信息环境下任务导向式教学模式研究及实践*<br/>——《分析化学实验》教学模式研究

信息环境下任务导向式教学模式研究及实践*
——《分析化学实验》教学模式研究

2017-11-16柳玉英王粤博蔺红桃

中国教育信息化 2017年21期

关键词：分析化学导向实验教学

柳玉英，王粤博，王平，刘青，蔺红桃

（山东理工大学化学工程学院，山东淄博255000）

信息环境下任务导向式教学模式研究及实践*
——《分析化学实验》教学模式研究

柳玉英，王粤博，王平，刘青，蔺红桃

（山东理工大学化学工程学院，山东淄博255000）

本文提出了一种“信息环境下任务导向式的分析化学实验教学模式”，通过基础性和设计性两种不同类型的实验，分别阐述了任务导向式教学模式的设计和实践，并对其实践效果进行了综合分析。

信息环境；分析化学实验；任务导向

分析化学实验是化学、化工、应化、冶金等专业的专业基础课程，与分析化学理论课具有同等重要的地位。在培养学生由知识向能力和素质提升的过程中，分析化学实验课程的教学发挥了非常重要的作用。实验教学相对于课堂教学，具有较强的观察性、操作性和理论实践融合性等特点，因此，在分析化学实验教学过程中，应最大限度地发挥学生的主体作用，积极主动地参与实验教学，发挥其能动性和创造性，这是我们教学改革的终极目标。[1]

分析化学实验的教学重点是基本操作和严谨的实验技能，以及准确的“量”的概念的树立。[2]在传统教学模式下，大多教师在课堂上先讲解实验目的、原理、实验步骤、注意事项并演示实验操作，然后再由学生进行照方抓药式的实验。在整个教学过程中，学生基本处于被动学习状态，实验后不易留下深刻印象，也造成了学生对教师和实验教材的依赖。[3,4]在实验过程中，由于对“量”的概念不甚清晰，导致学生忽视各种仪器的不同精度，使实验结果的准确度和精密度受到影响。这种教学模式不利于提高教学效果，不利于锻炼和培养学生勤于思考的学习习惯,不利于激发学生的创造性思维及培养学生的实践能力。

自20世纪七八十年代，在以多媒体、计算机、互联网为代表的信息技术的推动下，人类社会日益进入信息时代。在信息化环境中，学校的教育理念、教学对象、教学目标、教学模式、教学过程、媒介手段等诸多方面都发生了巨大的变革。这场变革的核心是教学模式的创新。[5]强化信息技术应用，更新教学观念，改进教学方法，提高教学效果，这是信息化时代对高校教育提出的新要求。[6,7]2012年，在成为教育部第一批教育信息化试点单位之后，学校明确了“信息技术与课程教学深度融合”的目标就是要改变教师教的模式和学生学的模式。[8]基于此，为了弥补传统教学模式的不足，提高学生的学习积极性和学习效率，达到培养学生主动性和创新性的目的，在近两年的教学过程中设计并应用了“信息环境下任务导向式的教学模式”。

一、“导向式”教学模式的设计

“任务导向”源自“任务驱动”，它强调任务的导向和调控作用。应用在教学活动中，任务导向则是在教学活动中通过“任务”来诱发、加强和维持学生的成就动机，而成就动机则是学习和完成任务的动力系统。任务作为学习的桥梁，由任务“驱动”完成任务，从而达到学习的目的。[9]这种教学模式有助于培养学生的自主探究能力和创新能力。[10,11]任务驱动教学法要求在教学过程中，教师将任务的要求明示于学生。具体到本文中，“信息化环境下任务导向教学模式”是指教师要根据不同的实验类型，设计相应的任务，要求学生充分利用网络环境和网络资源，在课前预习实验或设计实验方案阶段以及课上的实践过程中以完成教师提出的具体任务作为教学目标。通过完成教师布置的任务，将所学的知识与技能能够真正内化。而且学生完成任务的过程应该是一个不断提出问题、解决问题的过程。下面通过两种不同类型的实验教学设计，分别阐述任务导向式的教学模式。

1.基础性实验

分析化学实验课程教学首先要保证基础性实验的开设，确保学生掌握本课程的基本知识、基本理论、基本技能，注重培养学生扎实的专业基础能力与素质。[12]因此，对于基础的验证性实验，我们设计了具有实践指导性的教学模型（见图1），整合学习过程中的各种教学资源，并上传至网络教学平台，为学生课前的自主学习提供服务。要求学生按照教师每一阶段设计的任务进行预习并完成实验。

图1 基础性实验教学模式

（1）预习阶段的设计

在预习阶段，首先教师要根据教学目标制作预习指导书，创建教学视频、自测题等学习资源，随后将学习资源上传到网络教学平台；学生根据预习指导书的内容，通过观看教学视频、阅读实验教材、完成预习自测题等过程，达到教师设定的要求。

例如，测定自来水硬度的实验，所设计的预习指导书内容如图2所示。大多学生通过预习相应的内容，完成自测题后，能够较好地掌握本实验的原理和操作步骤，并能将理论课所学内容与实践很好地结合起来。

（2）实验室实践阶段的设计

学生在前期的预习阶段如果自测题检验合格，说明对实验的原理和仪器的使用方法在理论上已基本理解与掌握，在实践阶段则需重点训练基本操作的规范性和准确性以及熟练程度，以得到精密度和准确度符合要求的实验结果。因此，除了讲解与演示外，教师主要是通过采取下面的措施达到导学的目的和效果。

图2 水硬度的测定预习指导内容

a.教师集中讲授，教师针对预习阶段出现的共同问题进行重点与集中讲授，对整个实验内容和步骤进行系统化梳理，并对注意事项进行总结；

b.教师个别指导，教师根据学生不同的问题进行个性化指导；

c.利用翻转课堂的形式，让学生讲解实验的注意事项、思考题或演示相关的基本操作；

d.利用协同学习的形式，让学生相互演示、相互纠错。

（3）实验报告内容的设计

在任务导向式教学模式下，实验报告不再要求学生按照传统的“实验目的、仪器与试剂、实验步骤、数据记录及计算”的形式书写，而是重点要求学生对实验过程和结果进行分析与总结，并进行知识与能力的拓展。为此，教师设计的实验报告包括以下几方面的内容：

a.原始数据记录表格；

b.标准溶液浓度及分析结果的计算；

c.精密度分析；

d.准确度分析；

e.实验过程的注意事项；

f.本实验项目的拓展内容，如利用本实验的实验原理还可以测定哪些样品、本实验项目的其它分析方法有哪些、国标分析法是什么、各种分析方法的特点等。

2.设计性实验

在学生掌握了分析化学实验的基本理论与技能后，为了调动学生学习的积极性、主动性和创造性，激发学生的学习兴趣和创造欲望，提高学生运用所学知识解决实际问题的能力，本课程逐步提高了综合性设计性实验的比例，开设了某些与生产和生活密切相关的实验项目，例如：HCl-NH4Cl混合液中各成分含量的测定，工业碳酸钠质量的鉴定，NaOH-Na3PO4混合液中各成分的测定，饼干中Na2CO3和NaHCO3含量的测定，胃舒平中铝、镁含量的测定，水中溶解氧的测定，自来水中余氯含量的测定，钢铁中硅、锰、磷的测定等。

在开设设计性实验时，可以给定某个实验项目，也可以给定几个实验原理类似的实验项目，让学生自己选择。例如，氧化还原滴定的设计性实验，可以同时给出以下四个实验——注射液中葡萄糖含量的测定，水中溶解氧的测定、漂白粉中有效氯含量的测定、维生素C含量的测定等。学生既可以根据自己的兴趣和爱好选择不同的实验，又不至于增加过多的实验准备工作量。

对于设计性实验，教师要提前下达任务书，让学生按照任务要求，分组讨论(约5个同学一组)并利用信息环境查阅文献后设计出详细的实验方案，其内容包括目的要求、实验原理（分析方法、主要反应、标准溶液、测定条件、结果计算等）、所需仪器（种类、型号、数量等）、所用试剂（规格、浓度、用量、配制方法等）、测定步骤（标准溶液的配制与标定、取样量、样品的处理、测定等）、实验注意事项、数据记录表格等。实验方案提交到教学平台，经教师审阅合格后，学生到实验室完成相应的实验。具体教学模式如图3所示。

图3 设计性实验教学模式

设计性实验的教学重点是实验方案的设计和实施。其目的是培养和提高学生应用所学理论解决生产和生活中实际问题的能力、对实验结果和实验过程中出现的问题的综合分析能力。

二、新评价体系的建立

为了适应“任务导向式”的新教学模式，教师也对原有的评价体系做了相应的调整。在新教学模式下，验证性实验主要考核学生对基本知识、基本理论、基本实验技能掌握的程度；而综合性、设计性实验则重点考核学生在信息环境下查阅文献、自我获取知识的能力，对知识的综合运用能力及实验设计能力和创新能力等。各部分内容所占比例如下：①验证性实验，课前预习占30%，实验基本操作占40%，结果与实验报告占25%，实验台整洁度占5%；②综合性、设计性实验，实验方案设计（方案的合理性、可行性、创新性、实验成本以及与环境的友好度等）占40%，实践能力（熟练及规范使用仪器与设备的能力、所用试剂及溶液的配制、试样及基准物质的称取量、分析程序的安排、实验台的布置及整洁度等）占30%，实验结果占10%，问题分析占20%。

三、“任务导向式”教学模式的应用及思考

1.“任务导向式”教学模式激发了学生的学习兴趣和自主学习意识

由于学生在进实验室之前必须完成相应的预习自测题，并且在实验过程中随时都有可能被抽到给其他同学演示基本操作，其表现均在总成绩中占有一定的比例，因此该教学模式充分确立了学生在教学过程中的主体地位，调动了学生自主学习的能动性，强调学生自主创新实践，提高了学生对分析化学实验的兴趣，许多学生在课下课上自学的基础上，自发地相互讲解、相互演示，极大提高了学习积极性，形成了良好的竞争氛围。

在信息环境下，“任务导向式”教学模式使学生自主学习的特征更为明显。由于教师的“任务导向”是基于信息环境下的网络资源，这使学生的自主学习是随时随地的，动机是自发的，大多学习的内容是自己选择的，学习的策略是自我调节的，学习的效果学生是可以自我监控和评估的，所以，学生可以根据不同的学习任务，选择不同的学习方法和学习活动，这种自主学习意识和能力是教学改革过程中应该大力倡导和培养的。

2.“任务导向式”教学模式提高了学生的学习成绩和综合能力

“任务导向式”教学模式在本校经过了两轮的教学实践应用，且在每一轮的教学过程中，均有相应的平行班级沿用传统的教学方法进行对照。结果表明，利用新的教学模式的班级其实验成绩和理论考试成绩均高于对照班级，设计实验方案的能力也得到相应提高，2014级利用“任务导向式”教学模式的试验班级设计实验方案的能力明显高于对照班级。另外，学生在自主学习过程中进一步拓宽了专业知识面，提高了综合应用及创新能力，2014、2015两年间有6人次获山东省大学生实验技能大赛一、二等奖。

3.“任务导向式”教学模式促进了教学研究及教学改革的深化

在新的教学模式实践过程中，逐步建立了日益完善的分析化学实验教学体系，在教学内容、教学方法、教学评价、教学队伍方面形成了自己的特色和优势，取得了明显成效。教师的教学研究氛围日益浓厚，近年来本课程组教师先后有4人次获得校青年教师讲课比赛一、二等奖；承担各级教改项目10余项，发表教改论文4篇；网络教学平台日臻完善，除了丰富的教学资源（预习指导书、自测题、基本操作视频、习题库等）外，还提供了与分析化学实验课程相关的国家标准（如有关取样方法的标准、配制标准溶液及试剂的标准、分析方法的标准等）、时事热点链接等，构筑了一个方便实用的自主学习平台。

4.“任务导向式”教学模式加强了教学过程中理论与实践的结合

在“任务导向式”教学模式的实施过程中，教师需要逐一处理学生在预习阶段和实践阶段遇到的各种问题，审核及评价学生的设计方案，因此能更深入地了解学生掌握专业基础知识的实际程度，发现理论或实验教学中的不足，从而不断改进教学过程。与此同时，学生在预习实验或设计实验方案过程中，必须要明白实验的原理、测定的条件、各种试剂的作用等，因而能够自然地将理论课上所学的基本原理与实践相结合。

5.可以建立多学科相互渗透的动态的实验教学内容体系

分析化学不仅是化学学科的一个重要分支，在医药卫生、工业、农业、环境、国防、资源开发等许多领域中也有广泛的应用。因此，分析化学实验课程所涵盖的领域和内容也极其广泛。随着教学改革的不断深入、“任务导向式”教学模式的不断改进，可以考虑适当增加学科间相互渗透的实验内容，如与环境化学、食品科学、生命科学等相关的实验，提高学生对环境样品、食品、生物试样、药物样品中有关成分的定量分析的关注度。可以根据需要建立动态的分析化学实验教学内容体系。

6.有必要提高综合化实验项目的比例

分析化学实验的教学内容大多是针对样品中单一组分（少数情况下是两种组分）的测定，在信息化的教学环境下，课程组教师认为可以逐步增加综合性的项目，如钢铁中硅、锰、铬、磷等元素分别可以用分光光度法、氧化还原滴定法等不同的方法进行测定，同一种元素也可以用不同的方法进行测定；再如水质分析，可以用氧化还原滴定法、酸碱滴定法和分光光度法测定COD、磷酸盐以及金属离子的含量等。学生可以通过查阅文献、讨论等环节，完成不同测定方法的实验方案设计及实施，比较各种方法的特点和应用范围，并用统计学方法评价和比较不同方法测得的实验结果。此类实验体现了以理论和技术的综合应用为教学目的，侧重实验知识和技术综合运用能力的培养，强调学生有效地运用多种实验技术方法，解决科学研究中的问题。