以学生为中心的仪器分析实验线上线下混合式教学探索与实践
楚清脆 , 田阳 鲜跃仲 王媛媛 张帆 朱安伟 张翠玲 徐志爱 郑婷婷 张中海 张闽 张立敏 张琪伟 刘蒙蒙 万晶晶 耿萍 赵秋华
Exploration and Practice of Student-Centered Online and Offline Blended Teaching Mode in Instrumental Analysis Experiment
Chu Qingcui , Tian Yang Xian Yuezhong Wang Yuanyuan Zhang Fan Zhu Anwei Zhang Cuiling Xu Zhiai Zheng Tingting Zhang Zhonghai Zhang Min Zhang Limin Zhang Qiwei Liu Mengmeng Wan Jingjing Geng Ping Zhao Qiuhua
通讯作者: 楚清脆, Email: qcchu@chem.ecnu.edu.cn
收稿日期: 2020-09-28
接受日期: 2020-10-23
基金资助:
2018年度上海市高校本科重点教学改革项目 2019年度上海市教委本科重点课程建设项目
Received: 2020-09-28
Accepted: 2020-10-23
Abstract
In order to solve the issues of traditional experimental teaching methods, the student-centered and blended learning mode was put forward by using instrumental analysis experiment as an example. The hierarchical teaching education mode was carried out to meet the needs of personalized training. Based on the online learning platform of Daxia School, online and offline linked learning activities can effectively stimulate the students' interest and initiative in learning. This guides students to internalize knowledge and cultivates their high-level thinking and comprehensive ability of analyzing and solving problems, benefiting the all-round development of the students.
Keywords：
Experimental teaching Blended teaching Teaching students in accordance with their aptitudes Process evaluation
本文引用格式
楚清脆, 田阳, 鲜跃仲, 王媛媛, 张帆, 朱安伟, 张翠玲, 徐志爱, 郑婷婷, 张中海, 张闽, 张立敏, 张琪伟, 刘蒙蒙, 万晶晶, 耿萍, 赵秋华. 以学生为中心的仪器分析实验线上线下混合式教学探索与实践 . 大学化学 [J], 2021, 36(7): 2009071-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202009071
Chu Qingcui. Exploration and Practice of Student-Centered Online and Offline Blended Teaching Mode in Instrumental Analysis Experiment . University Chemistry
仪器分析实验是分析化学课程的重要组成部分，它是以分析仪器为基础，通过学习测定物质的化学组成、状态和结构，从而进行科学研究与质量监控的重要手段[1 ] 。现代分析测试技术是从事化学化工、生物、医药、食品、环境等领域科学研究和生产实践不可或缺的关键环节，由于其应用的广泛性和先进性，仪器分析实验已成为高等院校化学及其相关专业的基础课程之一[2 , 3 ] 。通过实验课程的学习，学生不但可以加深对仪器分析理论知识的理解，而且有助于培养分析解决问题的高阶思维与综合能力，为后续的科研训练、就业以及继续深造都奠定了良好的基础[4 , 5 ] 。
1 传统实验教学中存在的主要问题
1.1 仪器结构复杂、原理抽象，难以理解掌握
现代化的大型分析仪器多采用封闭式设计，通常由工程师完成安装和调试。因此，学生无法直接观察到仪器的内部构造和运行状态。同时，分析仪器的操作程序较复杂，学生仅靠课堂时间很难快速全面地掌握操作要领。另一方面，学生在课外鲜有机会接触到这些分析仪器，实验课程的课前预习与课后巩固不免流于形式。
1.2 教学方式单一，师生互动性不强
在传统实验教学中，由于课堂时间有限，加之学生的预习效果不佳，通常以教师讲授和实验演示为主，学生参与度低，缺乏课堂互动。另一方面，由于修读人数多，专业方向差异大，无法满足其个性化需求。此外，为避免同期学习导致理论课滞后于实验课的问题，实验课安排在完成理论课学习后的下一学期，这客观上也导致了学生对所学理论知识一定程度上的遗忘。
1.3 课程评价重结果，学生积极性不高
实验课程的考核评价机制单一，以实验报告成绩为主，过于强调实验结果的准确性、精密度以及书写规范。课程过程性评价缺失，无法有针对性地评价学生对于实验原理的理解和实验操作技能的掌握程度，也一定程度上导致了学生的学习积极性难以调动，不利于学生综合素质的培养与能力提升。
2 课程教学设计与实践
仪器分析实验是学生理论联系实际的重要实践类课程。本课程围绕学习目标和“立德树人”的根本任务[6 , 7 ] ，将知识传授与价值引领相结合，以信息化建设为抓手，从课程目标、教学内容、教学方式、评价方式、师资队伍等方面开展了“多位一体”的综合教学改革[8 , 9 ] 。
2.1 融合现代教育理念，准确定位课程目标
华东师范大学是教育部直属、教育部与上海市共建的全国重点大学，列入国家“211工程”“985工程”和国家世界一流大学建设高校A类行列的综合性研究型大学，同时也是国家“111计划”和“长三角高校合作联盟”重要成员。化学与分子工程学院成立于2015年1月20日，其前身化学系成立于1951年，是华东师范大学最早成立的理科院系之一。化学专业2020年入选首批国家级一流本科专业建设点。分析化学学科是我国第一批授权的硕士学位点，1996年获博士学位授予权，是我校化学第一个博士点，也是我国师范院校中的第一个分析化学博士点。现有教授14人，副教授6人，讲师1人。其中，8人参与化学菁英班仪器分析实验课程教学，全部具有高级技术职称。
我院化学专业分为师范、非师范(以下统称平行班)和化学菁英班三个培养方向。基于个体基础、学习需求和培养目标的不同，本课程秉承“以学生为中心，以产出为导向”的教育理念，因材施教，确立了相应的课程教学目标，概括来说，即在基础知识和实验技能方面的要求相同(目标1–3)，不同之处是对菁英班在科学素养与能力方面提出了更高的要求(目标4)。
学生通过该课程的学习，具体应达到的学习目标如下：(1) 记住并复述仪器的基本构造与操作要领，说明分析原理与特点；(2)正确使用分析仪器，合作完成相应主题的实验课题；(3)运用所学知识处理实验数据，分析存在的问题并探讨解决途径，撰写实验报告；(4-1)树立正确的科学理念，提升科学思维与自主学习能力，增强团队协作、人文关怀与社会责任感(平行班)；(4-2) 树立正确的科学理念，提升科学思维、语言组织与表达能力、自主学习能力与创新意识，增强团队协作、人文关怀与社会责任感(菁英班)。
2.2 引入先进技术成果，创建在线课程平台
本课程融入先进的仪器分析技术与现代化研究成果，现拥有电化学、光学、色谱与谱学等先进的分析仪器，实验课题以应用型和探究型实验为主。围绕仪器分析实验中的重点难点内容，我们利用学生喜闻乐见的微视频生动直观地展示仪器的内部构造和分析原理，使抽象内容形象化，可视化；并基于我校大夏学堂在线平台，构建了仪器分析实验在线课程(开课名称为“分析化学与分析技术实验Ⅱ”)。线上资源依据实验单元分区，模块设计如图 1 所示。
图1
(1) 每个实验提供2个理论微视频和1个实验操作微视频，并配套测试题库。
(2) 平台为学生成果展示和师生、生生交流营造良好的线上学习氛围。
(3) 中英文文献、专业术语对照表及思政案例等学习资源进一步满足个性化需求。
(4) 课程介绍、教学大纲、课程安排与技术支持等说明课程的组织与实施方法。
(5) 学生线上学习可回溯，教师可及时督学和课堂反馈。
学生可以充分利用碎片化时间在移动终端随时观看微视频，可随时暂停或重复播放，加深对实验原理和内容的理解和掌握，从而为课堂师生交流互动提供了更多时间，有效提高了动手实践的成功率和准确度。
2.3 借助信息化资源，开展线上线下混合式教学
本课程基于大夏学堂在线课程平台，以布鲁姆的教育目标为核心，以产出为导向，因材施教，分层教学，设计了以学生为中心的“三环+三享”混合式课堂，通过环环相扣的教学设计引导学生内化仪器分析基础知识，发展分析解决复杂问题的高阶思维与综合能力，具体实施如下：
(1) 第一环课前：学生线上预习与自测；平行班撰写纸版预习报告，菁英班准备预习海报，分享自学成果，实现碎片化知识的巩固与初步再构；教师线上督学，及时关注学习动态。自测可多次尝试，以最高分记成绩，激发学生的自主学习积极性。
(2) 第二环课中：学生以2–3人小组式上课。首先，教师反馈预习情况；接着，分别利用翻转课堂[10 , 11 ] 和提问式教学法面向菁英班和平行班学生开展教学活动，其间教师通过分析方法比较、开放性提问适时引发学生思考与讨论；然后，学生操作仪器，利用所学方法完成实验内容，乐享知识重构与动手实践。教师督查，一对一指导实验操作。在教学中，教师适时引入思政教育，实现价值塑造和思想引领。
(3) 第三环课后：所有学生独立撰写实验报告，菁英班学生将完整版实验海报上传平台。教师线上点评反馈，并引导学生学习互评与课外拓展。科研兴趣浓厚的学生以教师课题组为依托，本科生创新创业训练培育为载体，深入自主探究，创享新知。
课程安排采用大循环设计，每个学生一学期可参加多个完整的周期训练。以菁英班为例，线上线下混合式教学实践过程如图 2 所示。
图2
2.4 采用过程性考核，注重形成性评价
课程考核采用过程性评价[12 ] ，每个实验依据量规独立考核，以百分计。包括在线预习与自测(20%，平台统计)、翻转课堂(小组汇报10%+交流讨论15%，课堂打分)与实验操作(30%，课堂打分)、实验报告(20%，课后评阅)、在线参与度(5%，平台统计)。如表 1 所示，通过对课前、课中和课后各环节活动的系统设计，引导学生循序渐进切实达成课程教学目标。
2.5 凝聚团队力量，提升教学技能
主讲教师均为45岁以下中青年教师，具有博士学位和高级职称，而且自身具有良好的科研基础。教学团队学缘结构合理，精力充沛，有想法，有干劲，愿意服务于本科教学。课程教学的师生配比达1 : 2–1 : 3，同时每位主讲配备一位研究生助教，真正实现小组化教学，一对一指导。在做好专业教学的同时，我们积极学习先进的教学理念，融合德育教育，优化教学方式方法，创设“高要求、有温度”的课堂氛围。
3 课程建设成效
3.1 专业积淀深厚，课程基础扎实
分析化学是华东师范大学化学专业的四大基础专业课程之一，方禹之、何品刚等先后担任理论课与实验课程的主讲。2002年，方禹之编著出版了《分析科学与分析技术》一书，是上海市普通高校“九五”重点教材之一。2012年，分析化学理论课入选上海市精品课程。2017年，仪器分析实验课程负责人楚清脆在主持修订实验简明教程的基础上，完成了实验微视频集的制作，并基于我校大夏学堂建成在线课程平台。2019年，仪器分析实验课入选华东师范大学精品课程、上海高校课程思政领航课程和国家级首批线上线下混合式一流课程。
3.2 教学理念先进，教学持续改进
仪器分析实验课程始终以学生为中心，积极融入先进的分析技术与科研成果，完善课程内容和微视频课件，实时更新在线平台资源。2019年11月，该课程在中国大学MOOC正式上线，实现资源共享[12 ] 。在线开放课程积极响应“停课不停学”的号召，疫情期间服务学员1.1万余人次。在教学组织实施方面，该课程采用小组式教学，充分营造师生互动氛围。特别是近五年来，教学团队以信息化技术为抓手，多措并举(如表 1 所示)积极推进课程系统化设计和综合性改革，着力提升课程学习挑战度，促进学生良好科学素养、高阶思维与综合能力的培养。
在专业教学的同时，我们积极融入思政教育。一方面，教师自身严格要求，做到身正为范；另一方面，通过教学内容延伸和案例分析启发作为思政教育的切入点，润物细无声地融入思想引领和价值观的塑造。我们还借助在线课程平台，以PPT的形式展示具有代表性的思政案例，进一步拓展德育教育的时空(如图 3 所示)。例如，在电位滴定实验中，学生课前通过在线平台观看《自动电位滴定仪的“前世今生”》的PPT课件，引导学生了解自动电位滴定仪的发展历程，体会科学家求真务实的科学精神和严谨细致的科学态度，激发学生的学习兴趣；课上师生交流进一步端正学生的人生观和价值观。此外，在课上通过展示不同型号的自动电位滴定仪，让学生更直观地通过对比分析仪器的组成与性能特点，培养其创新意识。
图3
3.3 教学资源丰富，促进目标达成
在线课程平台不仅提供理论微视频和实验操作微视频，还提供了在线测试题库，有助于培养学生的自主学习能力。文献资料、微视频等形式多样的课外资源，有助于学生知识拓展能力与创新意识的培养。统计显示，平台访问量持续攀升，学生的在线参与热情非常高，内容区和讨论区是主要的活跃区域。线上线下教学有机融合，有效弥补了传统教学方式与学时的不足，满足了个性化需求；过程性评价更全面地评估学生学习情况，有助于以评促学、以评促教，有效促进了课程目标的达成。
3.4 教改成效显著，助力人才培养
仪器分析实验课程教学改革系统深入，形成了一定的特色和长效机制，有效激发了学生的学习积极性，总体学习目标达成度自我评价良好；化学菁英班的课程目标达成度达0.85以上，研究生升学率达83%。期末问卷调查显示，学生的对课程教学改革给予了充分肯定和高度评价，总体满意度达90%以上；平行班有40%的同学表示如果有机会，愿意尝试翻转课堂教学模式。学生参与科创的积极性很高，进一步驱动了创新型人才培养。近三年多来，分析专业教师团队指导本科生科创项目48项，发表SCI论文51篇(其中本科生为第一或第二作者论文29篇)，会议论文18篇。作为代表，2016级菁英班韩欣悦发表一作SCI论文3篇，荣获第十六届挑战杯全国大学生课外学术科技作品竞赛一等奖、累计创新全国银奖、上海市特等奖。
3.5 教学相长，助力教师发展
教与学相辅相成，相互影响和促进。课程教学实践的过程也是教师自我成长的历程。教师是课程教学的主导者，教改实践的先行者。教师教育理念、教学方式方法与时俱进，进一步促进了自身教学技能的不断提升。近五年来，教学团队共参与完成省部级和校级教研项目10余项，积极参加教学研讨会，发表教研论文多篇[8 , 13 , 14 ] ，获得2019年华东师范大学本科教学课程设计比赛一等奖、第一届课程思政设计比赛一等奖、本科教学成果一等奖，以及第一届全国高校混合式教学设计创新大赛设计之星奖等荣誉称号。
4 结语
课程建设是一个长期的系统工程。我们将始终以学生为中心，以产出为导向，从完善课程内容、改进教学设计、优化教学团队等多方面持续改进，建设优质课程，并在实践中不断提升教学成效，促进学生全面发展。
参考文献
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[10]
黄珊 ; 周志强 ; 韦良 ; 朱汝葵 ; 肖琦 . 大学教育 , 2019 , (5 ), 98 .
URL
[本文引用: 1]
[11]
陈毅挺 ; 黄露 ; 李艳霞 ; 林棋 . 大学化学 , 2016 , 31 (12 ), 26 .
URL
[本文引用: 1]
[12]
仪器分析实验-华东师范大学, 中国大学MOOC (慕课). [2020-09-15]. http://www.icourse163.org/course/ECNU-1206887802
[本文引用: 2]
[13]
楚清脆. 高校课程思政教学改革与实践——以仪器分析实验为例//第十三届大学化学化工课程报告论坛. (2018-11-16), 江苏苏州. 北京: 高等教育出版社. [2020-09-15]. https://2d.hep.com.cn/1250076/166
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[14]
楚清脆. 三环衔接教学设计促进学生自主学习——以《分析化学与分析技术(Ⅰ)》为例. [2020-09-15]. https://mp.weixin.qq.com/s/_HlqZemzbkhWY-YG3B1isw
[本文引用: 1]
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2016
... 仪器分析实验是分析化学课程的重要组成部分，它是以分析仪器为基础，通过学习测定物质的化学组成、状态和结构，从而进行科学研究与质量监控的重要手段[1 ] .现代分析测试技术是从事化学化工、生物、医药、食品、环境等领域科学研究和生产实践不可或缺的关键环节，由于其应用的广泛性和先进性，仪器分析实验已成为高等院校化学及其相关专业的基础课程之一[2 , 3 ] .通过实验课程的学习，学生不但可以加深对仪器分析理论知识的理解，而且有助于培养分析解决问题的高阶思维与综合能力，为后续的科研训练、就业以及继续深造都奠定了良好的基础[4 , 5 ] . ...
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... 仪器分析实验是分析化学课程的重要组成部分，它是以分析仪器为基础，通过学习测定物质的化学组成、状态和结构，从而进行科学研究与质量监控的重要手段[1 ] .现代分析测试技术是从事化学化工、生物、医药、食品、环境等领域科学研究和生产实践不可或缺的关键环节，由于其应用的广泛性和先进性，仪器分析实验已成为高等院校化学及其相关专业的基础课程之一[2 , 3 ] .通过实验课程的学习，学生不但可以加深对仪器分析理论知识的理解，而且有助于培养分析解决问题的高阶思维与综合能力，为后续的科研训练、就业以及继续深造都奠定了良好的基础[4 , 5 ] . ...
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... 仪器分析实验是分析化学课程的重要组成部分，它是以分析仪器为基础，通过学习测定物质的化学组成、状态和结构，从而进行科学研究与质量监控的重要手段[1 ] .现代分析测试技术是从事化学化工、生物、医药、食品、环境等领域科学研究和生产实践不可或缺的关键环节，由于其应用的广泛性和先进性，仪器分析实验已成为高等院校化学及其相关专业的基础课程之一[2 , 3 ] .通过实验课程的学习，学生不但可以加深对仪器分析理论知识的理解，而且有助于培养分析解决问题的高阶思维与综合能力，为后续的科研训练、就业以及继续深造都奠定了良好的基础[4 , 5 ] . ...
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... 仪器分析实验是分析化学课程的重要组成部分，它是以分析仪器为基础，通过学习测定物质的化学组成、状态和结构，从而进行科学研究与质量监控的重要手段[1 ] .现代分析测试技术是从事化学化工、生物、医药、食品、环境等领域科学研究和生产实践不可或缺的关键环节，由于其应用的广泛性和先进性，仪器分析实验已成为高等院校化学及其相关专业的基础课程之一[2 , 3 ] .通过实验课程的学习，学生不但可以加深对仪器分析理论知识的理解，而且有助于培养分析解决问题的高阶思维与综合能力，为后续的科研训练、就业以及继续深造都奠定了良好的基础[4 , 5 ] . ...
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2018
... 仪器分析实验是学生理论联系实际的重要实践类课程.本课程围绕学习目标和“立德树人”的根本任务[6 , 7 ] ，将知识传授与价值引领相结合，以信息化建设为抓手，从课程目标、教学内容、教学方式、评价方式、师资队伍等方面开展了“多位一体”的综合教学改革[8 , 9 ] . ...
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... 仪器分析实验是学生理论联系实际的重要实践类课程.本课程围绕学习目标和“立德树人”的根本任务[6 , 7 ] ，将知识传授与价值引领相结合，以信息化建设为抓手，从课程目标、教学内容、教学方式、评价方式、师资队伍等方面开展了“多位一体”的综合教学改革[8 , 9 ] . ...
... 教与学相辅相成，相互影响和促进.课程教学实践的过程也是教师自我成长的历程.教师是课程教学的主导者，教改实践的先行者.教师教育理念、教学方式方法与时俱进，进一步促进了自身教学技能的不断提升.近五年来，教学团队共参与完成省部级和校级教研项目10余项，积极参加教学研讨会，发表教研论文多篇[8 , 13 , 14 ] ，获得2019年华东师范大学本科教学课程设计比赛一等奖、第一届课程思政设计比赛一等奖、本科教学成果一等奖，以及第一届全国高校混合式教学设计创新大赛设计之星奖等荣誉称号. ...
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... (2) 第二环课中：学生以2–3人小组式上课.首先，教师反馈预习情况；接着，分别利用翻转课堂[10 , 11 ] 和提问式教学法面向菁英班和平行班学生开展教学活动，其间教师通过分析方法比较、开放性提问适时引发学生思考与讨论；然后，学生操作仪器，利用所学方法完成实验内容，乐享知识重构与动手实践.教师督查，一对一指导实验操作.在教学中，教师适时引入思政教育，实现价值塑造和思想引领. ...
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... (2) 第二环课中：学生以2–3人小组式上课.首先，教师反馈预习情况；接着，分别利用翻转课堂[10 , 11 ] 和提问式教学法面向菁英班和平行班学生开展教学活动，其间教师通过分析方法比较、开放性提问适时引发学生思考与讨论；然后，学生操作仪器，利用所学方法完成实验内容，乐享知识重构与动手实践.教师督查，一对一指导实验操作.在教学中，教师适时引入思政教育，实现价值塑造和思想引领. ...
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... 课程考核采用过程性评价[12 ] ，每个实验依据量规独立考核，以百分计.包括在线预习与自测(20%，平台统计)、翻转课堂(小组汇报10%+交流讨论15%，课堂打分)与实验操作(30%，课堂打分)、实验报告(20%，课后评阅)、在线参与度(5%，平台统计).如表 1 所示，通过对课前、课中和课后各环节活动的系统设计，引导学生循序渐进切实达成课程教学目标. ...
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... 教与学相辅相成，相互影响和促进.课程教学实践的过程也是教师自我成长的历程.教师是课程教学的主导者，教改实践的先行者.教师教育理念、教学方式方法与时俱进，进一步促进了自身教学技能的不断提升.近五年来，教学团队共参与完成省部级和校级教研项目10余项，积极参加教学研讨会，发表教研论文多篇[8 , 13 , 14 ] ，获得2019年华东师范大学本科教学课程设计比赛一等奖、第一届课程思政设计比赛一等奖、本科教学成果一等奖，以及第一届全国高校混合式教学设计创新大赛设计之星奖等荣誉称号. ...
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... 教与学相辅相成，相互影响和促进.课程教学实践的过程也是教师自我成长的历程.教师是课程教学的主导者，教改实践的先行者.教师教育理念、教学方式方法与时俱进，进一步促进了自身教学技能的不断提升.近五年来，教学团队共参与完成省部级和校级教研项目10余项，积极参加教学研讨会，发表教研论文多篇[8 , 13 , 14 ] ，获得2019年华东师范大学本科教学课程设计比赛一等奖、第一届课程思政设计比赛一等奖、本科教学成果一等奖，以及第一届全国高校混合式教学设计创新大赛设计之星奖等荣誉称号. ...
