大学化学, 2021, 36(1): 2002027-0 doi: 10.3866/PKU.DXHX202002027

专题

以学生为主体的混合式个性化教学模式在分析化学课程中的探索与思考

盛骞莹, 张文清, 王燕, 赵怡, 刘海燕, 钱俊红, 张波, 王氢, 胡坪,

Exploration and Reflection of Blended and Personalized Learning Mode for Student-Centered Teaching of Analytical Chemistry Course

Sheng Qianying, Zhang Wenqing, Wang Yan, Zhao Yi, Liu Haiyan, Qian Junhong, Zhang Bo, Wang Qing, Hu Ping,

通讯作者: 胡坪, Email: huping@ecust.edu.cn

收稿日期: 2020-02-14   接受日期: 2020-03-6  

基金资助: 华东理工大学教师专业发展工程产学研践习计划.  YJ0130536
华东理工大学“教学名师培育团队”项目

Received: 2020-02-14   Accepted: 2020-03-6  

Abstract

In order to solve the issues of traditional teaching methods in the undergraduate basic theory course, the blended learning mode was put forward by taking analytical chemistry as an example. With concept of student-centered, personalized teaching, together with assistant means, was introduced to achieve the breakthrough in solving the problems. We hope to reinforce the adaptability and targeting of the course teaching.

Keywords: Analytical chemistry ; Blended learning mode ; Personalized teaching

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盛骞莹, 张文清, 王燕, 赵怡, 刘海燕, 钱俊红, 张波, 王氢, 胡坪. 以学生为主体的混合式个性化教学模式在分析化学课程中的探索与思考. 大学化学[J], 2021, 36(1): 2002027-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202002027

Sheng Qianying. Exploration and Reflection of Blended and Personalized Learning Mode for Student-Centered Teaching of Analytical Chemistry Course. University Chemistry[J], 2021, 36(1): 2002027-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202002027

分析化学是获得物质的化学组成及含量的科学,是化学学科中的信息科学[1]。在本科阶段,面向化学化工相关专业开设分析化学课程,旨在培养学生掌握各种分析技术的基本操作技能,树立“定性”和“定量”的科学理念,使学生初步具备科研思路和方法[2]

随着互联网与信息技术的快速发展,互联网手段的教学方式结合现有的传统教学方式,不仅很好地适应着现代化社会发展的需求,也能够以创新的模式激发学生的学习兴趣,解决讲授式传统教学在学生学习的主动性和积极性上的限制。混合式教学模式的提出[3],有效地将传统宏观理论与近代科技新发现紧密相连;把化学基础知识与现代科技的发展相联系;同时还反映了新学科新领域与化学的交叉渗透。

在新的“面授+互联网”的混合式教学模式下,更需要“以学生为中心”作为人才培养的切入点,设计适当的教学体系,达到知识、能力和素质的统一[4]。本文以分析化学课程为例,对目前实行的混合式教学模式进行设计与思考(图 1),并对可以实行的辅助手段进行探索,希望从真正意义上增强人才培养的个性化、针对性和适用性。

图1

图1   以学生为主体的混合式个性化教学设计框架图


1 构建混合式教学模式的必要性及可行性

分析化学课程的学习任务繁重,需要理解记忆的知识点、公式等尤其多。以往讲授课程内容多为理论知识,每节课的知识点饱满,但学生很难做到全程集中注意力不分心。教学形式的单一加上知识点的环环相扣,很多学生会在中途气馁甚至放弃,这迫切需要新的教学模式及新的考核体系,以便学生能够真正应用知识,而不是死记硬背[5]

慕课[6]作为一种新的教学模式和学习方法,为个性化教学提出了全新的思路与可行性[7]。本校分析化学线上慕课课程是由团队资深教师分章节录制,对知识点梳理清晰,重难点突出,便于学生理解与接受通识性内容。学生通过学习端接收教师发送的线上教学视频与资料,从而明确学习内容、目标与要求;并在规定学习时间内把握学习进程,简单的知识点或者基本掌握的内容可以倍速学习,难点内容可以多次回放,以便加深理解。学生可在手机端与电脑端灵活使用或切换进行移动学习,也可利用非固定时段时间学习,打破了学习时间及地点的限制性,是对传统教学的有效补充。通过线上自主学习方式可有效提升自主规划时间与学习能力。多模式的考核模式,包括线上章节测验与作业,鼓励学生在日常学习中投入更多的时间与精力,而不是考前一两周的强化记忆、刷题或是临时抱佛脚。

教师通过教师管理端口把握学生线上学习的进度、答题质量等,对线上学习效果进行评价,制定出线下课堂教学的具体策略。课程的改革与创新不仅是对学生学习能力和自身素质的提升,也是对教师掌握知识广度与深度的挑战。只有努力提高个人业务能力,思考如何在慕课环境下改进和完善现有的教学方法,才能做好充分准备,迎接新型教学模式掀起的浪潮。

2 强化翻转课堂效果,增设互选机制

在传统教学模式下,由于受到面授条件和上课时间的限制,很难针对学生的专业基础和能力的差异性进行课堂的翻转。学生以听为主,难以激发学习的主动性与合作意识。随着混合式教学的推行,翻转课堂教学模式变得更为可行和现实(图 2)。翻转课堂是一种将传统课上教学过程与课下学习活动进行转换的新型教学形式,课堂以学生主讲或汇报为主,构建学生与教师或学生与学生间互动的模式[8]。在翻转课堂可以让学生与教师的角色互换,使学生体验授课过程,同时也要求学生对所讲解的内容较好地掌握。这样一方面可以调动学生准备的积极性,另一方面给学生一个展现个人能力与团队合作的平台。也可以有效借助项目教学与案例教学的方法对学生进行引导,在小组讨论协作的过程中实现个人知识的扩展[9]

图2

图2   线上、线下相融合的教学模式


如何利用好翻转课堂解决分析化学课程中的重点、难点,有效进行知识点的升华就很关键。这需要学生自主进行知识点的深入剖析归纳,把对知识的理解由“点”汇成“线”,培养自学能力与自我知识框架的构建,不是简单地将知识点进行消化吸收,而是更为扎实地掌握与熟练地应用,从而建立适应大学分析化学学习的新方法。例如,针对氧化还原滴定和吸光光度分析两大方法应用的知识点。可以设计几个讨论课题,包括:1)高锰酸钾法测定水样中化学需氧量(COD)的原理和过程解析;2)在线(现场)COD测定仪的原理解析;3)在线COD分析仪能否测准COD等等。这些讨论题都是对课堂知识的升华和拓展,重点考查学生分析问题和解决问题的能力。学生通过自主查阅相关资料与文献,进行小组讨论,再制作课件后上台讲解,真正成为课堂学习的主体。

翻转课堂对学生的基础与能力要求都比较高,并不适合普及性推广。因此,课程的选择要更具自主权,即采用双向选择的选课方式,先由学生自主决定,然后教师再根据学生的学习情况进行适当筛选,挑选基础好、学习能力强的学生进行教学。这样既可以保证教学效果,也避免基础较差的学生凭借一时热情和冲动进入慕课线上学习及线下翻转课堂后出现不适应的情况。

3 增设自主自选实验课,提高科学实践能力与创新思维

实验教学是培养学生实践能力和创新能力的重要环节,是理论教学的助动剂[10]。但不同学习基础乃至不同专业的学生对分析化学实验课程学习需求也不同,除了基本实验操作的培养与训练,针对学习基础好、能力强,想在本专业继续深造,同时还具有时间与精力的学生,可以进一步自主自选实验课程[11],在课程配备的基础实验课程以外,可加选1–2门创新型实验。

采用“学生设计–教师指导–方案确定”的模式,让学生自己选做或参与设计与知识点相关的实验,可以有效融合学生自己的兴趣点与职业发展目标。比如中草药有效成分中含有很多弱酸、弱碱盐,如有机酸、生物碱等,利用高效液相色谱对这些成分进行分析时,必须首先考虑其酸碱性,因此酸碱分布系数就是建立分离体系,特别是选择流动相的关键和理论基础。这里涉及了酸碱滴定和仪器分析部分的理论知识与实验实践的结合,需要学生进行科学的研究与完善的实验设计,对学生能力的考查与提升都有帮助。

因人而异、分层次、差异化的实验教学体系增加了教学内容的针对性和学生实验的自主性,是“以学生为中心”个性化教学的体现,不仅可以激发学生的实验热情,增加学生的实验认知度,提高学生对知识的理解程度,还可以锻炼其科学实践能力,培养创新意识与素养,使分析化学实验课程更加符合大学生个性化及差异化的学习特点。

4 坚持理论教学与科学前沿研究相结合,培养科研素养

培养学生的科研素养与创新思维,是帮助学生对理论学习进行内化与升华的重要途径。在本科教育中,教学与科研是必不可分、相互融合的[12]。高校教师既有开展科学研究的要求,又有本科生教学以及指导培养学生的任务。但教师的时间和精力是有限的,往往就会出现教学与科研不能兼顾的局面,比如理论课教学的教师不做科研,做科研的教师不上课的情况,从而造成理论教学与科学前沿研究脱轨的现象。老套、死板、永不更新的授课内容和授课方式使得学生的学习兴趣不高,也会造成理论知识与科学前沿脱节,学生不知道学这些知识的目的是什么,有什么用途。

因此需要构建一个以学生为中心、以探索为导向、以科研为支撑的研究型教学(图 3)。可以由教师将各章节所涉及的经典文献全文提供给学生,让学生了解理论提出的背景和过程,增加学生对理论的理解和运用。同时,鼓励学生进行数据收集与最新科学前沿相关文献的检索,组成研究小组,完成研究报告。大学生课余研究计划(USRP)和大学生创新实践活动(大创)是本校多年来一直在开展的创新活动之一,也是对学生科研能力的很好锻炼,可以与课堂内容相互结合[13],培养学生的科研素养。通过参与课题,开阔眼界,锻炼学生探索问题、解决问题的能力;组建学习小组,通过团队沟通与配合,增加学生的团队协作精神,为学生创造一个全新及创新的学习氛围。

图3

图3   实践探索与科学研究相融合的研究型教学


积极引导学生参与教师的科研项目。比如在讲授“色谱法”这一章时,结合教师的科学研究方向进行教学,将正在承担的国家自然科学基金青年科学基金项目“面向糖蛋白质组学的有机共价骨架富集新介质与方法”融于教学中,向学生讲解色谱分离分析的基本原理和实际应用,以及分离介质在色谱分离中的核心作用,提高学生对科研的认识和兴趣。在此基础上可以继续深入展开研讨式教学,让学生基于课题进行发散思维,收集材料,撰写小论文;挑选学生代表参与实验项目研究等等。这些举措可让教学与科研相互促进,有效做到科研反哺教学。

5 其他互联网技术的延伸性教学助攻

如今,各年龄阶层的人都喜欢借助手机微信进行消息的接收与传播。越来越多开放包容的、借助互联网技术的教学应用研究出现[14]。那么,如何有效借助微信这一互联网媒介,在传统教学模式的基础上构建适合于分析化学课程的教学设计模型,将是充分发挥混合式教学优势,提高课程教学质量和效果的重要途径,也可以更好地培养精英型、学术型、创新型与终身学习的人才。

借助微信可以进行三部分内容的推送:1)推送未讲解知识点的拓展阅读资料。如沉淀滴定是四大滴定方法之一,但在我校大面积的工科分析化学的教学中不进行课堂讲解,借助微信将沉淀滴定中莫尔法、佛尔哈德法、法扬司法的原理、适用条件和终点确定,以及缓和离子的沉淀滴定法等知识推送给学生,可以促进知识迁移和深度思考,培养学生自主学习的思维与能力。2)推送实验室安全知识、实验仪器的基本操作教学视频、预习报告和实验报告的撰写等内容,有效填补部分学生实验前理论知识的不足,在提高学习实验效率和教学效果等方面起到了积极的作用。3)推送调查问卷。从学生的知识和能力基础、学习方法和效率、对混合式教学模式的喜爱程度、实际使用过程中的感受和建议,以及是否愿意推荐给学弟学妹等方面进行调研,目的是反馈与评价该教学模式的实施效果[15]

6 教学效果探析与反思

分析化学是面向化学化工相关专业的基础课,每学年全校有约1800名学生必修该课程。根据人数的限制,分为十几个教学班,配有十人左右的教师教学团队。教学团队的教师每个月会组织召开一次座谈会,就学生的学习情况及教学新模式的探索与效果等话题展开讨论与交流,促进学科发展。同时,针对学生的学习诉求,每个学期会召开两次师生座谈,参与人员为部分任课教师与各个平行班的学生代表,就学习的参与度、满意度、学习效果等情况进行了解。从每次座谈的学生反馈情况可以看出,学生对于分析化学的教学满意度与学科兴趣度都很高,同时也非常愿意参与多种形式的教学模式,如在线课程的学习、USRP及大创项目、微信公众号的推送、调查问卷的参与等等。更值得一提的是,分析化学专业的本校保研率连续三年达到70%以上,在全校的理工科专业中名列前茅。这些数据都说明了学生对分析化学学科的认可度很高,以学生为主体的混合式个性化教学模式的实施将让每一名学生都成为课前的准备者、课堂的参与者、课后的思考者。由传统的“知识灌输”变为“知识引导”,提高学生掌握分析化学的思维方式和研究方法,引导学生形成一种兴趣学习、主动学习、团队学习的氛围,大大提高分析化学课程的学习效果与教学质量。

为保证混合式教学模式的顺利实施,真正提高教学质量,还需要对一些关键问题进行深入思考:1)系统构建多维度的教学方案,明确教学计划与教学方案,保证可以在教师团队及学生中进行实施;2)线上慕课的构建,完善各章节知识点,提炼精华,让线上课程的视频利于学生掌握知识点,得到知识框架体系;3)注重线下翻转课堂的设计,激发学生自主性,提高学生的参与度,形成良好的学习氛围;4)自主实验、USRP、大创项目等辅助手段的推广,立足于提高学生的科学实践能力与创新思维,培养科研素养;5)借助慕课互动、翻转课堂的反馈、微信问卷的收集等手段密切关注学生的学习情况,做好及时且有效的沟通,使每一名学生都能学有所获。

7 结语

单一的教学模式存在或多或少的不足,我们希望通过灵活运用线上、线下相结合的教学手段,由启发式教学取代讲授式教学,充分体现混合式教学模式的优势,既要发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用,又要充分发挥学生作为学习主体的主动性、积极性和创造性。当然,新的教学模式需要教师付出更多的时间和精力,需要坚定不移的信念才可能换来学生学习积极性的提高,也需要学校在相关制度上的配合和支持。教育改革一直在路上,让我们一起努力!

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