仪器分析实验教学改革
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［摘要］利用丰富的微课资源和“翻转课堂”教学模式相结合，激发学生学习的积极性和主动性，有望克服传统教育的不足，培养学生自主学习、独立思考、实践操作及团队合作能力。课题组结合“测量维生素B6注射液中维生素B6的含量——分子荧光光谱法”具体实例讨论如何将这种教学模式运用于仪器分析实验课程教学中，以提高实践教学效果。
［关键词］翻转课堂；仪器分析实验；教学改革；教学方法
一、翻转课堂的理念和特点
翻转课堂（InvertedClassroom）又称为“颠倒课堂”，是指学生在课前利用教师在网络上的音视频电子教材等数字材料自主学习课程，然后在课堂上参与同学和教师的互动活动（释疑解惑、探究问题等）并完成练习的一种新型教学模式和教学形态。翻转课堂教学模式最早由美国学者J.WeleyBaker于2000年提出。2007年，美国科罗拉多州落基山林地公园高中的两名化学教师JohnBergmann和AaronSam用视频软件录制PPT课件并配音，将所录制的教学视频上传到网络，嘱咐学生提前在课下自主学习，课堂教学时间则主要用于老师集中答疑和问题讨论，或对实验操作有困难的学生提供针对性的指导[1]。继首次实践了翻转课堂的教学模式，为帮助更多的教师理解和接受翻转课堂的教学理念和教学方法，林地公园高中于2012年1月30日举办了第一个翻转课堂开放日，向参观者呈现翻转课堂的运行情况和学生们的学习状态。2007年，美国人萨尔曼•可汗利用网络进行翻转课堂教学模式的视频授课并获得成功，他录制的每段视频课程长约10分钟，采用电子黑板系统从最基础的内容开始，由易到难逐步进阶且互相衔接进行教学。教师在网站上开发了一种练习系统，详细并完整记录了每位学习者对每一个问题的练习记录，教师据此可轻易得知学习者对知识的掌握程度。以他名字命名的可汗学院翻转课堂教学模式被认为正式打开了未来教育的曙光，而被加拿大《环球邮报》评为2011年影响课堂教学的重大技术变革。翻转课堂教学模式颠覆了传统的教师主导课堂的模式，可以极大地调动学生的自主学习积极性，并充分利用学生的课外时间，使其逐渐成为当前全球教学研究的热点课题。翻转课堂是通过逆向安排知识传授和知识内化，倡导以学生主导、教师辅助，重新编排教师和学生课堂教学内容、性质的新型教学模式。翻转课堂教学模式的实施主要涉及以下四点：（1）制作精美的教学视频；（2）颠倒传统的教学流程；（3）让学生真正实现自主学习；（4）把学习从追求学历的禁锢中解放出来。短小精悍教学视频的使用和传统教学流程的调整成为翻转课堂教学模式最具特色的两大标杆性要素。翻转课堂教学模式不仅改变了传统的教学结构，而且改变了传统的教学流程，具有与传统教学模式截然不同的特点和独特的优势。传统教学模式一直以来都是以教师课堂讲解为主，学生被动接受教师传授的知识，在时间、空间上都受到限制，使得学生学习的积极性和主动性都不高。翻转课堂教学模式则采取学生自主学习为主、教师课堂讲解为辅的新型教学结构，可使教师从课堂满堂灌角色中释放出来，并强调课堂上教师对于学生的针对性指导以及学生之间的团队协作学习，可使学生更有效地掌握知识。其次，翻转课堂教学模式采取学生课前通过PPT课件和视频自主学习，教师课上有针对性地攻克重难点并答疑解惑的教学流程，不仅为学生提供完全个性化的学习时间、空间和途径，而且也对增大资源共享和教学信息量提供较大的帮助。翻转课堂教学模式要求学生根据教师提供的重难点在课前自主学习新知识并总结归纳学习知识点，同时开展团结协作交流模式，可有效激发学生的学习动机和自主学习积极性，也有利于提高教师的教学水平和教学技能。
二、仪器分析实验课程现状
仪器分析课程是普通高师院校化学等相关专业的核心课程，具有十分重要的地位。由于仪器分析是一门仪器课程，涉及物理学、电子电工学、计算机科学等多种学科结合，具有理论性较强、实践性较强、内容更新快等特点。仪器分析实验作为仪器分析理论课程的有力补充，能加深学生对仪器分析基础理论知识的理解，熟练掌握仪器分析的实验操作技能，培养学生认真严谨、实事求是的科研态度，提高学生的科研创新意识，有利于更好地适应社会发展和人才培养的需求[2]。就目前广西少数民族地区的高等师范院校学生的实际情况来看，学生在学习该课程时仍存在较大的不足。大部分学生认为仪器分析实验课程较抽象，对仪器的原理、构造的理解程度不够深入，学习热情不够高。仪器分析实验所用的仪器精密度相对较高，学生真正操作或是会操作的仪器类型非常有限，导致大部分学生的仪器操作能力差，进行毕业设计或者就业应聘时面对仪器无从下手，严重阻碍了学生学习的积极性。由于是师范院校，绝大部分学生将来就业的单位为中学，而中学基本上没有使用仪器的机会，因此造成学生对该课程不太感兴趣，重视程度不够高。对于实验课程，大部分学生往往只是照本宣科抄一下书中的实验内容，缺乏深入思考，也未完全理解实验基本原理及具体的实验操作过程。实验过程中，部分学生还存在实验习惯不好、实验操作不规范的情况，如不及时记录实验数据、擅自更改实验数据等。我们在总结仪器分析实验教学经验的基础上，改革了传统的仪器分析实验教学方式，取得了较好的教学效果。
三、翻转课堂在仪器分析实验教学中的改革实践
翻转课堂教学模式应用于仪器分析实验课程的教学改革有望取得较好的教学效果。利用发达的现代教学网络和计算机技术，教师可以提前制作精美、生动的教学课件，同时引入新颖、先进的知识和技术，丰富教学内容并将其上传到网络。学生可以利用自己的课余时间，通过微信、QQ等多种方式随时随地自主观看教师上传的教学视频及学习资料，自主学习，自由讨论，消化吸收知识，对于有疑惑的知识也可以事先相互讨论，如对问题实在难以解决则可记录下来，留待教师解惑。在课堂实践教学过程中，教师则主要针对学生的疑问进行解答，并通过一定的课后练习达到巩固知识点的作用。由于翻转课堂教学模式的教学组织形式由传统的“课堂授课讲解+课后作业巩固”转变为“课前自主学习+课堂针对答疑”的模式，极大提高了学生学习的积极性和主动性，活跃了课堂气氛，显著提高了教学效果[3]。截至目前，翻转课堂教学模式主要应用在理论课程的教学过程中[4-5]，而在实践教学课程中的应用相对较少，尤其是在仪器分析实验课程教学中则更少[6-7]。仪器分析实验课程是仪器分析理论课程的重要实践环节，其课程教学模式亟待改革以提高教学效果。在仪器分析实验课程的教学过程中主要应用很多仪器，课程重点也是培养学生独立实现分析仪器的规范操作和正确使用。随着分析仪器设备的更新和发展，基本上所有仪器设备都实现了电脑联网操作，较多进口仪器设备的操作软件还是英文操作界面，必须提前熟悉这些仪器的操作才能大大提高仪器的运转效率，也更有利于学生理解实验内容。因此，针对仪器分析实验课程的课程特点，在该课程中应用翻转课堂教学模式是十分必要和适合的。基于翻转课堂教学模式的仪器分析实验课程教学改革，首先需要转变教师的教学观念和学生的学习观念，需要改变教师手把手地教授仪器的使用的方式，而让学生通过课前观看教师精心制作的教学视频，并查阅相关的理论教材和文献资料深入理解仪器构造和操作流程。我们根据仪器分析实验课程的要求，结合翻转课堂教学模式的特点，获取并整理了一系列新颖、生动、短小精悍的网络视频，对于网络上缺少的教学视频我们就自己进行制作（特别是设备操作类的教学视频），实现针对性教学。对于有条件的实验，我们还尽量提供一些虚拟仿真操作软件和设备模拟动画等，为学生提供模拟环境以进行仿真模拟操作，进而检验学生自主学习和自身预习的效果，加深对仪器结构的理解程度和实验操作的熟练程度。教师将这些教学视频上传到网络上，如何引导和督促学生在课前的课余时间充分利用网络进行学习，成为翻转课堂教学模式运用是否成功实现的关键。由于目前高校学生的日常活动十分丰富，社团活动更是应接不暇，占据了学生大部分的业余时间，也在一定程度上阻碍了学生的课前自学时间。为此，我们专门针对这些情况设置了被动式和主动式相结合的方式督促学生提前进行自主学习。借助学校的网络平台和多种网络资源，我们对网上的教学素材进行设置，允许学生在线观看且不可下载，并对学生在线学习的内容和时间进行统计，即可直观量化了解学生的课前自主学习情况。此外，依据翻转课堂的主旨“以学为中心”，我们还注重引导学生进行主动式学习。针对每个实验内容，我们不仅通过网络平台每个学习阶段要完成的内容，而且提出一些具体的实验案例思考，刺激学生的好奇心，激发学生主动学习的积极性。同时，我们还在实验前设置了一些涉及实验具体操作、仪器使用注意事项等方面的问题，促使学生进行自主学习。在学生正式进入实验室进行实验操作之前，由教师随机提问每位学生1至2个问题，学生的答题情况将作为该实验成绩的一个重要组成部分，以切实加强学生在实验教学课前的自主学习效果。在学生开展实验的过程中，教师对学生的实验操作过程进行监督，对学生出现的问题及时进行纠正。在学生实际操作之前，将全体学生每4人分为一组，并在学生操作或等待仪器给出数据的间隙，教师和学生进行广泛深入的交流，组织学生积极开展课堂讨论，并结合实验内容加深学生了解仪器分析方法的实际应用范围，提出某些新型物质的实际检测方法和要求。在小组完成仪器操作和使用过程中，我们督促学生相互合作与讨论，遇到问题先组内探讨，解决不了再询问教师。教师依次巡视各实验小组的实验情况，及时指出实验操作中遇到的问题，避免损坏实验仪器。实验结束后，教师可根据实验仪器使用过程中的重点步骤和操作难点进行有效的、针对性的提问，了解学生的实际掌握情况，并结合实验操作过程和实验数据及时进行分析和点评。按照课程要求，教师应正确指导学生认真书写实验报告，正确处理和分析实验数据，总结实验结果并对分析结果进行讨论，以切实提高课程教学效果。基于翻转课堂教学模式，我们以“测量维生素B6注射液中维生素B6的含量——分子荧光光谱法”为例设计并实施了翻转课堂的教学模式，具体实施过程分为三个方面。（1）课前：教师将提前录制的有关荧光光谱仪使用的教学视频上传到网络，供学生自主学习。同时设置关于维生素B6注射液中维生素B6含量测定的相关问题，如：测定维生素B6含量的实际意义、常用的测定方法、国标规定的测定方法等。根据学生课前查阅的相关资料，指导学生自己设计实验方案，并完成实验预习报告的书写。（2）课中：教师有针对性地指导学生进行维生素B6注射液中B6的含量测定实验。在实验过程中，将学生4人分为一组，指导学生按照实验要求完成实验内容，并注意引导学生进行组内讨论和问题释疑。教师对于学生实验过程中的错误要及时纠正，保证学生顺利完成实验操作。当实验项目完成后，教师对实验重点步骤和操作流程进行提问，并最终对学生进行实验操作过程和实验态度等多方面的综合评价。（3）课后：学生根据要求完成实验报告的撰写，处理实验数据并对实验结果进行分析。对照相应的国家标准或行业标准对实验结果进行准确性和灵敏度的综合评价。仪器分析实验课程翻转课堂教学模式的实施，使该课程的教学效果得到较大提升。学生们对该课程的学习热情得到了极大的提升，课堂气氛也十分活跃。翻转课堂教学模式在仪器分析实验课程教学过程中的成功应用，不仅培养了学生良好的操作技能，也培养了学生的学习能力，而且能使学生从实验当中总结出经验教训，紧密联系实际应用，让学生确实觉得学有所值。
四、结论
本文以“测量维生素B6注射液中维生素B6的含量——分子荧光光谱法”为例设计翻转课堂教学模式在仪器分析实验课程中的应用，采取视频、音频等先进的多媒体教学手段，设计生动、现象、活泼的教学视频展示晦涩难懂的仪器实验过程，极大降低了学生学习的难度，极大激发了学生的学习积极性和主动性，提高了学生对该课程的学习热情。通过使用翻转课堂教学模式，有效节约了教师的课堂授课时间，切实提高了学生的实验操作技能，并帮助学生解决实际操作中遇到的问题。
作者：黄珊 周志强 韦良 朱汝葵 肖琦 单位：南宁师范大学化学与材料科学学院
