《仪器分析实验》线上线下混合式教学的探讨*

2020-03-07胡晓熙张艳军王爱荣

广州化工 2020年23期

王芸，胡晓熙，张艳军，王爱荣

(北部湾大学石油与化工学院，广西钦州 535011)

《仪器分析实验》是化学、化工、材料类等专业开设的专业实验课，该课程旨在促进学生对各种分析仪器设备尤其是大型分析仪器的认识、了解、掌握及应用。课程内容涵盖热、电、光谱、色谱、质谱等几大类仪器的实验原理、操作，内容多、涉及面广，并且与实际联系紧密，最能培养学生的综合能力。

线上线下混合式教学是“互联网+”背景下现代信息化教学和传统面对面授课的综合应用，结合了线上学习个性化和线下学习教师主导与监管的优势[1-3]。对于《仪器分析实验》这门课程，应用线上线下混合式教学一方面可以提高学生的自主学习能力以及学习兴趣，使课堂由“老师满堂灌”转变为“学生主动学”；另一方面可以促进实验教学改革走深、走实，有效延伸实验教学的时间维度和空间纵深，弥补教学时数少、仪器设备少的不足，解决学时学分、分组教学的矛盾。

1 《仪器分析实验》教学的现实困境

在现实教学过程中，《仪器分析实验》主要存在学时学分不足、理论与实验脱节、仪器台套数不够等困境[4-6]。

(1)人才培养方案的制定过程中，既要保证公共基础课，如政治、英语、体育、创新创业以及就业等课程的学时学分，又要保证专业课学时学分不能缺少，特别是不能缺学时。因此两者之间要达到一个平衡，这或多或少会牺牲一部分专业课的学时和学分，一些专业课的学时学分很难充分满足教学的要求。对于《仪器分析实验》这门课，涵盖的内容多，但是学时学分都比较有限。因此在实验教学中，实验教学项目不能全部开设，只能选择一些典型实验及应用进行教学。但是在就业过程中，不少学生都选择了检测检验行业，这要求他们对各种仪器都要有所了解，而目前的课堂教学很难满足这一点。

(2)理论课与实验课脱节。理论课教学主要是从方法原理与特点、仪器基本结构、重要分析条件及应用等几个方面来展开的，内容比较枯燥无味，难以引起学生的兴趣。而实验课更多在于仪器的操作及实验过程，基本原理部分限于时间的关系，不会过多地去介绍。因此理论课和实验课之间没有形成有机地联系，不能用理论课来直接指导实验课。

(3)《仪器分析实验》课程所用到的仪器，一般都是价格昂贵的精密仪器，因此台套数不会太多，不能满足同时教学的要求，很难保证每个学生都得到充足的操作时间。

2 《仪器分析实验》线上线下混合式教学的改革

(1)教学大纲的制定：按照线上线下混合式教学模式编写。线下实验教学部分以知识点形式出现，抓住实验教学过程中的关键点，以点带动整个实验项目知识的学习。线上部分以学生预习与自学要求为主，主要以微课的形式和要求来编写教学大纲。对于一些条件不能满足的实验或者限于课时要求不能在实验室完成的实验，主要以线上微课形式或开发虚拟仿真实验，让学生自己选择学习。例如线下实验教学主要选择色谱、电化学、光谱、热分析等几大类中的8个实验进行教学，其中色谱法2个实验(气相色谱法和液相色谱法)，电化学1个实验(循环伏安法)，光谱法4个实验(原子光谱法、红外光谱法、紫外可见分光光度法、荧光光谱法)，热分析1个实验(差热与热重分析)。这几个实验的教学大纲需要将实验的方法原理、仪器结构与原理和具体的实验技术以及操作易失误的环节等介绍清楚。同时开发这几个实验的微课让学生预习和复习，微课内容包括所用的仪器，具体的操作过程等，并辅以简单的测试题来检验学生的预习和复习效果。而对于如电化学中的阳极溶出伏安法、线性扫描伏安法、电位滴定法等以及核磁共振波谱法、X射线衍射法、原子荧光法等在线下不进行的实验可以借助微课或者虚拟仿真实验，让学生课外学习。

(2)实验内容的确定：首先强化理论课与实验课的联系。理论课介绍到某一章内容时，学生可利用线上微课的模式，进行实验内容的学习，这样不会出现理论课与实验课的脱节。同时紧密联系当地实际及本学院的研究方向，开展实验项目。如本地区以石油化工为主，拥有大型的国家石化产业园，因此可利用仪器分析设备开展石油化工产品的相关检测。如利用气相色谱法检测石油化工气体及杂质，分析汽油馏分等。如可开发高效液相色谱对石油化工产品的分析，可利用高效液相色谱进行柴油组分的监测以及对石油组成成分的分离。坭兴陶是本地区的特色产业。在坭兴陶的生产过程中，加热过程是比较关键的，直接关系到坭兴陶的质量，而坭兴陶的组成成分在其中起着关键作用。因此可以开发相关的热分析实验，利用差热分析、热重分析法等热分析法研究坭兴陶的组成成分对坭兴陶加工成型的影响。本地区是临海的，大蚝等养殖业发展比较好。这些海产品中重金属的含量直接影响着人能否食用，所以需要对海产品中的重金属含量进行检测和监测。因此可开发原子发射光谱法测定大蚝中的重金属的实验。

(3)教学方式的改革：加强慕课和微课的建设，使线上线下教学相结合。针对每一个实验项目，开发相应的微课，微课内容包括实验原理、实验仪器、实验操作过程等。上课之前，老师布置学习任务，学生用微课进行预习，对实验原理、实验仪器等有所了解，老师着重介绍实验过程中的关键步骤及易错点，实验完成后，实验报告除了实验原理、实验仪器、实验操作过程、实验结果等一般内容外，需要学生对实验过程中出现的问题进行反思和探讨。这些微课再组成慕课上线运行。同时可开发或引进虚拟仿真实验，使学生对一些实验可在线上完成。

(4)考试方式的改革：理论知识和实操同时考核。针对每一个实验项目设置一份试卷，其中50%属于理论知识，包括仪器的基本原理及仪器的基本构成，50%分属于实际操作，需要学生20分钟内动手在仪器上完成一个小实验。一共8份试题，考试前10分钟学生进行抽签，抽到哪个项目进行哪个实验。这要求学生对各种仪器的掌握程度都要比较高，一定程度上可以避免临时抱佛脚的出现。同时使理论知识和实际操作联合起来，进一步加强了理论课和实验课的联系。如荧光光谱法的实验考核包括三大题，第一题给出了荧光光谱仪的结构示意图，要求学生写出每个部件的名称，这考查了学生对仪器的基本结构的掌握。第二题为填空题，包含3小题，要求学生填出荧光光谱最基本的两种光谱的名称，定量测定的原理，以及产生荧光的物质的结构特征，这考查了学生对荧光光谱基本原理和特征的掌握。第三题为操作题，题目为苯酚溶液的定量测定，首先要求学生说出该实验的具体操作过程，然后进行开机、参数设定、测试等实际的具体操作，并详细说明数据处理的过程，画出最终要得到的数据处理曲线的草图，这考查了学生对整个实验流程，对仪器操作过程以及数据处理的掌握。上述三道题，其中第一道和第二道合占一半的分数，操作题占一半的分数，最终得到此次实验课的考试成绩。此外，综合成绩还要结合慕课或微课视频的观看、线上作业的完成以及虚拟仿真实验的线上完成等来考虑。

(5)教学设计的改革：每节课的教学设计中要充分考虑线上教学的优势，课前预习和课后复习都要运用线上教学方式，课堂教学中根据课前预习的情况要对实验中的每个知识点进行梳理，并着重强调实验中的重点和难点。对于每个实验的微课视频，教学设计中要突出实验原理和实验过程两部分。其中实验原理要与理论课中的内容相结合，实验过程要结合虚拟仿真和实际操作来完成。如热分析研究CuSO4·5H2O的脱水过程这个实验中，首先要求学生通过微课进行课前预习，内容包括热分析的基本原理，CuSO4·5H2O的三个脱水过程及原理，所用到的仪器设备等。教师通过公众号或雨课堂等模式发布课前预习的测试题，使学生对所要做地实验心中有数。上课过程中，着重介绍仪器的构造以及实验过程中的注意事项，如开机启动顺序，是否需要做空白实验，坩埚应该如何放置，程序如何设置，数据如何处理等。实验完毕后，对照CuSO4·5H2O的三个脱水过程原理分析实验结果。课后要求学生完成实验报告，同时观看该实验的操作过程的微课进行复习，最后发布该实验的测试题检验学生对实验的掌握情况。