新工科背景下“仪器分析”混合式教学改革与实践

路艳珍，周启花，李 娜，陈 宇，祈语欣，唐 敏，王贤彬

(1.合肥师范学院 化学与制药工程学院，安徽 合肥 230601；2.中触媒新材料股份有限公司，辽宁 大连 116308)

从2015年到2022年，教育部等部门相继发布了《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》 《关于开展新工科研究与实践的通知》 《未来技术学院建设指南(试行)》[1-3]。从这一系列举措看出，国家对新时代下工科专业技术性人才的需求，意在推动地方高校将人才培养的目标切实转化到服务于社会经济发展上来，强力培养高素质的创新复合型技术人才。全国各高校积极把握建设新工科的机遇，以动态的、发展的思维深入开展课程教学改革[4-5]。以互联网技术为基础的“互联网+教育”教学模式革新，成为现阶段新工科高等教育教学改革中的重要探索方向[6-7]。众多新模式下的国家级一流本科课程被培育建设，其中线上线下混合式课程融合了线上教学学习的便利性和线下面授教师言传身教的优势，成为新主流。本文以化学工程与工艺专业本科生的仪器分析课程为例，提出基于“超星学习通+传统课堂”的线上线下混合式教学方法，致力于实现网络教学和传统课堂教学优势互补，助力新工科背景下仪器分析课程的革新。

1 仪器分析课程线上线下混合式教学的必要性和可行性

仪器分析课程章节多、知识点内容繁杂，涉及光学分析、电化学分析、色谱分离分析等[8]，但开课前，绝大部分学生对分析仪器缺乏了解，因此对课程不感兴趣，在学习过程中处于被动状态，学习效率极低。此外，该课程具备多专业交叉性，包含物理、化学、电子、数学等多学科领域的知识，教师常需花大量的时间讲解，基础知识薄弱的学生面对高强度知识输出往往应接不暇，在短暂的课堂上很难实现对知识点的充分理解和把握。若课后再无有效的整理复习，很可能导致对后续内容更难理解，从而失去学好仪器分析的信心和动力，更谈不上学以致用。因此为实现新工科背景下创新应用型化工人才的培养，亟需对该课程的教学模式进行革新。

线上线下混合式教学方法的产生，给传统仪器分析课程教学带来了全新的思考，它把传统的线下课堂教学方式与线上网络平台教学有机结合，实现了教学在网络虚拟空间与传统课堂的同步开展，秉承了以学生为主体的教学核心理念，力求将其满足不同学生的个性化学习需求、尊重学生的个体学习差异[9]。授课前，教师充分整合互联网教学资源，制作课程相关动画和视频，建设在线课程，学生可利用线上课程提前进行课前预习和自检；课堂上，教师根据学生线上课程的学习反馈调整课堂教学内容，通过系统化的讲解碎片化的教学资源，突出教学重点与难点，有效缩短教学时长，留出更多的时间给学生交流讨论，增加学生的课堂参与性；下课后，学生还可以利用线上课程巩固课堂教学内容，同时还能满足学生的个体差异，学生可根据自己的学习情况自行决定是否反复学习课程内容，提高自主学习能力。随着现代信息化技术水平的提高，线上资源的收集与制作、教学平台的建设也更加便利，学生在任何时间地点都可通过线上教学平台进行自主学习，学习方式更加灵活。因此，在仪器分析课程中开展实施“线上教学平台+传统的课堂教学”的教学模式不仅非常必要，而且切实可行。

2 仪器分析课程教学现状及存在的问题

仪器分析是面向化学工程、制药工程等多个学科的专业核心课程，不同专业因教学计划不同，教学内容和课时也有所不同。以合肥师范学院化学工程与工艺专业为例，在该专业的教学计划中，仪器分析课程共计48学时，本文探讨其教学现状及存在的问题。

2.1 传统课堂教学方法不能满足创新型人才的培养

在传统的课堂教学中，采用以教师为中心、教师讲授和学生听课为主的单一课堂讲授方式。由于课时有限、课程教学内容较多，仪器基本理论知识抽象、仪器构造复杂，教师往往需在限定的课时内输出大量教学内容，学生被动接受，缺乏学习的积极性和动力，学习结果不够理想。这种单调的教学和学习方式往往限制了学生的创新能力培养。为了破解这一问题，我们提出了“线上教学平台+传统的课堂教学”的线上线下混合式教学方法，如表1所示。在新的教学方法下，教师的教学时长和学生的学习方式都与传统课堂教学有较大的差异，其增大了学生自主学习的机会，更加凸显了学生的主体地位，更加注重学生自主学习、创新能力的培养。

表1 仪器分析课程安排情况

2.2 理论与实践的脱节不利于应用型人才的培养

仪器分析理论课程中涉及大量的基本原理、仪器构造、单元操作等，具有很强的实践性，需要更多的时间去学习和实际操作。仪器分析实验课程往往开设于第五学期，学生不能及时的通过实验操作来加以巩固理解，更谈不上转化成自身的能力在实际生活、工业上学以致用，可能会出现理论知识很足但实践能力很差的情况。通过增加线上教学平台，教师提前准备相关分析仪器的构造、实际操作、在日常生活中的应用实例、文献报道等供学生课下自主学习，使晦涩难懂的理论知识与一线企业生产管理和实践接轨，从而培养学生达到实践产业管理所需要的基本素质与能力。

3 仪器分析课程线上线下混合式教学的设计思路与实践

我们分析该课程在新工科背景下化工专业人才培养目标中的作用，确定教学目标，坚持以学生为中心，通过线上课程的制作与设置、传统课堂的开展及线上线下混合式教学的动态优化三个方面来设计教学方式，建立“线上教学平台+传统的课堂教学”的线上线下混合式教学法。

线上课程平台从章节中所包含的名人小故事、日常生活中存在的实用事例等出发，引出教学内容，调动学生学习的兴趣；在课前设置并要求学生完成线上课程的知识回顾、基本概念及发展历程等，以达到基础知识不占用课堂时间的目的。而传统课堂采用抢答、小测验等方法提高学生的参与度，当堂根据课堂表现给出评价，并安排学生进行分组讨论汇报某种仪器分析方法在实际生活中应用的案例。这种方式既调动学生的参与兴趣，又能检验学生对先前所学理论知识的理解掌握能力，引导学生学以致用，培养学生解决实际问题的能力。最后，对这种教学方法进行多维度评价，除了传统已有的教师评价打分之外，引入学生自评和学生互评，激发学生的学习斗志，同时也让学生最终形成了如图1所示的一个中心(以学生为中心)、两个循环(线上学习和线下学习相循环，学习结果和学习评价相循环)、四个过程(学习开始、学习过程、学习结果以及学习评价)的混合式教学模式。

图1 线上线下混合式教学模式

3.1 线上课程的制作与设置

线上课程的制作与设置主要发生在学习开始阶段。2018到2022年，学校组织骨干教师修订仪器分析课程标准，确定线上课程的授课内容，共设置12个学时，涵盖4大章节，包括光学分析法、电化学分析法、色谱分析法及其他分析法等。参考资料包括高等教育出版社华中师范大学等主编的第4版《分析化学》下册[8]、武汉大学主编的第五版《分析化学》下册[10]，以及Analytical Chemistry、Analytical Methods等经典外文期刊。其次，教师收集并建设线上课程，对课程内容进行分割，将仪器发展历史、基本原理、基本概念及仪器构造等内容转变成适宜碎片化学习的小知识点，通过ppt、动态图片、及微视频等方式展示，激发学生的学习热情。最后，将课程素材和测验通过学习通线上平台运行，在传统课堂教学开始前，在学习通平台布置学习任务，要求学生在规定的时间内完成学习内容及知识点测验，便于学生和教师掌握学生的学习进度及成果，为后续学习过程阶段的开展奠定基础。

以原子光谱法的教学设计为例。首先，创设情境、图片案例引入。从2019年为庆祝中华人民共和国成立70周年燃放烟花，到2020年的热播电视剧“三十而已”的烟花爆炸案等出发，引发学生思考为什么烟花可以呈现不同的颜色，进而引出微课教学内容--原子发射光谱。引例与教学主题内容相契合，背景简单生动有趣，易于理解。其次，结合先前所学知识金属钠、钾的焰色反应，其燃烧发光原理就是基于原子发射光谱法，进而介绍原子发射光谱的基本概念、过程、特点等。这些内容较简单，可以通过线上课程完成。最后，通过课后测验，检验学生的自学成效和学习过程中的难点。测验结果显示，学生对原子发射光谱的发展历史、特点等内容掌握的较好，对其基本原理掌握的相对较差一些。

3.2 传统课堂的开展

传统课堂的开展包括学习过程、学习结果及学习评价等，采用的是以教师为主导人和学生为主导人的两种授课形式。

第一，教师作为主导人。教师根据学生的线上学习情况，调整线下课堂内容，减少基础知识的讲授时间，重点放在将不同的碎片化知识串联起来进行宏观把控。同时，在讲解过程中，布置以选择题为主的测验，设置选人、抢答等环节，对线上学习的实际效果进一步考核。测验题目的选取要注重难易适度、内容全面，既不能挫伤学生学习的自信心，又不能使学生过于轻易完成骄傲自满。在回答完毕之后，讲师将抽点同学对答案的正确选择做出说明，并对其他错误选项做出解析。最后，再对回答的合理与否及对答案选择的正确判断与理解情况分别打分，从而多维度的评估学生的平时学习效果和课堂参与程度。

第二，学生作为主导人。授人以鱼，不如授人以渔。仪器分析方法众多，我们不仅仅要传授基本理论知识，更重要的是完成学生从学会到会学的转变，培养学生探究性自主学习能力。主要采用以下两种方法：其一，在传统课堂设置研讨课，发布学生小组讨论，派代表发言，考察学生对所学理论知识的实际运用能力。线下课堂上共设置了三场研讨课，光学分析法、电化学分析法与色谱分析法各一场。例如，在讲到原子发射光谱法时，就以化妆品安全--日本某高端护肤洁面霜与净白精华液中分别检出了铬、钕等高毒性金属事件为例，引导学生对严格监控化妆品等商品中重金属的含量展开研讨。这种讨论是基于学生对原子发射光谱法基本原理、仪器构造及使用的牢固掌握，也为学生将来的科学研究及工作打下了基础。其二，仪器分析课程的众多章节中，部分在形式和内容上有相似之处，教师可先讲一章抛砖引玉，其他类似章节交由学生。50名学生自由组合分为10个小组，每组5人，题目提前1个月布置，由学生自行选择，将章节内容细化分解成多个小知识点，最终进行ppt或微视频课堂汇报，每位同学都需就某个知识点进行讲解。讲解结束后通过学生自评、学生互评、教师点评等多种形式进行评价，增加课程考核的维度，让教师和学生都更加清晰的认识教学的过程和成果。

3.3 线上线下混合式教学的动态优化

为了优化线上线下混合式教学的效果，提出采用反馈机制、协助机制和调整机制相结合来解决混合式教学中出现的问题。

1)反馈机制。线上教学使教师和学生通过网络连接，变远的物理距离导致教师无法及时捕捉学生的表现。在线上线下混合式教学设计中，设计合理的反馈机制，及时反馈学生的表现，以便教师调整教学内容和方式来适应学生个性化的学习。例如，在线上电子资源中，设置学习次数和学习时长作为监测指标，教师可通过该指标的完成情况了解学生的学习过程和学习态度；设置知识点测验，了解学生对知识的掌握程度。这些反馈信息均有助于教师进行教学设计的优化。

2)协助机制。学生在线上学习通平台学习中难免会遇到困难，教师在设计混合式教学时，要考虑到学习的难度。在学习过程有可能存在困难的地方设置搭桥，使学生从困难中解脱出来继续完成学习任务。学生可以选择教师或者其他同学求助，也可以放弃。这样的课程设计增加了学习的趣味性，以及学生之间、老师和学生之间的紧密程度，有利于学生独立自主个性化能力的培养。此外，学生的求助及协助情况也能侧面反映出学习过程中的难点，以及不同学生之间的掌握的差异性，增加教师对学生学习情况的把控。

3)调整机制。任何一种教学设计都不是万能的。针对不同的学习对象，教师可将不同章节的教学内容进行适当调整，如线上教学的视频时间长短、线上课程的开放时间等，以满足个性化的人才培养需求。

4 结语

在积极推进新工科建设的大背景下，“学习通线上平台+传统的课堂教学”的仪器分析线上线下混合式教学方法改革得到了较好的探索与实施。此教学方法坚持贯彻以学生为主体，通过学习开始、学习过程、学习结果和学习评价四个阶段的循环综合评价教学效果，培养了学生自主学习、解决问题和科研创新的能力，契合新工科建设背景下对化工类复合创新型高级人才的培养的目标。