“互联网+”背景下“仪器分析”在线辅助教学模式的探索

袁鹰，陈亚运，刘竺云

（泰州职业技术学院，江苏 泰州 225300）

“仪器分析”是药学院药品生产技术、药品安全与管理、药物制剂技术等专业的专业基础课程，由30个理论学时和42 个实践学时构成，实践性非常强。2020 年春季学期新冠肺炎疫情防控期间，“仪器分析”教学面临严峻的挑战，在学生暂时不能返校上课的特殊情况下，“仪器分析”课程组与实验室中心采取有效措施，把课程内容分解成一个个具体实践项目，采用项目化的授课方式，把理论有机融合在实验中，利用“互联网+”的优势，创新在线辅助教学模式，切实把“停课不停教，停课不停学”的要求落到了实处[1]。

药学院实验室中心依托国家级GMP实训车间来开展实验教学工作，“仪器分析”对药物制备过程及成品进行质量监控。疫情防控期间，课题组和实验室中心考虑到“仪器分析”课程特点，及时调整了教学计划，形成了切实可行的在线教学方案，利用前期建设的泛雅MOOC平台在线开放课程、项目化教学资料、虚拟仿真实验教学项目和中国大学MOOC 等其他优质教学资源开展在线辅助教学，很好地完成了学期教学任务。

1 基于线上“泛雅MOOC平台”开展实验室安全准入教育和“仪器分析”，及时开展在线辅助教学

“仪器分析”课程中会使用到大型的仪器设备、化学试剂及用水用电用火等，存在安全隐患[2]。实验安全知识是学生进入实验室必须掌握的，开展实验室安全准入教育是“仪器分析”课程的第一课。但实验室安全知识点分散、复杂、多样[3]，即使“仪器分析”每个具体项目中都强调安全性，也很难开展全面系统的实验室安全知识教育。

针对这一特点，2017 年药学院实验室中心和各实验任课教师包括“仪器分析”课题组开始建设在线开放课程（Massive Open Online Course，缩写为 MOOC）“实验室安全准入教育”，内容包括实验室用水安全、个体安全防护、消防安全、事故急救与应急处理、化学化工类实验室安全及实验室常见危险化学品防护等，共38 个任务点，6个章节测试题。到2019年底，该课程共完成了6期次的线上教学（每学期完成1期次教学），并不断优化完善。

2020年春季学期疫情防控期间，“实验室安全准入教育”泛雅MOOC 平台正常投入使用，在线学习人数达750位在校学生。为避免网络拥挤，学生可自由安排线上学习时间，学生由被动学习转化为线上的主动学习。线上设置讨论区，分为老师答疑区、课堂交流区和综合讨论区，线上学习氛围浓厚，学生积极参与交流讨论。每学期发布近40 个主题供同学们交流讨论，这些主题都是课程的重要知识点、实验室安全知识的应用、发生事故应急处理、实验室防护等方面内容。“仪器分析实验室安全隐患”主题发布后，学生积极讨论，有200条回复信息。“化学防护手套的正确使用”主题发布后，有500人次浏览，回复472 条。“实验室安全准入教育”设置在线考试，考试合格后才允许进入实验室。

“仪器分析”泛雅课程平台包括课程要求、课件、测验与作业、考试、讨论区等。在线教学前，在平台发布课件、实验操作视频、学习资料和作业。腾讯直播授课之前布置任务，要求学生了解本课程要求：课前预习，学完视频，有疑问可在讨论区留言，完成预习报告撰写；按时听课，讲课时教师采用“以问代讲”式的课堂教学模式，每次课堂设置十几个问题，通过腾讯课堂在线教室与学生进行广泛互动，学生参与度高，课间积极回答设置的问题，在线教学效果良好；课后完成本章节测验与作业，如“蔬菜中有机磷类农药残留的检测”教学项目中，需要进行定性分析，指出有哪些有机磷类农药，是甲拌磷、乐果、甲基对硫磷、甲基异柳磷还是丙溴磷，采用外标法进行定量分析。课后完成“甲苯的气相色谱分析-内标法定量”和“丙酮中微量水分的测定-标准加入法定量”实验的方案设计，及时巩固所学知识，积极在课堂交流区和综合讨论区交流讨论。后期学生再进入实验室根据方案完成线下实验，通过线上线下两种教学方法，学生掌握了定性和多种定量分析方法。

在现有的“仪器分析”教学平台上，水分子测定仪、紫外-可见分光光度计、傅里叶变换红外吸收光谱仪、原子吸收分光光度计、气相色谱仪、高效液相色谱仪、离子色谱仪、电感耦合等离子体原子发射光谱仪仪器设备用于仪器分析教学。仪器分析设备自动化程度高，设备体型大，价格昂贵，购置台（套）数有限，内部结构大都封闭[4]。囿于实际教学学时限制，学生在每一个短短的教学单元内很难做到熟练操作仪器并深刻理解仪器的工作原理。更有一些高成本的大型仪器（如液相色谱-质谱联用仪、电感耦合等离子体光谱-质谱联用仪等）目前尚不能用于开设教学实验。因此分院、实训中心和课题组教师采取可能的途径对资源进行录播，一是网络上资源，二是兄弟院校资源借鉴。总之，通过多种途径找齐大型仪器设备相关资源，构建一个虚拟的仪器分析教学环境。同时，在虚拟空间对仪器设备进行拆解式教学，加深学生对仪器设备工作原理深刻的理解。这些优质教学资源确保了疫情防控期间的在线教学成为可能，更是线下仪器分析实验内容的重要拓展和补充。

2 利用大型分析仪器仿真软件开展教学

“仪器分析”主要包括电位分析法、紫外-可见分光光度法、红外吸收光谱法、原子吸收光谱法、气相色谱法、高效液相色谱法等教学内容，和教学内容相匹配的有红外分光光度计Nicolet380、紫外分光光度计TU1901、原子吸收AA6300、气相色谱GC14C、气质联用GCMSQP2010、液相色谱LC10AT、液相色谱LC20AT 等仿真软件。每个仿真培训工艺都是以项目化的形式出现，每个项目包括实验总览、理论知识、理论测试、实验帮助等内容，教师还可以检测学生的学习效果，设计仿真试卷等。现以“红外分光光度计Nicolet380”为例来进行说明，培训项目是红外分光光度计定性测定（苯甲酸），启动项目，进入仿真操作界面，先点击实验总览，指导学生了解红外定性分析实验步骤：基本原理学习-制备样品（压片法）-启动红外光谱仪-启动工作站-分析谱图-关闭仪器、电脑，让学生对红外吸收光谱法的内容有个整体把握，再引导学生了解苯甲酸实验，从而使学生对实验中涉及到的理论和实践知识点保持浓厚的兴趣，激发学生学习的自主性，提高学习效果。学生进行仿真实训操作过程中，教师通过腾讯课堂等形式穿插红外吸收光谱法概述和原理，介绍红外光谱仪组成及在使用过程中的注意事项，这种将仿真操作和实验原理融为一体的教法极大提高了学生的学习兴趣，也收到了良好的学习效果，绝大部分学生都能顺利地完成实训，通过评分系统也可以看出学生操作能取得较好的分数，最后利用仿真在线测试题目检验学生理论知识掌握的情况。2020年春季学期疫情防控期间通过大型仪器仿真软件，很好地完成了有机化合物紫外吸收曲线的绘制和应用、紫外吸收光谱法测定蒽醌试样中蒽醌含量、紫外分光光度法-有机物的定性和定量分析、苯甲酸的红外吸收光谱测定（压片法）、正丁醇-环己烷溶液中正丁醇含量的测定、原子吸收法测定药品中重金属铅的含量、自来水中钙镁含量的测定、气相色谱法测定药品中有机物含量、甲苯的气相色谱分析-内标法定量、高效液相色谱法测定甲硝唑含量等项目，使学院在疫情期间很好地开展了仪器分析的教学。

3 基于信息化资源，使疫情期间不能做的实验教学成为可能

3.1 利用信息化手段，强化学生对实验的理解

仿真软件毕竟不同于实验现场操作，学生利用仿真软件对大型仪器设备了解不会很深刻，任课教师可以充分利用信息化手段强化学生对设备的理解。在实验设备现场打开腾讯课堂，对着设备进行直播，把能够拆卸的零部件拆卸下来向学生展示，对着设备讲解设施的构成、设施的使用、测定原理、注意事项等。如我们学习原子吸收测定药品中铅含量时，把原子吸收左边的灯室门打开，向学生展示回转元素灯架，可同时安装8 只空心阴极灯，现场安装，设置工作灯电流、预热灯电流、光谱带宽、燃烧器高度、燃气流量灯参数。进样器、原子化装置、乙炔气瓶、空气压缩机都是可打开的，一一展示出来。原子点火，进样等；原子吸收软件连接使用电脑和原子分光光度计，参数设置、标准溶液配制、标准曲线绘制、重金属铅样品的测量、铅含量的计算。通过直播，完整地向学生展示原子吸收分光光度计的操作使用方法，将原理等包含在操作过程中一一讲解。同时，将一些典型的课程项目制作成教学视频，一方面既丰富了“仪器分析”泛雅课程平台，另一方面教师在实验过程中规范操作，突出教学的重点和难点。所有视频均发布在泛雅课程平台上（学生端显示为学习通），学生可以随时登录学习通学习，使教学不再受时间和空间的限制，有效拓展了“仪器分析”教学内容的广度和深度。

3.2 基于“互联网+”，遴选优质教学资源

中国大学MOOC 有很多免费使用的优质资源，“仪器分析”任课老师精心挑选资料，优选合适内容推荐给学生，例如，华东师范大学“仪器分析实验”是华东师范大学精品课程，该课程原理讲解深入浅出，实验演示直观，示范性强，既适合线上自学，又可指导线下实践，推荐给学生作为教学内容的有益补充；又推荐了中国药科大学的“仪器分析”课程，一则是由长期工作在仪器分析教学第一线的经验丰富的骨干教师倾情讲授；二则课程里的视频案例等都是和药剂专业相关的，和学生专业相吻合，有益于提高学生的专业认同感，也有助于后续专业课程的学习；三则课程以视频教学为主，视频中对学习难点和重点采用图片、2D和3D动画以及实验室实景等多种现代教学手段展示出来，帮助学生理解，提高学生解决问题的能力。

充分利用“互联网+”，改进授课方式，增强学生学习的主动性和积极参与的热情。合理使用互联网资料，作为本校课程的有益补充，可拓宽学生的思路，增强学生的前瞻性，在掌握“仪器分析”基础理论和基本实验技能的基础上，能够运用所学知识解决一些实际问题，同时培养学生严谨的科学态度和实事求是的作风，使学生初步具备科学研究的综合素质。

4 一点思考

“仪器分析”是一门实践性很强的课程。在疫情期间学生不能动手操作，也不能进行实验技能训练，教师更多的是借助“互联网+”等手段，利用线上资源指导学生开展实验前期的方案设计以及原理理解和设备认知等，为后续线下实验做好充足的准备，因此在线实验教学不能取代传统教学，只能是线下实验的有效辅助和促进。由于新冠肺炎疫情反复及持续性，在线教育的广泛应用和常态化是一种必然[5]，为此,我们将继续开展相关教学研究。立足当前实际，在现有基础上，教学内容、教学模式需要做进一步调整和改进。从“面对面实验教学”转为“屏对屏实验教学”，如何有效激发学生的学习热情，如何对线上教学效果进行实时评价，实现线上教学闭环管理，如何推动线上与线下实验教学的有机融合，教学过程管理如何进一步规范化，这些都需要我们在教学中不断总结和改进。