疫情防控时期分析化学线上线下实验教学模式研究

纪万里，杨志钧，王小芬，陆 叶，贾冬玲，张宜凡

上海健康医学院药学院， 上海 201318

自2020年新冠肺炎疫情暴发以来，人们的工作、生活发生了较大的转变，已经造成全球经济萎靡不振。当前，疫情反复肆虐，给高校的实验教学带来了前所未有的影响和挑战，也为高校信息化教学提供了发展的空间[1-2]。根据教育部“停课不停学”的要求，各高校线上教学普遍展开[3]。其中，实验教学不同于理论教学，理论教学线上授课平稳有序，然而实验教学涉及仪器、场地、操作等方面，在疫情反复出现的情况下，如何保证实验课教学的质量，是当前面临的主要难题[4-6]。分析化学是医药类专业的必修基础课程，是研究物质的结构、组成和结构形态的一门科学，也是贯穿于多个学科的重要分析技术[7]，其内容涉及化学分析法、仪器分析法等定性、定量分析方法，相关的理论和实验方法，为后续专业课的学习起到铺垫作用[8]。按照教学目标要求，实验课和理论课学时相当，学生实验操作的水平直接关系到后续专业课的实验学习。基于此，笔者尝试在疫情防控时期背景下，从分析化学实验教学的实际出发，将线上线下混合式教学法应用于分析化学实验教学中，以期在疫情防控时期更好地培养学生实验操作能力。

1 分析化学实验课程开展线上线下教学模式的研究背景

分析化学实验是分析化学重要的组成部分，是培养学生实验操作动手能力的重要途径。随着互联网、大数据、信息时代的到来，信息技术被广泛应用于线上教学，多种形式的线上与互联网共享学习资源相结合的模式冲击着传统课堂教学[9]。为顺应时代发展，更好地服务于教学，满足学生的学习需求，传统课堂教学必须进行一定的改革[10]。因此，线上线下混合式教学模式便在各个高校应运而生，该教学模式较好地结合了网络教学和传统课堂教学面对面的方式[11]。有文献报道显示，线上线下混合式教学法在分析化学课程的应用为培养专业性人才奠定了良好的基础[12]。在混合式教学模式中，已构建的分析化学精品资源为共享课程，可实现学生自主学习的目的，以及线上教育与传统课堂教育的深度融合。分析化学实验包含化学分析法和仪器分析法，其中仪器分析法对设备要求较高，不能单纯地依赖线上教学，还须保留传统的课堂教学模式。通过线上讲授相关的实验原理、知识点，构建线上线下混合式的教学新模式，不断地解决实验课受限问题，学生既可以通过线上精品课程学习实验操作技能，又可以通过线下自己动手操作仪器，更好地实现药学本科专业人才培养目标，这也是分析化学现代化教学改革的方向[13]。

2 线上线下混合式教学模式设计

2.1 线上资源平台建设

根据分析化学章节实验教学培养方案，采用超星学习通平台(以下简称“学习通”)构建线上学习资源，包括课程公告、课程章节内容、教师授课课件、微课、视频资料、国家精品课程链接网址等。学生通过线上学习资源进行课前预习，所设置任务点对学生学习情况进行监督。通过课前的预习，学生对所学章节内容有所了解，并带着问题到线上、线下课程中，从而提高学习效率。

以章节实验“酸碱滴定练习”为例，在学习通上构建线上资源，包括分析天平的称量方法(差减称量法)、滴定管、移液管和容量瓶的使用操作视频资料，氢氧化钠和盐酸标准溶液的配制和标定的实验操作视频，链接大学生慕课酸碱滴定分析法的视频资料。学生课前观看学习，充分了解酸碱滴定的基本操作，帮助学生更好地理解和掌握实验相关的理论、设计思路以及注意事项等。在线上进行实验授课时，教师根据学生的预习情况和反馈的实验问题，归纳总结进行授课，从而提高实验教学效率。运用腾讯会议线上授课时，可采用课堂互动、讨论、随堂练习等教学手段。例如，在观看相关酸碱滴定分析法的视频时，边播放、边讲解实验操作要点；可采用随时签到、增加一些知识点的抢答等方式避免学生“溜号”行为。此外，在线上可进行实验分组，以小组讨论的形式进行实验汇报，内容包括实验目的、实验原理、仪器和试剂、实验步骤、实验结果、结论以及实验心得体会，进一步调动学生学习的积极性，发挥学生的主观能动性，提高学生实验学习的兴趣。苏格拉底的至理名言“教育是点燃火焰”，充分说明教育本质就是让学生喜欢学习，虽说线上教学不如线下教学的互动性好，但一样可以点燃学生实验学习的兴趣之火，即使是在疫情时期，亦是如此。

2.2 构建虚拟仿真实验平台

实验教学不同于理论教学，实验教学要求学生充分发挥动手实操能力，才能体会到实验操作的每一步的细节。在疫情防控时期，虚拟仿真实验在各大高校普遍开展。虚拟仿真是基于信息平台的系统化软件，可将复杂的实验操作及原理可视化，具有强大的自主性、交互性、开放性的特点[14]。虚拟仿真最初应用在各种游戏中，其身临其境的3D虚拟环境，让游戏爱好者流连忘返。目前，虚拟仿真技术广泛应用于军事、医疗、教育等多个领域，在高校实验教学中呈现多元化的应用[15]。上海健康医学院以北京欧倍尔作为软件平台，构建虚拟仿真资源。以酸碱滴定分析法为例，该虚拟仿真实验资源建立了电子分析天平的使用、滴定操作练习、盐酸和氢氧化钠标准溶液的配制和标定等虚拟仿真软件(如图1所示)。在线上授课时，教师发布虚拟仿真平台云课堂网址、软件安装方法、运行环境等，学生可提前进行安装、调试及操作演示。在线上授课时，教师以演示授课的方式对虚拟仿真实验进行讲解，即运行虚拟仿真软件，通过每一步的实验模拟操作演示，让学生充分掌握滴定操作要领，如天平的使用、滴定管润洗、排气泡、逐滴的滴定、半滴的操作、终点颜色的判断、滴定管的读数、数据的记录及处理、实验报告的书写等。教师演示后，学生自己操作练习。实验完成后，系统平台进行评分，对学生实验情况进行评价。学生可以先通过演示模式学习，熟练掌握后再进行考核模式，以考察其对实验操作技能的掌握情况。虚拟平台将实验步骤设置成操作模式，结合3D的虚拟实验场景，从而增强实验的趣味性，并提高学生学习的积极性。

图1 分析化学虚拟仿真操作环境

2.3 线下实验教学设计

根据线上授课及学生反馈情况，增加学生自主观察项目以及师生互动；对于课堂教学，引入小组讨论方式和翻转课堂，让学生充分简述实验内容；教师结合学生的PPT讲解、实验仪器演示，对学生的汇报情况进行总结和提炼，注重引导学生设计实验。例如，如何选择合适浓度的标准溶液进行滴定、滴定管和移液管等。学生通过前期的线上学习、虚拟仿真实验的练习，自主进行实操训练，期间学生可在小组长的带领下组织讨论和翻转课堂，从而提高分析问题、解决问题及团队合作的能力；教师可通过巡视和答疑，课后在学习通发布相关的测试题，从而对学生线上线下学习进行有效的评估。从线上教学到虚拟仿真实验，最后到线下课堂教学，形成了比较完善的教学体系，对于分析化学实验也是一种尝试和探索，分析化学实验线上线下混合式教学模式如图2所示。

图2 分析化学实验线上线下混合式教学模式图

3 建立混合式教学学习评价机制

在原有的分析化学实验考核评价的基础上，根据线上线下教学模式的特点，设置相应的考核评价方式，包括线上资源的任务点考核、课堂互动情况、小组汇报情况、虚拟仿真实验成绩以及线下提交实验报告成绩(如图3所示)。学生在完成虚拟仿真实验操作后，线上提交实验报告，交由教师进行批阅评价。在做虚拟仿真实验时，为合理地评价学生的实验操作情况，在实验报告中附有虚拟仿真实验的截图和视频素材。在线下实验操作中，小组讨论汇报成绩由教师进行评价，学生完成线下实验报告，实验报告应附有滴定终点的截图，主要考核学生滴定终点判断是否准确，提交原始数据记录，完成后交由教师进行批改，给出实验报告成绩。教师根据线上线下实验情况进行汇总评价，确定学生此次实验课的最终成绩。

图3 线上线下混合式教学模式评价机制

4 实践教学效果评价

4.1 实验考试成绩对比分析

此次线上线下混合式教学模式应用于该校药学本科1班的实验教学。学期结束后，分别对线上资源、实验考核方式、实验教学方式等进行全过程的评价。对于线上资源，学习通根据学生章节测验、视频、课件等资源的完成情况进行评分。实验考核方式包括小组汇报和实验操作考试，线上考试以虚拟仿真实验计算成绩，最后综合评价学生的成绩。经过线上线下教学以及考核方式的实践教学后，学生成绩大幅提升，参与该模式试点的学生平均成绩达到90分，明显高于传统实验教学的学生成绩(85分)。这说明在疫情防控时期，采用线上线下混合式教学方式对于分析化学实验教学的效果是显著的。

4.2 学生对混合式教学满意度调查分析

针对此次线上线下混合式教学模式的评价，参与的学生在学习通填写教学效果评价表，调查结果显示，有82%以上的学生对该教学模式表示赞同和认可，认为线上学习资源有利于其实验内容的学习，更好地理解实验操作的细节和注意事项，对于其实验学习帮助很大。此外，有87%的学生认为通过此次教学模式的学习，更好地促进其自主学习的能力，提高学习的积极性。此外，通过该学期的实验教学，学生实验成绩普遍有所提高，明显高于采用传统教学模式的教学班。

5 讨论

5.1 开展线上线下混合式教学模式的优势和发展

分析化学是研究物质的组成、结构和形态等化学信息及技术的学科，具有很强的实践性。因此，分析化学实验在教学中尤为重要。然而，受到时间、场地和仪器的影响，传统的实验教学已经很难满足实训要求。特别是在疫情防控时期，不确定的因素很多，有必要开展线上教学，借助互联网信息技术的发展，网络课程、学习资料、虚拟仿真实验可提供较好的平台，且不受学习时间、场地及仪器的限制，可提高学生学习的自主性；在平台中，学生可及时反馈教学过程中的问题及学习效果，从而实现教学相长。因此，此研究采用线上线下混合式教学模式并将其应用于实践教学中，取得了较好的教学效果。在此次研究中，通过课前、课中、课后全过程的线上线下教学密切配合，教学效果显著：在课前，学生积极完成教师发布的任务，教师根据学生的学情及时调整线下教学方案，使得教学更有针对性；在课中，通过线上签到、互动、测验等教学环节，对线下教学活动有所呼应，更好地提高教学效果；在课后，学生对线上课堂复习总结，从而更好地巩固教学效果：总之，线上线下混合教学模式是对传统课堂教学的一种更好的补充，是应对创新型人才培养的探索与实践。

5.2 混合式教学效果的总体评价

该研究显示，通过线上线下混合式教学，更好地满足教师进行分层次教学和学生“个性化”学习，对于教师和学生都有较好地促进作用。

从学生层面来说，学生成绩大幅提升，参与该模式试点的学生平均成绩达到90分，明显高于传统实验教学的学生成绩(85分)；从学生问卷调查的结果来看，有82%以上的学生赞同该次混合式教学模式，认为该模式让学生能够从比较细微的细节来掌握实验基本操作，有利于掌握理论及实践知识；通过小组汇报的方式能更好地培养团队合作能力，增强其分析问题、解决问题及提高语言表达能力，使每个学生都得到锻炼的机会。

从教师层面来说，使教师的学术业务水平得到较大的提升，有利于其教学方法的改进，教学态度有所提高，且教学效果明显。混合式教学模式是线上线下“两条腿”合作前进，突破了实验课程学习中时间和空间的限制。此外，让学生有较大的学习主动权，给予教师及时掌握学生在课前、课中及课后的学习情况，以便更好地给予引导，使学生在学习过程中遇到的问题得以迅速解决。对于学习主动性不强的学生，可以实现差异化教学辅导。因此，在混合式教学中，“线上”和“线下”是其两个主要阵地，根据各自的教学特点，科学合理设计教学方案，规划好课前、课中及课后全过程的学习模式，不断地完善教学过程，改进教学方法，培养学生独立思考及解决实际问题的能力，从而实现创新性人才的培养要求。

5.3 线上线下混合式教学模式的思考

在疫情防控背景下，让更多的先进技术为教学所用，开展更深层次的教育系统结构性改革是教育现代化的需要。然而，无论时代如何发展，线下实验课堂教学仍然是不可或缺的，即使人工智能时代的来临，在以后的工作岗位上，仍然还是实际的仪器操作，人工智能也很难完全代替人类进行科学研究实验。混合式教学是一种创新性教学改革模式，需要教师及时转变传统教学观念，若不能很好地掌握新型的教学平台，教学效果则会大打折扣。由于分析化学课程实验理论较强，知识点繁多，线上视频资源枯燥和死板，易引发学生厌学的情绪，这就要求教师不断地优化教学内容，灵活采用多种教学方式，使得课程视频内容生动有趣，从而提高学生的学习兴趣。此外，线上和线下有着各自的特点，需要进行深度融合，相互辅助、互为补充，借助两者的优势，更好地服务于教学，不断地提高学生实验学习的积极性，在线上线下互动教学中培养学生的创新能力和团队合作能力，这才是实验教学的根本意义之所在。

总之，线上线下混合式教学模式是传统课堂教育与信息技术深度融合的结果，具有较好的发展前景。教师要积极探索线上线下混合模式在教学中的应用，及时发现教学模式中的欠缺并及时修订，不断地完善适合学生特点和培养目标的教学模式。该研究显示，线上线下混合式模式在分析化学实验中教学效果满意，明显提高学生的实验成绩，受到学生的普遍欢迎，可为后期全面开展该教学模式打下坚实的基础。当前疫情防控背景下，作为教育工作者，只有不断地总结在线教学经验，顺应时代变化，积极创新，在新时代教育现代化新征程中阔步前进，迎难而上，不断地提高教学效果和教学质量，实现教书育人的根本目的。