基于线上线下混合式教学的“仪器分析”课程教学模式创新研究
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作者:葛媛 王登武 张翠红 霍小平
[摘 要] 《仪器分析》是应用化学专业一门重要的专业核心课程。结合信息化技术，利用雨课堂和虚拟仿真实验室，构建了线上线下混合式教学模式，将课前预习、课堂教学、课后拓展有机的结合在一起，增强师生沟通，提高教学效率。同时也对教师的信息化水平和线上资源整合提出了更高的要求。
[关键词] 仪器分析;线上线下;混合式教学
[基金项目] 陕西省教育厅专项科学研究计划（19JK0909）;西京学院2019年度本科教学改革研究一般项目（JGYB1924）
[作者简介] 葛 媛（1986—），女，陕西西安人，博士，西京學院理学院副教授（通信作者），主要从事环境化学研究;王登武（1977—），男，陕西汉中人，博士，西京学院理学院教授，主要从事纳米材料研究;张翠红（1986—），女，山东蓬莱人，博士，西京学院理学院副教授，主要从事光电材料研究。
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）43-0173-04 [收稿日期] 2020-03-13
近年来，各级教育主管部门都在不断强调教育信息化的重要性。2010年颁发的《教育信息化十年发展规划（2011—2020）年》中提到“到2020年，基本实现教育现代化，基本形成学习型社会，进入人力资源强国行列”[1]，要完成这一目标，必须要实现教育信息化的全面提升。2019年的《关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》中也进一步强调实施国家级和省级一流课程建设“双万计划”，着力打造一大批具有高阶性、创新性和挑战性的线下、线上、线上线下混合、虚拟仿真和社会实践“金课”[2]。积极发展“互联网+教育”、探索智能教育新形态，推动课堂教学革命。特别是随着5G技术的发展，移动互联网可以更加便捷的实现在线学习，线上线下混合式教学。本着“以学生为主体—教师为主导”的教育理念，各大高校利用各种互联网平台积极开展信息技术与高等教育的互融互通，保留传统教育方式的优势，同时又利用互联网技术，将手机、平板电脑等移动终端引入到课堂教学中，活跃了刻板的传统课堂，提高学生的学习兴趣，增强学生的学习信心[3]。本研究以应用化学专业《仪器分析》课程为例，利用雨课堂与虚拟仿真实验室构建线上线下混合式教学新模式。
一、《仪器分析》课程现状分析
《仪器分析》是应用化学专业一门重要的学科基础与专业核心课程。本校应用化学的就业方向之一为分析检测方向，《仪器分析》课程是该方向的核心部分，为后续精细化学品分析与检测、食品分析、环境分析等方向奠定坚实的基础。该课程主要介绍现代仪器分析的理论和基本方法，以及在化学物质分析、农业化学、生物化学、环境保护、作物营养诊断和生命科学方面的应用，是培养分析检测方向应用型人才的必修课程。
《仪器分析》课程开设于应用化学专业大二第二学期，共80学时，其中理论教学48学时，实验教学32学时。主要内容包括原子发射光谱法、原子吸收光谱法、分子发光分析法、紫外—可见吸收光谱法、红外吸收光谱法、核磁共振波谱法、质谱分析法、电位分析及离子选择性电极分析法、极谱与伏安分析法、气相色谱法、液相色谱法的、透射电镜等重要的现代仪器分析方法。
在长期的授课过程中，传统的授课方式也存在以下一些问题：1.理论课中讲解的内容过多，且涉及到仪器分析机理部分的内容较难且缺乏趣味性，且传统的授课方式过于单一，通过老师“满堂灌”的方式，忽略了学生的个性化差异和需求，学生囫囵吞枣，很难完全理解，进一步对课程失去兴趣，滋生了厌学情绪，抑制了学生的创新思维和自主学习性。课程内容不能及时更新，部分毕业学生反映课堂知识与实际职业岗位的需求不一致，实用性和针对性不足;2.《仪器分析》实验课时为32学时，且实验时间比较固定，一些仪器分析实验往往需要较长的时间才能完成，为了课程更好地进行，实验的前期工作均由老师来完成，学生仅进行简单的样品处理和分析检测，无法更好地学习仪器的操作过程;部分大型仪器价格昂贵，且操作方法比较复杂，针对大量的本科生来说，无法一一进行操作实验，只能观摩老师操作教学;课程实验很难做到针对教学内容所需模块进行及时的教学和实践，更谈不上分阶段、分模块操作等;3.当前考核方式单一，主要由出勤情况、课堂表现、课后作业以及期末考试按比例给出学生的课程成绩，这种方式无法全面评价学生的课程掌握情况，且缺乏与学生的沟通和交流，不能及时获得相应的教学反思。
二、线上线下混合式教学模式
传统的教学模式主要是通过学生课前预习，教师课堂授课，学生课后完成作业构成，但是由于课前预习与课后作业是脱离教师进行的，因此教师无法掌握学生的情况。而当前，教师可以借助互联网、PC、手机、平板电脑等移动终端等信息化技术构建起在线学习平台，将传统教学模式中的课前预习与课后作业搬到线上，老师可以更好地掌握学生的学习情况，学生也可以及时地与老师沟通请教[4]。
本课程主要依赖的线上工具包括雨课堂与虚拟仿真实验室。雨课堂是一款线上线下相结合的移动教学助手，目前我校已普及雨课堂的应用。雨课堂平台是模块化设计，教师在课前可以通过平台向学生推送预习内容、小测验等，同时平台会将学生的预习情况进行统计，方便老师考核[5]。课堂教学过程中，利用雨课堂平台，老师可以进行随机点名、趣味问答、投票、课堂测验等，与传统的课堂相比，利用雨课堂授课，学生的参与度大大提高。由于传统的点名式提问，部分学生即使知道答案也羞于在同学面前表现，而雨课堂的引入，使得每个学生都能够参与到课堂互动中来。同时，雨课堂还能够进行分小组讨论、头脑风暴等，学生的所有学习过程都在线上有所体现，教师课后根据学生的课堂表现给出相应的成绩。课后作业由学生在线下完成，再拍照上传，教师在线批改并给出正确答案，学生如有疑问可以在线与老师讨论[6]。课前、课中、课后三个环节相互交融，有效的提高学生的学习效率。当前，我校具备良好的网络基础设施，同时有普及雨课堂平台的应用，为我们开展线上线下混合式教学工作提供了充分的工作条件。 此外，为了让学生更好地学习大型仪器的实际操作，学校建立了虚拟仿真实验室，学生通过互联网登录虚拟仿真实验室，可以在线进行实验操作，包括：1.Flash动画展示，能使学生全面深入地了解仪器工作原理;2.课件模块：主要介绍实验内容、操作规程、理论知识、注意事项等内容，使学生全面了解实验方面的信息;3.软件的仿真现场模块，它主要用于实验操作中对现场设备的操作仿真，包括粉末样品制备、样品杆加载与卸载操作、加液氮操作、真空面板操作、开关机光阑操作等子模块;4.工作站模块，它可实现实验条件设置、图像采集、图像调节、能谱采集、谱图分析等功能。相比传统的教学模式，虚拟仿真项目可大大提高学生学习的积极性，对学生的实践动手能力和创新能力起到了很好的促进作用[7]。
三、構建《仪器分析》课程线上线下教学模式
针对当前课程现状，以及对学生学习情况的了解，构建应用化学专业《仪器分析》课程线上线下混合式教学模式（如图1所示），包括课前预习、课堂教学、课后拓展三部分，充分体现了“以学生为核心，教师为主导”的教学理念。
（一）课前预习，线上学习
教师在课前依托雨课堂在线平台上传预习资料，包括相关PPT课件，微课视频，课堂上需要讲解的题目、案例等等，根据预习内容设置一些小测验的题目，考察学生的预习效果。教师可以通过雨课堂向学生推送在线教学资源，比如学堂在线上的一些经典的慕课课程，让学生除了本校的学习之外还能够学习其他高校的优质学习资源。针对部分需要小组完成的讨论活动，在雨课堂上进行分组和分工。学生通过自主预习，将学习中的一些问题和建议发布至讨论区，有助于教师提前了解学生的学习痛点，同时可以及时与学生进行沟通。同时，针对没有完成预习的同学，教师应当及时提醒其按时完成预习任务。
（二）课堂教学，线下互动
首先，课前利用雨课堂进行签到，数据准确且用时较少，不足一分钟便可完成全班的签到，大大节省课堂时间。其次，教师通过雨课堂平台提供的学生预习数据，可以明确学生的学习困惑，教师的教学活动针对性更强，而学生带着问题来听课，效率也更高。课堂上教师可以利用雨课堂来进行随机提问，学生通过积极答题可以获得相应的学习积分，提高了学生的课堂参与积极性。课堂中，教师结合学生的学习情况和教学内容，采用小组讨论、头脑风暴的模式来激发学生进行自主探究学习。小组讨论的成果通过翻转课堂来呈现，学生讨论实验方案，确定实验步骤，制作课件，录制视频，在课堂上进行讲解，与同学交流互动，分享学习心得，教师对学生的学习活动进行点评，并依据分组分工给出相应的分数[8]。利用雨课堂平台，还可以进行随堂测验，实时了解学生的学习状态。同时雨课堂的弹幕功能也能够有效地拉近教师与学生的关系，每讲完一个知识点，教师可以开通弹幕功能来了解学生对这部分内容的掌握程度，及时调整授课的方式。
（三）课后拓展，线下训练
课后，教师通过雨课堂平台布置作业并设置提交时间，学生在线下完成书面作业并按时拍照上传，上传后即可通过雨课堂平台查阅作业的正确答案，老师在线批改，记录学生的作业成绩。学生如有疑问，可在线进行答疑。雨课堂平台还具有随机分组功能，可以通过小组互评，学生自评的方式来批改作业。相比与传统课堂老师上完就走的情况，线上线下混合式教学为学生提供了一个复习回顾的机会，学生可以在线回顾教师上传的学习资料，进一步巩固学习效果。同时针对《仪器分析》这门课程，学生利用虚拟仿真实验室在线平台，学习大型仪器的基本原理和操作方法。利用这种沉浸式学习方法，帮助学生加深学习印象，有利于今后在岗位上直接操作仪器进行检测。雨课堂在线平台可将所有的教学过程数据化，有利于老师进行教学反思总结，优化后续课程设计。
（四）教学评价与考核
《仪器分析》课程的最终考核成绩由形成性考核与终结性考核按照1：1的比例构成，形成性考核占总评成绩50%，可以有效激发学生线上自主学习的积极性。雨课堂可以将课前、课中、课后的学习过程数据化，学生预习时长、答题情况、参与讨论、课堂互动、随堂测验、课后作业等内容均在线上有所记录，教师利用系统对学生的学习情况进行评价并给出形成性考核成绩。同时通过大数据的反馈，教师能够掌握学生的学习情况，并进行评估和总结。教师在后续课程中不断调整课程设计，优化教学方案，真正实现“以学生为主体，教师为主导”的教学理念。
四、基于线上线下混合式教学案例
下面以《仪器分析》课程中“紫外-可见吸收光谱法”为例，详细介绍其线上线下混合式教学的具体实施方案：
五、结语与反思
将信息技术融入到传统教学中形成的线上线下混合式教学模式是应用型高校探索的教学创新模式。基于雨课堂与虚拟仿真实验室的支撑，构建了《仪器分析》课程的线上线下混合式教学，这种模式利用在线平台的交互性、信息反馈的即时性、大数据等特点，基于便携式移动终端，将课前（线上）—课中（线下）—课后（线上）有机结合，打破了传统教学中教室与课外的壁垒，增加了学生的学习主动性和积极性。移动终端的应用有利于教师追踪学生的整个学习过程，同时又能够方便学生利用课余的碎片化时间来进行学习，充分发挥了“以学生为主体，教师为主导”的教学理念。当然，在线上线下混合式教学的具体实施过程中，也存在一些亟待解决的问题，如有些章节内容比较晦涩难懂，学生预习效果不佳;对于虚拟仿真实验室的操作学习，教师目前还无法在线追踪，部分自主学习能力较差的同学敷衍了事;课堂上，教师如何避免学生利用手机做与课堂无关的事情。这些问题也提醒我们在今后的教学中应该不断学习，提高自身的信息化水平，充分发掘线上的教学资源，利用中国大学mooc、学堂在线、慕课网等线上资源，开发学生的视野，提高学生的学习兴趣，从而使《仪器分析》这门课程的线上线下教学模式更加完善。
参考文献
[1]教育部.教育信息化十年发展规划（2011—2020）[EB/OL].-wenku.baidu.com/v...-2018-1-9-.
[2]教育部.关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见[EB/OL].-baike.sogou.com/v...-2019-10-14.
[3]党辉，张宝善，高贵田，等.基于混合式教学的食品微生物学课程教学模式创新研究[J].安徽农业科学，2020（2）：275-277.
[4]王涛波，赵元棣，王兴隆.《通用航空运行与保障》课程传统与雨课堂混合式教学初探[J].教育教学论坛，2020（7）：258-260.
[5]李跑，李佳仪，郑郁，等.“雨课堂”在《食品理化分析技术实验》教学中的应用研究[J].轻工科技，2020（1）：144-145.
[6]阎敬，胡博，姜静宜，等.混合式教学法在本科生生物化学教学中的应用[J].基础医学与临床，2020（1）：124-127.
[7]刘萍萍，黄岚，赵宏伟.虚拟仪器技术在新工科虚拟仿真实验平台中的应用[J].计算机教育，2019（11）：126-129.
[8]朱龙，付道明.一种提升学生问题解决能力的问题支架应用框架——基于翻转课堂的实证研究[J].电化教育研究，2020（2）：1-7.
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