪器分析法中的重要内容，在生产、生活、科研中应用广泛，与学生后续专业课程联系紧密，因此掌握其原理尤显重要。本节课在授课过程中注重通过动画、现场演示等形式来突出重点，突破难点；注重前后知识的比较和衔接，比如将前面学习的滴定分析法与吸光光度法进行比较；注重与专业结合，介绍了吸光光度法在食品专业中的应用；注重与日常生活结合，介绍了颜色的由来以及生活中的常见现象；注重如盐入水、润物无声地融入思政，如身为“食品人”要有更多的社会责任感和职业道德；注重通过介绍拓展内容和推荐阅读材料来增加学生知识的广度和深度；注重课堂的互动和总结来激发学生兴趣，并帮助学生进行知识梳理。课后通过学习通布置作业和测验及时巩固知识。本次课堂教学生动有趣，贴近现实、贴近专业，学生的积极性非常高，能够积极思考并参与互动、讨论、练习。但本次内容概念多，知识点琐碎，授课过程中一定要把握好知识点之间的逻辑衔接，利用好板书进行知识梳理。

4 结语

教学改革一直在路上。在后续的课程建设中，笔者会进一步加强信息技术、课程思政与教育改革的深度融合，着力于进一步结合学生的专业来设计课堂活动，对讨论主题和内容进行合理规划，提升课程的高阶性、创新性和挑战度，增强学生的参与度，要让学生动起来、忙起来，使分析化学课程更好地为后续专业课程输送基础扎实、科学严谨、思想过硬的优良人才。