大学化学, 2020, 35(12): 127-131 doi: 10.3866/PKU.DXHX201911020

教学研究与改革

仪器分析课程有效教学之有效测评及反馈

王荷芳,, 孔德明

Assessment and Feedback for Effective Teaching and Learning of Instrumental Analysis Course

Wang Hefang,, Kong Deming

通讯作者: 王荷芳, Email: wanghefang@nankai.edu.cn

收稿日期: 2019-11-14   接受日期: 2019-12-25  

基金资助: 南开大学一流本科教育教学改革项目

Received: 2019-11-14   Accepted: 2019-12-25  

Fund supported: 南开大学一流本科教育教学改革项目

摘要

仪器分析是所有化学研究的眼睛,仪器分析课程教学在大学化学教育教学中占有非常重要的地位,其教学效果关乎所有化学学科体系的最终产出。教学效果测评与反馈是有效教学的重要环节,不仅能测评教学成效,还对如何改进教学活动具有重要的指导作用。目前,仪器分析课程教学效果主要是通过作业、课堂小测验和期中、期末考试成绩来测评,测评方式存在形式比较单一、反馈不及时、不能做到有效“教”“学”互动等问题。本文简单介绍南开大学伯苓班仪器分析课程教学中关于有效测评及反馈方面的改革探索与实践,主要包括三种方式:加强教学过程反馈,让学生自己总结规律;让学生成为有效测评的主导者;开展文献阅读项目式测评。

关键词: 仪器分析 ; 有效教学 ; 有效测评 ; 活学活用

Abstract

Instrumental analysis is the eyes of all research fields. The instrumental analysis course is one of the main courses of university chemistry, and the learning of instrumental analysis course is related to the final output of all chemical disciplines. As an important part of effective teaching and learning, the assessment and feedback can not only evaluate the efficiency, but also guide how to improve teaching and learning. At present, the teaching and learning efficiency of instrumental analysis course is mainly evaluated by homework, classroom quizzes, mid-term and final exam results. The current assessment of instrumental analysis course has the problems of limited forms, the delayed feedback, and the poor interaction of "teaching" and "learning". This paper briefly introduces the reform and practice of effective assessment and feedback in instrumental analysis teaching of Boling class of Nankai University, mainly including three aspects: (1) strengthen the process feedback and let students summarize the points and rules; (2) let students become the center of effective assessment; and (3) carry out the item evaluation of literature reading.

Keywords: Instrumental analysis ; Effective teaching and learning ; Effective assessment ; Creatively study and apply

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王荷芳, 孔德明. 仪器分析课程有效教学之有效测评及反馈. 大学化学[J], 2020, 35(12): 127-131 doi:10.3866/PKU.DXHX201911020

Wang Hefang. Assessment and Feedback for Effective Teaching and Learning of Instrumental Analysis Course. University Chemistry[J], 2020, 35(12): 127-131 doi:10.3866/PKU.DXHX201911020

仪器分析课程是高校化学相关专业的必修课之一,也是课程学习与创新思维训练最好结合的课程之一,对化学的所有学科都具有重要的支撑作用。但仪器分析课程内容繁杂,涵盖化学学科常用的各种分析方法和仪器,大多数教师认为在有限的时间内很难把如此繁杂的内容教给学生,大多数学生认为这门课程难学,知识点太多、难记,仪器原理部分枯燥、难懂。

为了提升仪器分析课程教学质量,许多优秀教师提出了很多建设性的建议和改革[1-6],如:巧妙激发兴趣[7],教研结合[8],采用微信[9]、微课[10]、互联网+ [11]等平台教学,问题导向式教学[12],虚拟现实沉浸式教学[13, 14],翻转课堂教学[8, 15],多模式教学[16],混合式教学[17]等。这些改革确实有效提升了学生的学习兴趣、课程吸引力和教学效果。然而,教学是由“教”“学”及“教”“学”良好互动形成的高级活动,教师有效地“教”了,学生还得有效地“学”,教师“教”的有效性还得通过学生“学”的有效性来体现。目前,教学效果一般通过课下作业、小论文、课堂小测验和期中、期末考试成绩来评价。这种课程测评方式存在形式比较单一,反馈不及时,不能做到有效“教”“学”互动等问题。本文简单介绍南开大学伯苓班仪器分析课程教学中关于有效测评及反馈方面的改革和实践探索。

1 仪器分析课程常见教学效果测评方式及其缺点

现阶段仪器分析课程的教学活动主要是基于教师讲授为主的“教”和学生以听讲、完成作业和参加考试为主的“学”,而“教”和“学”的效果主要通过课后作业、期中、期末考试成绩等来简单测评。

课后作业大多数是教师指定习题(一般来源于教材或教辅资料),学生做完后交上来,由教师或助教批改作业,给出平时作业成绩,至于学生是怎么完成作业的不得而知。教师改作业时经常看见答案一模一样的作业,甚至答案错也错得一样。如果教师布置有答案的习题册上的作业,则更有可能出现抄袭作业的情况。据了解,大学生抄袭作业是比较普遍的现象。

课堂小测验、期中、期末等考试试卷也主要由教师命题,学生作答,而且很多情况下是有标准答案的题目。在课程成绩驱使下,学生还是会花时间“完成”作业,突击记背一些知识点,考试成绩倒是挺高,但考完两月基本就忘得差不多了。在后续研究生阶段学习或工作中,学生暴露出的问题是对之前仪器分析课程学过的知识完全不会,或者即使知道一点点,也不知在实际工作中怎么运用。比如,仪器分析课程中,都要讲授荧光(磷光)的原理(能级图),很多学生考试都能答对,但让他们去测定未知物的荧光(磷光)光谱时却不知从何下手。再比如,课程中色谱部分讲过分离条件选择原则,学生考试也没问题,但在实际工作中面对摸索最佳色谱分析条件问题,往往显示出茫然无措的情况。

当前这种简单的教师布置作业、设置考题的课程测评方式过于单一,仅凭作业完成情况及考试成绩难以评判真实的教学效果。而且,学生总会被动地听课、被动地完成作业,反馈不及时,“教”与“学”发生相互作用的机会也较少。

2 仪器分析课程有效测评及反馈改革的建议

为了解决以上问题,笔者认为教师需要改革课程教学中有效测评及反馈的方式,做到多元教学、多元测评及反馈,可以尝试的办法如下:

(1)加强课程教学过程的测评及反馈,提高课堂表现在最终课程成绩里的比重。

课堂教学是最好的培养思考习惯和能力的方式,也是“教”与“学”能最大程度、及时发生相互作用的活动。教师每讲完一个(组)概念或知识点,及时抛出问题,让学生及时作答或同伴讨论后作答。抛出的问题应分层次,从记忆、理解、延伸、灵活运用、创造性思考等逐渐递升的方式,逐渐启发、引导学生,加深对概念本质的认知和灵活运用,甚至创造性地思考某些有发展空间的概念的深层拓展。

(2)开发生生互评通道,让学生成为有效测评的主导者。

课下作业依然是课程知识巩固和复习的有效手段,但教师可以让学生成为课下作业的主导者。学生根据讲授内容自己出每章的作业题,课程讲完后,让学生尝试出一张考试试卷,学生间相互成为出题者和答题者;让学生评判、讨论同伴出题的合理性、逻辑性、严密性和整体知识点覆盖度;让学生尝试进行试卷分析,分析出题的覆盖范围、难易程度,并根据同学的作答情况判断其他同学对知识点的掌握情况,尝试相互给出提高学习效果的合理化建议。通过这种方式,不但可以实现生生同伴学习,还能让学生从总体上掌握课程知识点的脉络,从而将所学的知识系统化。

(3)开发实操或项目式测评,实现以评促学。

给出科研中或实际分析任务中与课程内容密切相关的案例,提出需要解决的问题,让学生分组讨论。每组设立一名组长、一名计时员,让每个听众记录其他组员的发言,每位发言人邀请其他成员对自己的发言作点评,最终形成该组解决方案的海报。做好海报后统一张贴在教室里,并逐组分享各自讨论的方案,再组间相互点评,实现共同学习和反馈。

3 南开大学伯苓班仪器分析课程有效测评及反馈改革的实践

在南开大学伯苓班仪器分析课程教学实践中,我们尝试过以上三种办法,体现了有效测评过程的及时性、多元化、前沿性和创造性思维能力训练。

(1)加强教学过程反馈,让学生自己总结知识点和规律。

教学及时反馈有利于及时发现哪个概念、哪个知识点存在讲述不清或理解不透的问题。我们的课堂允许学生有问题随时举手提问,教师及时解答。另外,每部分讲完后,都会有提问环节,问题设置由易到难,层层递进。比如,在讲荧光(磷光)原理(能级图)后,提问学生一般情况下激发波长、荧光发射波长、磷光发射波长的关系;接着提问并让学生讨论如何测定未知物的激发和发射光谱,以及如何判断所测定的信号是荧光(磷光)信号?继而提问为什么科学研究中碳量子点的荧光发射光谱波长随着激发波长改变而改变?这一系列问题的回答和讨论,体现学生对荧光(磷光)的原理的记忆、理解、延伸和灵活运用的过程。

(2)让学生成为有效测评的主导。

学生主动学习一直是教学追求的目标,课程作业也不例外。我们的课程作业尝试让学生出题,并给出答案的方式上交给教师。教师汇总查阅后和助教讨论一起给出单次作业成绩,然后学生间互换作业,由不同于出题者的同学来审核出题者的出题质量和评判答案是否合理,并当面生生讨论,有不同意见的再和教师及助教讨论。每个章节讲完后交一次作业,教师和助教可以从学生作业中抽取出题质量好的题目作为部分考试试题(不排除需要逐句修改,当然教师选试题的时候还需要考虑知识点覆盖度)。期末考试复习时,尝试让学生自己出一张试卷并附答案(答案和试卷分离),同学间互相交换所出试卷作答,互对答案,最后讨论和评判出题质量、逻辑性、严密性和知识点覆盖度等,教师的任务是和学生们讨论他们的不同意见,并给出评判和指导。

上述课程作业方式在课程教学实践中显示效果还是很好的。首先,全班近50位同学没有出现相同作业及答案的情形,甚至也很少出现相同的题目。其次,学生普遍认为,出题比做题难,出题的时候他们需要做到整体考虑本章主要学了那些知识点,知识点与知识点之间的联系,以及区分很容易混淆或犯错的概念等,而做题只需写答案。曾经有一位学生在完成分子发光分析法作业之后,告诉老师,在自己出题和做题过程中他彻底理解了荧光发射各个过程的含义和本质。再次,在学生间相互评判出题质量和答案合理性的时候,学生之间会出现相互讨论、甚至争论的情形。这是一个很好的现象,理不辩不明,学生在讨论和争论过程中对相关知识点会有更深的认识和理解。

(3)开展文献阅读项目式测评。

活学活用是教育教学的重要目标之一。我们的课程有效测评中引入了一个重要的环节,就是体现活学活用的前沿文献阅读项目式测评。比如,在讲到化合物的刚性结构与荧光效率的关系及溶液高浓度荧光猝灭时,让学生阅读唐本忠院士聚集诱导发光的经典文献[18],分组讨论,组内相互点评,形成组内共同阅读学习的海报后,再组间互评,教师点评,通过这个环节让学生深刻理解荧光与结构和浓度的关系本质。再比如,在讲授质谱联用技术的最新研究进展部分,引入一篇发表在Nature杂志上的关于“用离子迁移质谱鉴定糖类差向异构体”的文献[19],让学生课下自主阅读,课上分组讨论。讨论时,教师从质谱技术本身在鉴定异构体方面的局限、核磁共振在鉴定异构体方面的局限、离子迁移谱与质谱、色谱的区别和联系等方面启发和引导学生,讨论后各组分享学习所得,并组间点评、教师点评。通过这篇文献的学习和讨论,学生可以深刻理解不同仪器分析方法之间的异同和各自在解决哪些问题方面具有的优势或专属特性,深切体会不断发展创造的技术、仪器和方法,体悟前沿文献中创新性思考问题的角度和精髓。

南开化学伯苓班仪器分析课程的成绩评定方式是平时成绩占40%,期末成绩占60%。平时成绩除了考查学生相互出题、做题情况和课堂参与情况(回答问题和互动、讨论等)外,还涉及针对当前科研热点开展的分组课堂讨论环节。学生被分为3–4人一组,每组成员之间合作学习一篇最近两年发表的、指定研究主题的文献(综述或研究论文都可以)。组员相互讨论后制作PPT,然后组员一起在课堂上展讲,重点讲解该文献的研究思路、创新点和可以改进的地方(如果是综述,几个人最好能选择其中有代表性的例子,讲清这些例子中的创新点和思路即可,不要求面面俱到)。每一组讲完后,其他学生会自动提问,讨论他们感兴趣的、或者有疑问的问题,课堂气氛十分活跃。期末考试试题中专门有一题现场阅读文献的“活学活用”题(一般是当前热门领域发表的与仪器分析课程相关的研究论文),分数占比30%,要求学生归纳所给文章的创新点、存在的不足之处和所用到的仪器分析方法。因为平时有相关的“文献展讲”训练,期末考试这道“活学活用”题学生答的情况还是相当出人意料,对于所给文献中创新点和不足之处的阐述,大部分同学都能答到“点子”上,对于不足和改善提高,各有各的想法,说得都有理有据。

这部分“文献阅读”的作业训练和考核方式达到了教有道、学有效的教学效果。同学们全体参与,相互学习,体会如何将仪器分析课程学习内容巧妙地运用于科研工作中,做到活学活用,也大大地激发了学生学习仪器分析课程的兴趣,培养了学生勤于思考、归纳总结、批判性思维的能力和习惯,同时还大大开阔了学生的专业视野。我院2015级伯苓班本科生黄本宸在仪器分析课程中核磁共振部分分组讨论时,结合量子力学课程学到的知识,批判性地思考了氢核磁共振氢谱中自旋耦合裂分现象,撰写的论文发表于《大学化学》杂志[20]

4 结语

仪器分析课程教学改革在大学高素质人才培养中具有举足轻重的地位。有效教学测评不仅能区分“教”“学”效果的优劣,还能反过来促进“教”与“学”,指导教师更有效地“教”和学生更有效地“学”,因此仪器分析课程有效测评及反馈方式的改革是高等化学教育教学的指南针。多元、及时的教学过程测评,以学生为主导的生生测评等都能更实时地、更主观能动性地评价教学效果,加速“教”与“学”的相互作用。本文介绍的南开大学伯苓班仪器分析课程的教学有效测评及反馈改革已实施了多年,虽然也取得了一定的效果,但革新的过程还很漫长,我们将继续努力,继续加强教学过程评测与反馈,以期进一步提升仪器分析课程的教学效果。

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