目标导向的《仪器分析》在线教学设计

何 文，高 燕，马业菲

(齐鲁理工学院 化学与生物工程学院，山东 济南 250200)

2020年2月23日习近平总书记在统筹推进新冠肺炎疫情防控和经济社会发展工作部署会议上的讲话中指出：新冠肺炎疫情，是新中国成立以来在我国发生的传播速度最快、感染范围最广、防控难度最大的一次重大突发公共卫生事件。对我们来说，这是一次危机，也是一次大考[1]。面对疫情“大考”，高校教师躬身入局，直面挑战，以提升教学质量，保证在线教学与线下课堂教学质量实质等效[2]为目标，将信息技术与教学深度融合，积极开展在线教学。

《仪器分析》是采用比较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质的物理或物理化学性质来获取物质组成、含量及结构等信息的分析方法，是继化学分析后，学生必须掌握的现代分析技术。根据在线教学的特点，设计出能吸引学生的教学方法，并且能准确获取学生反馈是实现“实质等效”的必由之路[3]。因此本课程采用直播课与在线课有机结合的方式进行在线教学。首先课程组根据专业人才培养方案和教学大纲，细化课程的教学目标；然后围绕教学目标，对教学内容进行"碎、动、减"的教学设计(表1)，每次提前一周将相关知识点视频、课件、讲义、章节测验、作业和其他辅助教学资源上传至超星学习通在线平台(图1)；接着采用“QQ群课堂+分享屏幕”的方式进行直播授课，同时结合在线平台进行提问、抢答、测验和讨论等教学活动，记录学生的学习轨迹；最后是在教学实践中保持反思和改进。

1 《仪器分析》课程目标

立足学校办学定位的应用型特色，培养利用新思路和新方法推动仪器分析技术变革与创新的分析测试领域的应用型人才。课程教学目标：形成系统的仪器分析方法理论框架，掌握四大类仪器分析技术，发现和提出学习中存在的问题，进行明确界定和综合分析，用理论阐释问题产生的原因，用技术提出问题解决的方案，形成创新意识和应用能力。

教学目标的具体要求：(1)建立起准确的"定性"及"定量"的概念并掌握与此相关的基本理论、测定原理及实验技术，理解仪器分析方法的内在逻辑和前沿理论；(2)可以依据待测混合物各组分的物理性质的差异，选择合适的仪器分析方法进行分离、定性分析、定量分析及结构分析；(3)运用信息技术开展深度学习，提升问题解决与创新能力。

表1 “碎、动、减”教学设计理念

图1 超星学习通平台《仪器分析》在线课程

2 《仪器分析》课程教学设计

基于目标导向，以学生为中心，仪器分析课程采用以下在线教学模式(图2)，通过师生互动与学生反馈保证在线教学与线下课堂教学质量实质等效。

图2 《仪器分析》在线教学模式

2.1 课前预习发展学生的自我管理能力

课前发布教学单元任务书(图3)，让学生清楚学习目标，通过观看在线平台发布的教学视频和章节测验进行简单知识点的自学与自查；学生再次观看视频；最后针对学习目标梳理自主学习过程中的问题和困惑，准备直播课时深入学习。经过线上教学，在确保自主学习有效进行的情况下，培养了学生的自我管理能力。另外教师布置教学单元任务书的时候也要注意学习资料与资料题更多的应该是激发学生思考，而不仅仅是在资料中找答案。

图3 教学单元任务书和学生课前视频观看情况统计

2.2 课中互动提升学生的问题解决能力

直播精讲时，老师要深刻分析知识点的难度与学生可能遇到的问题，从学生接受知识的角度设计讲授方法与互动活动，一方面满足学生的学习需求，一方面让学生在课堂上“动起来”。具体来说：每次课提前10分钟发布签到通知，组织学生进入直播课。上课后首先利用3～5min反馈学生的预习结果与测验解析(图4)，将预习过程中和上节课遗留的问题一一解答。然后开始讲授重难点内容，结合1983年美国佛罗里达州立大学John M Keller教授提出的激发学生动机的ARCS模型，通过问题导入、举例子、讲故事、游戏或者角色扮演等方式唤醒学生关注；再次告知学生本次课的学习目标，解决什么问题，为什么要学？讲授过程中以知识点的串联讲解为主，重点讲解仪器分析原理与方法中易错易混淆难理解的地方，同时设置适当难度的随堂练习和层层递进的问题，一方面让学生踮踮脚就能完成，获得知识学习的满足感，另一方面让学生通过问题的解决与思考进行深入学习。本课程的应用性较强，所以直播课的重要环节是案例分析，在一个系统的知识点讲授完成以后，结合生活实例，让学生进行小组讨论，不仅检验了本次课的教学效果，而且培养了学生解决实际问题的高阶思维。以离子选择性电极的工作机制为例，在老师提供汽车排气管内氧传感器结构图的前提下，请学生解释二氧化锆氧传感器的工作原理(图4)。在学生讨论、回答结束以后，老师不仅在线即时总结，给出答案，还会发布相应话题，供大家课后继续讨论分析。

图4 直播课章节测验统计与氧传感器工作原理图

2.3 课后作业促进学生的知识迁移能力

合理有效的教学设计必须是一个闭环的过程。学生上课进行学习输入，之后通过完成作业进行知识的练习，也就是输出，然后老师批改作业是给予学生反馈，测试结果是对学生这一阶段的学习进行评价。最后学生带着反馈继续接受新知识的输入，以此循环往复。

作为教学设计闭环过程中的一个重要环节，课后作业是检查学生知识掌握情况最好的工具。但考虑到在线教学的特殊性，线上作业时也考虑到作业的趣味性、层次性和实效性。比如第一次课结束以后，让学生制作3～5min视频说出“我眼中的仪器分析”；具体到章节知识点的学习，针对学生的认知差异，章节作业有基础题、提高题与挑战题三种类型；当章节内容全部学习完毕，考虑到学生的专注力时长和线上教学的现场感差等特点，知识点已进行碎片化分解，课后要求学生通过绘制知识点框架、章节概括、方法对比、和实验流程图等内容的思维导图在知识点之间建立联系与过渡(图5)；当一大类仪器分析方法学习结束，发布课程论文作业。当代建构主义认为充分运用迁移规律，实现知识的有效迁移，是教学成功的一个重要环节。所以作业布置还需考虑到知识的创新性。还是以离子选择性电极的工作机制为例，直播课总结二氧化锆氧传感器的工作原理以后，课后作业设置为从经济成本的角度出发，请学生搜集资料提出二氧化锆氧传感器的技术改进方案？另外课后作业还应适当督促，比如展示优秀学生的作业、视频与课堂笔记，也可以将班级作业制作成册让学生自己评判，从而调动学生的自炫本能和竞技本能，起到内在激励的作用(图6)。

图5 色谱分析基本概念思维导图

图6 离子选择性电极教学单元在线平台讨论话题

3 《仪器分析》课程教学效果评价

采用调查问卷的形式进行学生线上学习情况调查(图7)，从问卷反馈结果看，对于老师讲授知识的理解情况，12.5%的学生全部理解，80%的学生大部分都理解；对于自己的学习效果满意情况，25%的学生非常满意，67.5%的学生满意。同时对比色谱分析方法的两次在线考试考题正确率(图 8)，发现第二次考试的考题正确率有所提高，学生在线学习处于进步状态，这说明本课程在线教学效果较好。

图7 学生线上学习情况调查

图8 色谱分析在线考试考题正确率统计

4 《仪器分析》课程教学反思

疫情将师生物理隔离，网络却让师生紧密相连。在线教学的直播经历，让我感悟到学无止境和与时俱进精神的引领性，更让我体会到面对疫情"大考"合理有效的教学设计是提升教学质量，确保"实质等效"的关键。

在线学习是基于建构主义，自我驱动性的自主式学习。建构主义认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人(包括教师和学习伙伴)的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。所以在后续的在线教学过程中，课程组需要一方面根据教学反馈和授课效果不断补充在线平台信息，完善教学资源建设，其次还要尊重学生的学习规律，经过半学期的在线学习，目前大多数学生陷入了倦怠期，应深入思考如何设计合理有效的教学活动，继续调动学生的学习积极性，保证课堂教学效果；最后是借助经典教学理论认真研究在线教学的特点、方法，深入思考如何进行更好的教学互动，让全部学生忙起来，动起来，让剩余7.5%的学生也能对自己的在线学习效果满意。