翻转课堂在仪器分析实验教学中的应用

陈毅挺 黄 露 李艳霞 林 棋

(闽江学院化学与化学工程系，福州350108)

翻转课堂在仪器分析实验教学中的应用

陈毅挺*黄 露 李艳霞 林 棋

(闽江学院化学与化学工程系，福州350108)

将翻转课堂这一新型教学模式应用于仪器分析实验的教学过程中，从材料获取、课前引导、课堂授课和实施结果等方面提出一些认识，以期为仪器分析实验教学改革提供借鉴。

翻转课堂；仪器分析实验；教学模式

翻转课堂译自“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”，一般被称为“翻转课堂式教学模式”[1,2]。与传统的课堂教学模式不同，学生课前完成知识的学习，而课堂变成了教师与学生之间和学生与学生之间互动的场所，包括答疑解惑、知识的运用等，从而达到更好的教学效果。随着互联网的普及和实时通讯技术在教育领域的应用，使“翻转课堂”教学模式变得可行和现实[3]。

对于应用型化工人才的培养而言，着力的重点应该是对学生自学能力、创新能力、协作能力的训练[4]。从这个角度出发，翻转课堂不失为一种非常有效的方法，已经运用于大学化学相关课程的教学[2,3]。学生可以在课前完成一些基础知识的学习，在课上可以重点进行知识运用训练和项目实例解析等，这将解决大学教学中课程越来越多、单门课程的课时越来越少的问题，可以在有限的课堂教学时段给予学生更深层次的引导。仪器分析实验课程操作性强、仪器结构较抽象、知识点多而琐碎，因此一直被学生反映学习难度大[5]。而将翻转课堂这一理念融入仪器分析实验课程的教学过程，有可能改变遇到的这些问题。

1 教学材料的获取、整理与筛选

翻转课堂首先须有一套完整的教学视频体系和在线学习系统，学生能够通过它来满足自己的知识获取需求。教学视频的创建首先应该明确学生的学习目标，以及视频最终需要表现的内容。因此，我们结合翻转课堂的特点，获取并整理了一系列教学视频。与传统的教学录像不同，这里的视频应短小精悍，以保证学生学习的积极性。而视频或者动画的获取有两个渠道，一是通过教师自行制作，一是通过网络收集。对于当前翻转课堂在高校中的发展现状而言，可能教师自行制作比较合适(特别是设备操作类的教学视频)，这样可以充分结合本校的特点，实现针对性教学。当然，因为大量教学视频的制作将耗费教师很多时间和精力，因此对于某些基本原理和概念的教学视频，特别是一些仪器的型号差异不影响仪器操作的实验，如722分光光度计的使用、酸度计的电位功能的使用等，可以直接通过网络收集的方式获取。我们在教学中使用的视频等材料如表1所示。值得指出的是，对于有条件的实验，应尽可能提供一些仿真操作软件和设备模拟动画等，这样可以为学生提供模拟环境以进行仿真操作，从而使学生可以检验自身预习的效果，加深对仪器结构和实验操作的理解。

表1 教学材料列表

2 课前学生学习的引导

翻转课堂将布鲁姆的认知层次清晰地分开，简单的记忆、理解、运用被放在课下，而高层次的综合运用和创新则可以在课上发生[6]。如何引导和监督学生在课前能充分利用教学视频等材料进行课前学习，成为翻转课堂是否可以成功进行的重要一环。由于目前高校学生日常活动丰富多彩，也在一定程度上占用了学生的课前学习时间，据调查，学生在实验开展前进行预习的比例并不高，因此如果在学生没有充分开展课前学习的情况下贸然进行翻转课堂教学，其教学效果可想而知。为了更好地引导学生开展实验教学前的学习，我们设置了“半被动式”和“主动式”相结合的方式。

除了视频材料外，不少教师以往的习惯是直接将教学课件置于网络教学平台上供学生下载，这大大方便了学生的预习和复习。但是我们在开展翻转课堂的教学尝试中发现，还是有部分学生不会主动去下载预习，或者他们仅下载了课件却没有进行预习。针对这个现象，我们借助学校的网络教学平台，对教学素材的网上部分进行了设置，学生不可下载课件，但是可以在线观看。学生在线学习的同时，我们可以通过教学平台，查看每位学生学习的项目和时间。这个举措解决了翻转课堂现阶段遇到的一个主要问题，即如何直观量化地了解学生的课前预习情况。

当然，翻转课堂的主旨是变“教为中心”为“学为中心”，因此单靠监督学生在线学习情况是不够的，要引导学生进行“主动式”学习。一方面可以通过网络教学平台，发布每个学习阶段要完成的内容，并提出一些结合实验的案例思考，以有效刺激学生的好奇心，提升学生主动学习的动力。比如，在学生进行“离子选择性电极法测定水中微量氟”实验预习前，将有关氟的测定标准(如HJ 488—2009、GBT5009.18—2003等)提供给学生，并提出一些问题，包括“为什么标准曲线法在那么多国家标准、实验讲义中出现？”、“测定微量氟有没有其他方法？”、“同样用氟离子电极，除了用标准曲线法，我们还能怎么定量？”等。学生要将这些思考写入实验预习报告中。另一方面，我们在实验前，设置了一些问题，这些问题往往涉及实验具体操作、仪器使用注意事项等。在学生进入实验室时，由教师随机提问，做到每人1—2题，学生答题效果的好坏作为该实验成绩的一个重要部分，只有杜绝学生的侥幸心理，才能切实加强实验教学前的学习。

3 课堂教学方式的改进

教学预计可以在几个层次上开展。第一层次，教师通过实验教学前的一些简单提问来考查学生对基本原理、仪器结构、操作流程、定量方法的掌握情况。第二层次，在实验进行间隙，教师可结合正在进行的实验，对某种国家或行业标准中的分析方法进行剖析，将该仪器分析方法的原理、仪器、可能存在的干扰等穿插其中，这样可以加深学生对所学知识运用于生产实践有具体和感性的认识。第三层次，教师可以通过提出某些物质的检测要求，要求学生开展课堂讨论或者是作为实验报告的一部分内容，提出检测方案和注意事项等。

由于实验教学的特点，在传统的教学过程中，往往是教师先介绍仪器原理、仪器主要结构、操作流程、数据处理方式等，然后学生再开始进行实验。这种方式带来了一些问题，比如开展相同实验的次数多，教师重复讲解工作量大，集中讲解效果差，实验过程忽视学生内化知识等[7]。使用翻转课堂的教学模式后，教师可以将重点集中在展示仪器实体结构以及操作注意事项上，至于仪器原理、数据处理方式等都不再涉及，从而节约了实验教学的时间，可以把更多的时间留给学生进行操作，或者是“创造性操作”。“创造性操作”指的是学生没有完全依据实验讲义，而是对实验操作流程进行改动，甚至自行设计并开展一些讲义上未曾介绍的操作，这是任课教师必须大力支持与提倡的。如上面提到的“离子选择性电极法测定水中微量氟”实验中“同样用氟离子电极，除了用标准曲线法，我们还能怎么定量？”的问题，曾经有的学生不但回答了问题，还设计了相应使用标准加入法进行测定的实验步骤，我们也因此改进了实验讲义。

同时，在学生开展实验的过程中，教师要实时监督学生操作的情况，出现问题要及时纠正，并要针对每位学生的实验操作给出一个操作成绩(可以是具体分数或者是等级)，这也是激励学生上课前充分学习的重要一环。同时，在学生操作或者是等待仪器给出数据的间隙，教师可以“见缝插针”，与学生进行广泛的交流，此时教师提出的问题就可以更加广泛，如可以结合实验的内容，通过提出某些物质的检测要求，与学生开展课堂讨论，结合课前学习的知识，提出大致的分析操作方案和注意事项等。

4 实施效果与启发

翻转课堂教学模式的引入，给仪器分析实验教学带来了很大影响。对于课程而言，可以改善学生不重视实验预习的情况，提升学生的学习兴趣。陆续有学生在实验报告中提出对实验进行改进的建议，比如，在“离子选择性电极法测定水中微量氟”的实验报告中，学生提出能否增加基于标准加入法的测定步骤，然后将标准曲线法和标准加入法的实验结果进行对比，以增强对这两种方法的理解；实验中能否直接使用塑料容量瓶，以简化实验步骤(我们最初的实验步骤是利用玻璃容量瓶配制氟标准溶液和待测溶液后，再装入塑料容器内保存)。这些思路的提出，表明学生真正理解了实验原理和步骤，并对实验产生了一定的兴趣。针对这些意见，我们将原有的玻璃容量瓶和塑料试剂瓶统一更换为塑料容量瓶，方便了学生的操作；同时将标准加入法的步骤加入实验指导书中，引导学生对标准加入法和标准曲线法进行对比。又比如学生在“紫外吸收光谱测定蒽醌试样中蒽醌的含量和摩尔吸收系数”实验中发现，原来步骤中是先检测蒽醌和干扰物的紫外可见光谱，然后选择合适波长后再制作蒽醌的标准曲线。他们提出是否可以将蒽醌和干扰物的紫外可见光谱测定顺序颠倒，即先测干扰物再测蒽醌的紫外光谱，再直接用这份蒽醌的标准溶液先做标准曲线中的一个点。这么做的目的是可以减少一次比色皿的清洗，这貌似学生的“偷懒”之举，但其实体现了学生对实验步骤的预习和理解到位，并且进行了一定的思考。对于教师而言，由于翻转课堂教学模式的尝试，原来每次实验前20—30 min的实验讲解，可以缩短到10—15 min。授课教师可以从以往实验教学忙于灌输常规知识点的模式中解脱出来，能与学生进行深层次的交流，同时可以扩大同一时间段指导人数的规模，可以同时指导多个实验，变以往的“循环式实验”为“平行式实验”，提高教学工作效率。对于学生而言，通过一学期的实验，不少学生对仪器分析实验产生了浓厚的兴趣，申报各级大学生创新实验项目时，涉及仪器分析领域的项目越来越多。而且从近几年的申报书来看，通过翻转课堂的尝试，学生信息化检索能力大幅提高，完成申报书时思路更加清晰，路线也更加合理。近3年来，2011—2013级应用化学专业的学生累计获得国家级大学生创新项目8项、省级6项，其中由曾承担仪器分析实验的教师指导的学生团队就分别取得了国家级5项、省级5项的好成绩。如“掺杂氟的二氧化锡导电玻璃在染料电化学降解中的应用研究”、“手性量子点的合成及其在药物对映体手性拆分方面的应用”等都已经顺利结题。由于仪器分析实验与仪器分析理论课程是密不可分的，因此通过翻转课堂教学模式对学生自主学习习惯的培养，又提高了仪器分析理论课程的学习效果。以2011和2012级应用化学专业学生为例，使用新教学模式后，仪器分析的不及格率平均比2010级下降了27.65%。

同时，翻转课堂这一新型教学模式，也给我们带来了一系列的思考。首先，在翻转课堂中，教师的角色其实不是被淡化了，而是从另一个侧面有所加强。教师从主动变为被动，从主导变为引导，这对其职业素质有着更高的要求[8]。因此，对教师进行引导与帮助，提高教师的业务能力，理顺教学思路，使其尽快适应翻转课堂的教学模式，是完善翻转课堂教学的重要一环。同时，教师可以根据实验教学过程中暴露出来的问题，进行批判性反思，优化实验方案，补充教学资源，实现课程、教师、学生协同发展[9]。而对于学生而言，要充分激发其主动学习的兴趣，除了必要的课前引导，学习考评的方式摸索也是尤为重要的。如果还是仅以期末的操作或考试来评测教学效果和个人能力，那翻转课堂势必流于形式，因此，合理的考评方式是翻转课堂的收官一环。对学生学习的评价应从学习态度、基本技能和综合能力测试三个维度展开，建议成绩应该包括多个方面，从学生课前学习的时间(10%，通过网络教学平台统计)、效果(10%，通过实验课开始阶段的简单提问)，到实验的操作过程(30%，通过学生实验操作的情况)、再到实验报告的撰写(30%，通过实验报告中数据处理、分析讨论)、最后到期末考试成绩(20%，期末实验操作考试的情况)，从而多维度地给出学生总评成绩。

以上是笔者在仪器分析实验教学过程中初步使用翻转课堂这一新型教学模式的一些体会及探索。总之，搞好仪器分析实验课程的教学不是一朝一夕的事，需要教师站在时代前沿，不断吸收新的教学理念，综合运用各种教学方法和教学手段，积极改革，深入研究。

[1]张金磊,王 颖,张宝辉.远程教育杂志,2013,No.4,46．

[2]王彦沙,刘松艳.大学化学,2016,31(4),17．

[3]蔡佳璐,黄荧倩,叶伟东,沈永淼.大学化学,2015,30(6),7．

[4]张福全.合肥学院学报(自然科学版),2010,20(4),53.

[5]胡万群,张汉昌.大学化学,2011,26(5),30.

[6]刘利枚,周鲜成,石 彪.中国电力教育,2014,No.12,71.

[7]吴 峰,朱锡芳,邹 全,相入喜.现代教育技术,2015,25(5),91.

[8]王 蕊.黑龙江科学,2014,5(10),209.

[9]王 红,曾秀琼,刘秋平,梁秋霞,强根荣.实验室技术与管理,2015,32(5),196.

Application of the Flipped Classroom in the Teaching of Instrumental Analysis Laboratory

CHEN Yi-Ting*HUANG Lu LI Yan-Xia LIN Qi
(Department of Chemistry and Chemical Engineering,Minjiang University,Fuzhou 350108,P.R.China)

The flipped classroom was applied in the teaching process of instrument analysis laboratory. Some knowledges envolved in materials preparing,pre-class guidance,class-teaching and implementing results were presented in order to provide guidance for teachers on teaching reformation.

Flipped classroom;Instrumental analysis laboratory;Teaching mode

G64；O6

10.3866/PKU.DXHX201604013

*通讯作者，Email:fjcyt@foxmail.com

国家级大学生创新创业训练计划项目(201610395009)；闽江学院精品课程建设项目(MJW201233108)；闽江学院教学研究与改革项目(MJUB2013021，MJU2014B010)

www.dxhx.pku.edu.cn