基于翻转课堂的仪器分析实验教学模式研究

朱鹏飞，刘 梅，杨 林

(西南石油大学 化学化工学院，四川 成都 610500)

基于翻转课堂的仪器分析实验教学模式研究

朱鹏飞，刘 梅，杨 林

(西南石油大学 化学化工学院，四川 成都 610500)

翻转课堂作为一种新兴的教学模式，通过对知识传授和知识内化过程的颠倒，实现了师生角色的转换，为学生自主学习、师生互动交流提供了一个良好的教学环境与平台，体现了“以学生为中心”的教学理念。该文结合仪器分析实验教学特点及其教学现状，分析了翻转课堂应用于仪器分析实验教学的可行性和必要性，提出并实施了基于翻转课堂的仪器分析实验教学模式，提高了学生学习课程的兴趣，增强了对学生主观能动性和综合能力的培养，取得了良好效果。

翻转课堂；仪器分析实验教学；教学模式；教学改革

仪器分析作为化学、化工等理工科专业的一门重要专业基础课，是以分析仪器为基础，研究物质的性质、结构和含量的一门学科，是一门综合性和实践性很强的课程[1-3]。仪器分析实验是仪器分析课程中非常重要的教学环节；通过该环节，可以让学生了解有关仪器的结构，加深对基本理论和仪器工作原理的理解，掌握必要的仪器操作技能和数据处理方法，培养学生正确使用仪器分析手段解决实际问题的能力，为后续课程及工作奠定基础。但在实验教学过程中，由于涉及的仪器种类和型号繁多，操作方法严格，教师通常需要花大量时间演示仪器操作步骤；而因为课时有限，学生动手操作的时间及互动交流的时间就会大大减少，这在一定程度上影响了仪器分析实验的教学效果。针对以上问题，国内同行对仪器分析实验教学进行了大量的研究与探索，但目前的研究主要集中在教学内容和教学手段改革等方面，在教学手段改革中采取的最多的也仅限于多媒体教学方式[2-5]，而采用现代化、信息化教学模式对仪器分析实验进行教学模式改革的研究还较少。

翻转课堂(flipped classroom)是近年来出现的一种新的教学模式，其基本思路是在信息化环境中，教师基于授课内容的基础上，创建相关教学视频和电子学习资料，提供以教学视频为主要形式的学习资源，学生在课前完成对教学视频等学习资源的观看和学习，师生在课堂上一起完成答疑、协作探究和互动交流等活动的一种新型的教学模式[6-7]。概括来说，翻转课堂就是通过“课前观看视频学习知识、课上知识内化”的方式实现了对传统课堂教学(课堂传授知识，课后完成作业)的革新[7-10]。目前，已有的实践证明，翻转课堂在激发学生学习兴趣，提高考试成绩和提升教师工作满意度等方面都具有较好的促进作用，现已逐渐成为国内外教育者关注较多的教育模式之一[6-12]。

1 可行性和必要性分析

1.1 节省授课时间，使学生成为课堂的主人

仪器分析实验教学中涉及的仪器种类较多，操作步骤复杂，教师在实验课中通常会花大量时间演示仪器操作；而单靠教师的一次讲解和演示，学生很难在短时间内掌握仪器的操作要领和注意事项。例如，气相色谱实验包括开机、仪器操作条件设置、取样、进样、软件操作、分析处理数据、关机等一系列操作，学生面对老师的演示往往应接不暇，随看随忘，即使靠短暂的记忆或老师的临时帮助勉强完成实验，也很难熟练掌握和理解相关知识，实验过程中遇到的问题没有足够的机会与老师和同学进行深入探讨，更谈不上创新性研究。翻转课堂教学模式的出现为仪器分析实验教学提供了一个新思路。教师制作好相关仪器设备操作演示等视频，学生课前通过网络自主学习这些视频。学生进入实验室学习时，教师就可减少讲授时间，从而给学生留下更多的机会操作练习、参与问题的交流讨论和获得教师的指导，真正体现以学生为主的教育思想。实验后，学生还可反复观看视频，回忆已做的实验内容，进一步巩固加深对仪器操作的印象，从而提高实验教学质量。

1.2 满足学生个性化学习需求

传统的实验教学模式探讨的是教师如何在固定的时间和空间，将实验教学安排到最优效果和最优的秩序状态。忽略了学生的主体地位及学生的个体差异，没有针对学生个体的差异开展分层次教学，导致部分知识接受能力较差或基础薄弱的学生学习起来比较吃力；而知识能力较强的学生又会觉得教师讲得太多，留给其探索和钻研的时间太少，教学效果欠佳。基于翻转课堂的实验教学模式采用在线学习与个性化指导相融合的模式，学生在课前通过观看仪器操作微视频等电子学习资料，完成课前学习并通过在线检测、虚拟实验操作自检学习情况。根据学习情况，学生决定是否需要重复学习电子资料。在实验中，教师还可针对学生的差异进行个性化指导，如此便缩小了学生在知识接受能力和实验技能掌握方面的差距，同时也克服了传统实验教学模式中知识传递的单向性，节省了知识传递的时间，实现了高效课堂的价值诉求。

1.3 培养学生的自主学习能力

一般而言，学习过程由“知识传递”和“吸收内化”两个过程组成[7-9]。传统的教学模式是“知识传递在课堂，知识内化在课外”，这种教学模式的知识内化过程由于在课外进行，缺少教师的指导和同学的帮助，学生在遇到困难时往往因无法及时得到解决而挫败感增强，并逐渐丧失学习动力，影响了学习效果。而翻转课堂采取“知识传递在课外，知识内化在课堂”的教学模式，采用的是“先学后教”的方式[6-8]。知识传递是学生在课前进行的，老师不仅提供了微视频，还可以提供在线辅导；而知识的吸收和内化则是在课堂上通过教师与学生、学生与学生之间的互动来完成的。这种教学模式对学生的自主学习能力提出了更高的要求。学生只有通过课前的自主学习完成知识传递后，才能在课堂上与教师和同学的交流互动中高质量地完成知识内化，从而真正做到对知识的消化巩固和融会贯通。因此，翻转课堂教学模式内在的倒逼机制促使学生提高自主学习能力，真正贯彻“授人以鱼，不如授人以渔”的教学理念。

1.4 实现教学资源的开放共享

随着信息化技术的发展以及国家精品课程、视频公开课的大力开展，翻转课堂中所需的电子学习资源制作和收集也变得更加便利，这些电子资源非常容易传至网络平台实现开放共享。而移动智能终端和无线网络的流行，则为学生自主学习提供了信息技术支持，无论是哪个年级、哪个学校的学生，在任何时间或地点都可以通过网络分享电子教学资源，完成自主学习，学习方式也更加自由和便利。

2 教学模式研究

2.1 流程设计

针对仪器分析实验仪器精密、操作严格、实践性强等特点，本文设计出了基于翻转课堂的仪器分析实验教学模式的流程，具体如图1所示。

1)教师根据仪器分析实验教学需要，开发和制作电子学习资源，并将这些资源上传到网络学习平台。学生课前通过该平台进行自主学习、协作学习、虚拟操作和自我测验等过程完成学习任务，并通过信息平台与教师和同学进行交流与探讨，完成自学情况总结，初步设计出实验方案。

2)进入实验室后，教师随机抽查学生以了解学习情况，并简要地对实验内容进行梳理，指导学生进行分组讨论、优化实验方案并开展实验。

图1 仪器分析实验翻转课堂教学模式流程图

3)在实验过程中，教师巡视实验情况，纠正错误，答疑解惑，并针对个别同学进行单独指导；学生完成实验后，如果有剩余时间还可进行自由实验，加强对知识的内化与更新。

4)实验课结束后，在实验室条件允许的情况下，学生还可以根据自身情况通过实验室开放预约系统申请重做教学实验或开展自主性实验。与此同时，教师通过批改实验报告、答疑辅导、实验考核等手段及时掌握学生学习情况，检验学生学习效果；通过调查问卷和学生代表访谈对该教学模式进行教学满意度和教学效果评价，并开展教研活动，进行总结，不断调整和优化翻转课堂实验教学的实施方法和教学资源，进一步促进仪器分析实验课程建设；从而最终实现师生协同发展，形成良性循环。

2.2 实施过程

2.2.1 学习资源开发制作阶段

电子学习资源是学生自主学习的载体，是翻转课堂教学模式有效实施的前提，其关键在于教师对实验项目知识体系的构建、视频的制作以及学习任务、学习目标等方面的设置。结合翻转课堂的要求和仪器分析实验课程的特点，制作的电子学习资源主要包括：1)仪器结构认知视频；2)仪器操作演示视频；3)仪器分析理论知识课件；4)安全知识课件；5)仪器分析虚拟实验室；6)电子书包(学习指南、学习任务、练习题和自测题等)；7)网络引用资源(如国家级精品课程和其他高校实验教学视频等)。以我院对本科生开设的“石油裂解气C1-C3分析—气相色谱法”这一仪器分析实验项目为例，制作的微视频有：1)气相色谱仪基本系统介绍；2)气相色谱仪气路的连接安装与检漏；3)气相色谱仪操作流程；4)气体样品的采集方法；5)气相色谱常用进样方法等。每一个视频都针对一个特定的问题，便于学生查找和选择性学习。为了便于学生集中注意力学习，每个视频的时长大多控制在几分钟以内。在课件制作方面，围绕实验内容中的知识点并结合仪器自身特点和仪器应用技术发展前沿，制作了以下课件：1)石油裂解气C1-C3分析方法；2)气相色谱分析过程与原理；3)气相色谱分析操作条件的选择；4)气相色谱定性与定量分析方法；5)气相色谱实验室安全知识；6)气相色谱法在石油化工领域应用研究进展等。在课件中，引入了大量案例，便于学生自学，也很好地引导了学生进行实验探究和实验方案的设计。同时，借助我院的国家级化学化工实验教学示范中心和省级虚拟实验教学示范中心信息化管理平台，将制作的电子资源上传后为学生搭建了自主学习网络平台，并将虚拟实验引入到仪器分析实验教学翻转课堂的教学中来，为学生提供了一个不受时空限制的虚拟的仪器操作环境。考虑到我院仪器分析实验所用的仪器都配备了电脑，为了方便学生实验前在实验室进行再次预习或实验中复习，我们还将制作的电子资源保存到仪器分析实验室的各台电脑上。此外，为了加强学生自主学习过程中的相互交流，我们还创建了QQ群、微信群等网络交流平台。

2.2.2 课前自主学习阶段

课前自主学习是翻转课堂教学模式有效实施的关键，学生自主学习的质量直接关系到后续课堂活动能否顺利进行[6,11]。为保证学生的课前自主学习质量，针对每个实验项目，明确给出了学生自主学习的任务和目标，并且有针对性地设计了练习检测题；要求学生在学习规定的内容后，对学习情况进行简要总结，总结中要求说明还存在哪些问题。考虑到学生的个体差异，学习任务设置了必学和选学两个层次，以满足不同层次学生的学习需求。学生根据学习任务等要求，于实验前一周规划学习进度，借助网络学习平台进行视频学习、虚拟实验操作和习题测验等过程以完成自主学习，然后在此基础上与同学或教师通过网络交流平台进行相关问题讨论，并将学习情况总结及时反馈给老师；通过交流平台和学生递交的总结报告，教师及时了解学生学习情况，有针对性地组织后续课堂活动。

2.2.3 课堂知识内化阶段

课堂知识内化阶段是翻转课堂教学模式的核心，是通过课堂活动完成的，因此，如何设计有效的课堂活动以促进学生完成对知识的内化至关重要。在这一过程中，教师首先通过课堂集中提问环节抽查学生自学情况，这有助于督促学生课前自学。然后根据学生学习情况及反馈的问题，结合教学经验和实验项目特点，优化实验授课方案。对学生反应较多的问题或知识点进行集中讨论答疑，并且可以选择部分问题让自学情况好的学生来回答，教师查漏补缺，补充讲解，如此，一方面减少了教师讲解时间，另一方面也提升了学习气氛，起到了表扬、激励优秀学生和督促、提醒落后学生的作用。通过有针对性地答疑解惑后，教师适当点拨实验内容及梳理各实验环节的关联性，并设计一些问题组织学生进行协作探究，引导学生在实验过程中进行思考，在以上过程中，教师不再花时间讲解视频教学里已经出现过的知识点(如仪器操作方法等)，把更多的时间留给学生进行实验和协作交流。学生通过自主学习和教师针对性地讲解，通过小组讨论后，两人一组分组开展实验；实验过程中遇到困难时，一方面可以与老师或同学交流寻求帮助，另一方面也可以利用实验仪器电脑中的电子学习资料进行巩固，最终完成对知识的吸收与内化。

2.2.4 课后延伸与评价反馈阶段

考虑到学生的知识基础、学习能力存在差异，为满足学生的个性化、自主化学习需求，仪器分析实验室实施了开放预约制度，学生在实验课结束后，如果还想进入实验室重做教学实验或自由开展探究性实验，均可提出申请，经实验安全知识考核合格后，在值班教师的检查与指导下，学生即可进入实验室开展课后实验，进行自我知识的延伸。

翻转课堂教学模式虽然有很多优势，但毕竟是一种新的教学模式，还需不断地实践与完善，因此，评价反馈这一环节在翻转课堂的实施过程中显得尤为重要[12]。通过实验课后的实验报告批改、课后交流、实验考核和问卷调查，教师一方面能够把实验报告中存在的问题及时通过交流平台与学生沟通，并归纳总结，设计出一些前沿性、开拓性的问题引导学生完成知识的总结与提升；另一方面，可以掌握学生是否适应这种新的教学模式，并针对实验教学中所暴露的问题开展教研活动，进行批判性反思，不断修正和完善教学策略，优化实验教学模式和电子学习资源，促使实验教学模式的良性循环。

3 结束语

翻转课堂的“学—教”模式颠覆了传统课堂的“教—学”模式，并且弱化“教”，强调“学”，突出“做”，改变了传统教学中的师生角色，真正实现了“以学生为中心”的教学理念。针对仪器分析实验教学现状，翻转课堂教学模式的引入在一定程度上可解决学生实验时间不足，实验操作技能差，师生互动机会少，学生的个性化、自主化学习需求难以得到满足等问题，使学生由知识的被动接受者转变为主动探索者，为仪器分析实验教学带来了新思路。通过翻转课堂教学模式在仪器分析实验教学中的初步探索与实践，本院的实验教学效果较以前有明显好转，学生学习兴趣和动手操作能力有明显增强，教师工作的满意度也逐渐提升。但是在实践过程中也发现很多问题有待解决，例如教师创建教学视频的能力和对网络信息技术的驾驭能力、学生自主学习和自我约束能力、学生自主学习效果的监管措施、传统教学观念对师生角色转换的影响等，这些因素都在一定程度上影响了翻转课堂的教学效果，如何有效地解决这些问题，促进翻转课堂教学模式在仪器分析实验教学中的应用，还需要不断地研究和探索。

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StudyonInstrumentalAnalysisExperimentTeachingModelBasedonFlippedClassroom

ZHU Pengfei，LIU Mei，YANG Lin

(School of Chemistry and Chemical Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China)

The flipped classroom is a new teaching model.It reverses the process of the knowledge transfer and knowledge internalization，which transforms the role of the teachers and the students.This model provides a good environment and platform for students’ independent studying，and really reflects “students centered” education concept.According to the characteristics of instrumental analysis experimental teaching，it analyzes the feasibility and necessity of the flipped classroom teaching through flipped classroom model，and the flipped classroom teaching model of instrumental analysis experimental is proposed and implemented.The students’ study interest in taking the courses and subjective initiative and integrated ability were enhanced，and a good teaching effect was obtained.

flipped classroom；instrument analysis experimental teaching；teaching model；teaching reform

2016-03-29；修改日期:2016-04-08

西南石油大学2015年教师教学研究项目(2015JXYJ-03)。

朱鹏飞(1983-)，男，博士生，高级实验师，主要从事仪器分析理论与实验教学工作。

G642.0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2017.04.025