应用化学专业“实验设计与数据处理”课程“轻混合”教学探究

陈彰旭 傅明连 朱丹琛 郑炳云

(1. 莆田学院 环境与生物工程学院，福建 莆田 351100；2. 福建省新型污染物生态毒理效应与控制重点实验室，福建 莆田 351100；3. 福建省高校生态环境及其信息图谱重点实验室，福建 莆田 351100)

应用化学专业的“实验设计与数据处理”课程是以概率论数理统计、专业技术知识和实践经验为基础，讲解如何经济、科学地安排试验，并对试验数据进行计算分析，最终达到减少试验次数、缩短试验周期、迅速找到优化方案的一种科学计算方法、技能，以及对实验数据进行科学处理的理论、知识、方法与技能的课程。在新工科建设背景下，为了培养学生成为德才兼备、基础知识与实践能力并重的人才，使学生能够对化工、化学、食品、制药、生物、材料、环境等新工科专业研究中遇到的问题进行有效的分析和解决，成为新世纪应用型复合人才、卓越工程师，必须结合“实验设计与数据处理”课程的特点开展课程思政教育与轻混合教学模式教育，提出一种适用于地方院校应用化学等相关专业、适应于新工科创新教育的“实验设计与数据处理”课程教学改革模式。

1 “轻混合”实施必要性

传统的线下教学有其优势，但也在时空上严重受限，学生无法较好重温教师讲授知识点，也无法教学资源共享，在某种程度上来说，教学资源无法发挥其最大功效。线上教学则呈现时空优势、可回放优势、可共享优势。但是对于实操性较强的课程，专业基础较为薄弱和自律性不强的学生来说，仅仅线上教学难以使学生达成相关学业目标。线上线下混合教学应运而生，混合式教学，即将在线教学和传统教学的优势结合起来的一种“线上”+“线下”的教学。混合式教学实施三年多来，在特殊时期发挥着重要作用。但是，即使是同一门课程，不同的学校学情不同、专业课程要求不同(达成目标不同)、使用教材不尽相同，致使混合式课程或线上课程难于直接“复制”。基于此，我们倡导“轻混合”教学模式(轻度混合式教学模式)，即以学生为中心，产出为导向，依托信息化教学环境，依据校情、教情、学情，选用线上线下多种优质学习资料供学生自主学习，并在线下教学中综合运用线上线下各种教学工具、手段和方法，不明确规定线上、线下学时比例(依据校情、学情等因素)，线下为主、线上为辅的教学模式。

新时代大学生的学习积极性和自主学习能力亟待提高，难与“新工科”提出的培养高水平、适应化工未来新产业需要的、有创新创业能力、动态适应能力、高素质的各类交叉复合型“卓越工程”科技人才相匹配。培养“卓越工程”科技人才中重要的一点是会利用“实验设计与数据处理”课程中Excel常用办公软件、Origin作图与回归分析软件等常用工具，进行试验数据误差的检验；掌握有效数字计算规则、常用数据图的特点及绘图时应注意的事项，选择坐标系的基本原则，确定坐标比例尺的基本方法；掌握Excel在试验数据的图表表示中的应用，Origin在图形绘制中的应用，试验的方差分析和回归分析等相关知识点。基于“实验设计与数据处理”课程性质、新工科、学生为中心、持续改进、产出导向OBE理念发展趋势等实际情况，坚持问题导向，找准在课程和教学里的各种“错位”情况，把课程内容的选择组织以及教学实施与这些“错位”的消除一一对应起来，尽快开展“实验设计与数据处理”课程信息化教学的内容资源建设，进行线上线下“轻混合”教学，成为亟待解决的问题。

2 “轻混合”实施策略

本文以省一流课程“实验设计与数据处理”为依托，依据校情、教情、学情，以学生为中心，产出为导向，结合自建特色化教学资源，以“一团队、两关系、三目标、四优化”的一体化建设方法，运用适当的信息化教学平台展开立德树人、“三全”育人、两性一度、应用型和复合型新工科教育，打造适合本校特点的“轻混合”式课程。

2.1 组建“一个团队”

组建一支特色校企合作、主助教搭配、课程思政的教师团队。建设以工科专业教师为主，联合校企、思政专业教师、实验员、辅导员，各自发挥，相互促进，为产出导向OBE、新工科、课程思政等理念融入工科专业课堂提供科学合理的师资力量。

2.2 构建“两个关系”

研究课程思政与专业课的辩证关系、教师和学生的新型师生关系。把握好思政课程和“实验设计与数据处理”课程的辩证关系，在“实验设计与数据处理”中恰如其分地加入思政元素。既不能喧宾夺主地在专业课程中过多地讲述思政理论，也不能单调地只“解惑”而不“传道”。与此同时，新时期的师生关系需要重新构建，教师团队应研究新时期的学生群体特点和心理需求，通过构建和谐的师生关系以提高教学质量。以学生为中心，产出为导向，教师角色转变为学生学习的教学内容策划者、学生学习场景的设计者、学生学习内容引导者、组织者和监督者，教师是学生的学业导师、人生规划导师和引路人，教师更应该注重因材施教和个性化教学。

2.3 达成“三维目标”

课程目标有效支撑培养目标达成。课程目标符合学校办学定位和人才培养目标，在新工科背景下，基于产出导向、学生中心和持续改进教育理念，提升课程的高阶性，突出课程的创新性，增加课程的挑战度，并注重知识、能力、素质的达成度。

2.4 提升“四个优化”

优化培养方案、优化教学资源、优化教学方法、优化评价机制，深化课程目标、内容、结构、模式等方面的改革，把家国情怀、文化自信、精神风貌、思想觉悟等思想政治教育导向与“实验设计与数据处理”的科学知识、工程技能的传授有机结合，做到“三全”育人，促进学生全面发展，真正实现立德树人的教学目标，深刻回答“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人培养什么人、怎样培养人、为谁培养人”这一根本问题。

2.4.1 优化培养方案

优化培养方案具体为优化理论与实践学时。本门课程一般传授学时为24～32学时，我校多数实施24学时，之前实践课时有8课时(近几年因培养方案调整，没有上机实践学时)，学生对课堂所学的偏重上机操作的内容不甚理解，上机实验也没及时得到巩固，结果形成了恶性循环。因此本课程项目建设将优化理论与实践学时，改善教学大纲，将理论学时与实践学时之比从16∶8(或24∶0)调整为12∶12，增强学生动手操作能力的培养。

2.4.2 优化教学资源

根据本校学情、学生学情、社会就业前景和专业特点，有的放矢地引用慕课资源，并补充建设一套覆盖线上线下、支撑教与学两个面向的特色化教学资源支架体系，满足差异化学习需求。

2.4.2.1 优化线上教学资源

利用现代信息技术手段和超星泛雅网络空间构建互动式、开放式、即时式的教学平台，进行线上教学、轻混合式学习及翻转课堂教学实践活动，确保学生可以随时随地方便地学习，打破时间和空间的局限性。基于学校超星泛雅平台，增加开发思维导图、案例教学、扫码学习、视频学习、在线监考、模拟考试、闯关抢答、错题记录、排名竞争等，提高学生学习积极性、调动学生学习的内在驱动力[1,2]。建设线上教学资源框架如图1所示。

图1 超星泛雅平台组建线上教学资源框架

具体操作如下：(1)学生在课前制作思维导图时可高效预习相关知识点，课后可以清晰地再现课程内容，相关知识点也一目了然，各个知识点的关联也便于透彻理解。(2)师生均可根据自己教学或科研活动中所遇到的相关知识点作为“案例教学库”，这样的案例更具有代表性，教学更生动有趣，学生的学习积极性也得到提高，同时又有利于培养学生的创新思维能力和分析能力。此外，教师可以利用超星平台的“直播空间”上传录播讲授部分案例或相关上机操作实践内容。(3)将本门课程涉及的科学家简介、正交设计软件、Origin绘图软件和实践上机操作等作为二维码，上传 “资料库”中的“扫码学习”，方便学生随时随地片碎化学习，增强专业认同感、提高文化自信，同时为他们实践操作奠定理论基础。(4)学生在课前自主学习“实验设计与数据处理”知识的过程中遇到问题，可以通过互动讨论区与小组成员讨论交流，也可以通过答疑区向任课教师团队咨询。(5)“作业库”“试卷库”“在线考试库”联动建设，避免各自为政，浪费空间资源。

2.4.2.2 优化线下教学资源

教材和教辅资料选用、学生参加教师科研、创新创业训练、大学生“挑战杯”“互联网+”等项目可以进一步优化。除了选用李云雁等编著的《试验设计与数据处理(第3版)》教材外，可以根据学生学情，选用郑少华等编著的《试验设计与数据处理》等作为参考辅助教材，拓展专业应用领域。同时教师可以所教授班级学生参加项目情况为线下教学资源案例，激发学生学习兴趣，挖掘学生学习潜能，做到教学贴近学生学习生活，促进教学相长。

2.4.3 优化教学方法

优化教学方法，进行创新教学，发挥线上线下教学优势，进行创新教学模式，体现“两性一度”(见表1)。线上学生通过自学自测、讨论思考、互动答疑等，掌握实验设计与数据处理方法及其实践操作逻辑，满足个性化学习要求。线下有机融合线上知识，结合项目式、案例式教学培养学生实验设计与数据处理的分析应用与创新设计能力。根据各章节知识点特征，在教学内容的提升优化及动手实践环节中，制定了不混合、轻混合、深度混合三级混合教学模式。对于难度大、学生理解困难部分则采用不混合教学模式；对于需加强深化、引导实操部分和逻辑性强的知识进行轻混合；对于较易理解、扩展性强的重要基础知识可采用深度混合教学模式等。

表1 线上线下教学与“两性一度”

2.4.3.1 融入课程思政教育

组建教师团队，既承担教书的职能也承担育人的职能。教师团队深入挖掘思政元素，追求能够真正打动学生的教学方法，做到“随风潜入夜，润物细无声”般地引领学生触碰自身心灵深处。可根据学生参与科研项目、社会焦点等问题融入课程思政教育，体现思想性、科学性与时代性。同时培养学生对新工科职业认同感，客观公正的工作态度，廉洁自律的工作作风，良好的团队协作意识，诚实守信的做人原则，精益求精的工匠精神和技能追求，孜孜不倦与终身学习的学习态度，熟悉准则、遵循准则、坚持准则、秉公办事的规则意识。具体可以从家国情怀、个人品格、新科学观、工作态度、职业道德、规则意识、学习精神等七个方面进行思政教育。

① 家国情怀 (责任担当、爱国敬业、科技报国、浩气长存)

② 个人品格 (正确三观、诚实守信、提升自我、开拓进取)

③ 新科学观 (与时俱进、参与科研、经济环保、务实生态)

④ 工作态度 (客观公正、廉洁自律、团队协作、科学严谨)

⑤ 职业道德 (工匠精神、职业认同、追求卓越、勤奋忠诚)

⑥ 规则意识 (熟悉准则、遵循准则、坚持准则、秉公办事)

⑦ 学习精神 (勤奋努力、不断进取、终身学习、向上向善)

2.4.3.2 改传统单一多媒体教学为机房立体化实时互动教学

传统单一多媒体教学主要是以教师讲授和学生听讲为主，久而久之会产生听觉和视觉疲劳，学习效果不理想。尤其涉及本课程的上机操作内容时，上机实验也没及时得到巩固，致使恶性循环。因此本课程项目建设将增加实践学时，同时改传统单一多媒体教学为机房立体化实时互动教学模式，采取教师主机控制学生电脑进行教学和实践操作，实施互动，提高学生学习的积极性，增强学生动手操作能力。

2.4.3.3 改传统讲授教学为分组式、问题式和案例式教学

改传统讲授教学为分组式、问题式和案例式教学，重点是简化理论推导、突出应用性内容、重点结合案例式、突出“学生为主体”。教学案例的引入可以弥补“数学式”教学的不足，强化学生以问题模型化为中心的观念，同时也能缓解简单教学的枯燥和乏味，增进学生的学习热情。比如说讲解误差分析的时候，以学生做过的实验数据为例来讲解，再结合具体实例开展讨论，即使学生理解、记忆、消化了所学知识，又让学生更加深刻学习了实验误差的分析。此外，教师还可以根据教学相关内容引入华罗庚“优选法”、王元和方开泰“均匀设计法”的创立历程，讲述屠呦呦团队提取青蒿素与解决世界疟疾难题、袁隆平优选培育杂交水稻与解决世界饥荒问题，可以这样既可以开阔学生文化视野，还可以强调爱国情怀和文化自信。

2.4.3.4 “轻混合”式教学实施

教学组织与实施突出学生中心地位，根据学生认知规律和接受特点，强调理论与上机实践实时互动教学，简化理论推导、突出应用性内容，重点结合案例，突出“学生为主体”，秉承产出导向OBE教育理念，融入高阶性、创新性和挑战度，融入课程思政，将高新信息技术融入课堂内外教学，着重培养新工科“卓越工程师”人才。因材施教，促进师生之间、学生之间的交流互动，资源共享和知识生成，教学反馈及时，教学效果显著。

教师实施轻混合式教学模式(图2)。根据本校校情、学生学情和课程难易程度，设置好线上线下教学资源，督促学生课前预习，教师分析学生学习成效，及时调整教学策略，强调章节知识重难点，鼓励学生拓展训练。教师及时跟踪学生学习情况，与时俱进并持续改进，为学生快速达成学习目标和实施“三全”育人而不懈努力。与此同时，在实施轻混合过程中建立“五学”教学支撑(图3)，具体包含导学、助学、督学、促学和拓学等措施[3]，调动学生学习的内在驱动力，激发学生学习兴趣，践行“课程思政”“立德树人”“新工科”和产出导向等理念，树立学生正确的人生观、世界观和价值观，培养他们终身学习的能力，培养学生养成良好的爱岗敬业、实事求是、科学严谨、勇于创新、追求卓越的职业精神和伦理责任；树立科学经济、安全健康、环保务实的实验设计及数据处理理念。倡导积极向上向善、团队协作、妈祖大爱的学习、生活和工作态度，立足学科与行业领域，从而培养学生成为具有国际视野、家国情怀、使命担当的社会主义接班人。

图3 轻混合教学支撑“五学”

通过“一团队、两关系、三目标、四优化”，实现“显性课堂”与“隐性课堂”相结合。修改课程目标，补充包含体现社会主义核心价值观在内的价值目标。教师授课时，将课程从第一课堂延伸到第二课堂(大学生创新创业训练、互联网+、科研项目、参与教师科研项目、社会调查、学科竞赛等)，即从课堂内的理论知识的讲解延伸到所学知识与现实生活的关系。

2.4.4 优化评价机制

优化评价机制，建立科学的评价体系。对标课程目标，践行产出导向理念，构建包含线上线下、指标及量标的评价机制，促进学生达成课程学业目标，增强学生刻苦学习的收获感。成绩的评定采取平时课堂成绩(40%，含实践成绩)、阶段性考核(期中考试20%)和总结性考核(期末成绩40%)相结合的方式进行评定(详见图4)。建立科学的分析与评价体系[3]，有利于全过程、全方位、全员评价学生学习效果。学生在省级以上大赛获奖或科研项目立项，发表CSCD论文或申请专利均可在“实践成绩”部分直接获得80%的权重分，相应校级的奖励或成果可在“实践成绩”部分直接获得60%的权重分。

图4 “实验设计与数据处理”评价机制

3 “轻混合”实施成效

经过对“轻混合”式教学改革的持续优化、教学方案的完善和更新、学习资源的补充建设、更有效的学习支架的搭建，提高学生的学习成绩、实践能力提升、升学率和就业率，同时也提升了课程思想性、挑战度，积极发挥“一流课程”示范引领作用。

4 结束语

根据我校校情和学情，“实验设计与数据处理”课程采用“轻混合”教学模式，“因地制宜”融入课程思政教育，坚持问题导向和案例式教学、坚持“五学”教学支撑和科学评价机制，实施“一团队、两关系、三目标、四优化”的教学思路、教学设计和教学实施的课程建设体系，符合“新工科”“以学生为中心”“持续改进”“产出导向OBE”“三全育人”和立德树人等理念，利用超星泛雅网络空间构建互动式、开放式、即时式、可复制、可维护、可共享的“轻混合”教学平台，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，将学科资源、学术资源转化为育人资源，实现“知识传授”和“价值引领”有机统一，推进“课程思政”的“三全”立体化育人工作。