基于OBE理念的混合教学模式在仪器分析实验教学中的探索与实践

蔡盼圆 干雨 刘开永 许媛媛

摘 要：通过对仪器分析实验教学的探索与实践，提出OBE教育理念指导下的“线上+线下”与虚拟仿真实验相结合的混合实验教学模式。基于OBE教育理念，结合预防医学学科专业特点，采用“线上+线下”与虚拟仿真相结合的混合式教学模式，注重学生的创新意识和创新能力的培养，由传统的单一的实验教学模式转变为以学生为主导的教学模式改革；多元考核评价体系的构建有利于客观、精准地对学生的实验成绩进行评估。

关键词：OBE理念；混合教学模式；仪器分析；实验教学

中图分类号：G4  文献标识码：B

Exploration and  Practice of Mixed Teaching Mode

in Instrumental Analysis Laboratory Teaching Based on OBE Concept

Cai Panyuan Gan Yu Liu Kaiyong Xu Yuanyuan*

Anhui Medical University AnhuiHefei 230032

Abstract：Based on the exploration and practice of instrumental analysis laboratory teaching，the mixed laboratory teaching mode of "online+offline" combined with virtual simulation experiment under the guidance of OBE education concept is proposed.Based on the concept of OBE education，combined with the specialty characteristics of preventive medicine，the mixed teaching model of "online+offline" and virtual simulation is adopted to pay attention to the cultivation of students' innovative consciousness and innovative ability.From the traditional single experimental teaching mode to the studentled teaching mode reform to improve the traditional instrumental analysis laboratory teaching problems.The construction of multiple assessment and evaluation system is conducive to objectively and accurately evaluating students' experimental results.

Keywords：OBE concept；Mixed teaching mode；Instrumental analysis；Laboratory teaching

“儀器分析”课程是预防医学专业本科生的基础课程，对预防医学专业人才培养具有重要意义，科技的进步和发展使得大型仪器已经广泛应用于医学检测分析领域，与传统的化学分析方法相比，大型仪器的特点是灵敏度高、检出限低和快速智能。“仪器分析”课程由理论教学和实验教学两部分组成，理论知识指导学生选择合适的检测仪器和分析方法，系统、规范的实验操作可以加深学生对仪器原理、仪器构造和仪器分析方法等理论知识的理解。仪器分析实验主要内容为各类大型仪器的操作使用和维护，学生通过理论知识、实验操作步骤和记录、处理实验数据的训练和学习，巩固“仪器分析”课程相关理论知识，为学生毕业论文设计、科研实验的开展或毕业后工作提供实践指导［1］。大型仪器基本实验操作技能的掌握有利于培养学生的科研意识、科研素养和创新实践能力，以适应当前社会发展对人才培养提出的新要求［23］。

OBE（OutcomeBased Education）是一种以学生学习结果为导向的教育理念，强调教育教学必须以实现预期的学习成果为重点，在整个OBE教学理念中，学生的高度参与始终是教育的中心，所有教学环节必须围绕着学生展开［45］。OBE教育理念指導下的教育教学改革，对解决当前学生毕业后个人能力与社会需求不匹配的问题具有重要指导意义。医学类人才在社会发展中发挥着重要作用，对保障人类健康和人民生活质量具有重要作用［6］。本文以预防医学专业“仪器分析”课程教学存在的问题为出发点，提出OBE教育理念下的混合教学模式在仪器分析实验教学改革中的初步探讨，探索融入虚拟仿真技术的“线上+线下”的混合教学模式改革，以期充分调动学生学习的主观能动性，提高学生实验课堂参与度和积极性，使实验课堂更高效培养学生的实践操作能力，提高学生实验教学过程的学习积极性和参与度；通过构建多元评价考核体系，完善仪器分析实验教学考核模式，提高仪器分析实验课程教学质量，培养专业知识、能力和综合素养全面发展的预防医学专业人才，探索符合当今社会发展需求的人才培养方案，为复合型预防医学人才的教育和输出提供更加科学的培养模式。

1 现行实验教学模式与人才培养需求有失匹配

扎实的专业知识和过硬的实验操作技能是当前预防医学专业人才培养的重要内容，现行传统的实验教学模式还无法完全达到当前人才培养需求，加强预防医学专业学生实验操作能力的培养是当前仪器分析实验教学面临的难题。让每个学生都实际参与到实验操作中，培养学生协调合作、发现问题、分析问题和独立解决问题的能力，为复合型预防医学人才的培养提供保障，探索预防医学专业仪器分析实验课程教学改革。

1.1 教学模式单一

传统的实验教学模式是教师课堂讲授实验原理、操作步骤和注意事项，学生按照讲义进行机械的实验操作、获得实验结果和提交实验报告的过程，涉及的实验也多为验证性实验［7］。学生在实验课前虽然已经学习了仪器分析相关理论知识，但对实验操作过程、仪器操作程序和实验方法选择等实验内容的预习环节所占比重较少，对整个实验课程的学习缺乏自身的思考。学生进入实验室后，教师讲授实验原理、实验步骤和仪器操作步骤，并进行实验操作演示，学生根据讲义按部就班地完成试剂配制、仪器操作和数据记录，机械的实验操作贯穿于整个实验过程。学生虽然了解基本实验操作步骤，但对实验实操过程中的考核知识点和规范的实验操作技能还无法完全掌握，对实验中产生的误差缺乏思考，学生以照着实验课本抄写实验目的、实验原理、实验步骤和注意事项的形式撰写实验报告，没有学生个人思考和创新点的融入，因此学生提交的实验报告千篇一律。这种被动式教学方式不利于学生自主思考和创新合作能力的培养。

1.2 实验教学资源有限

仪器分析实验教学需要各类大型仪器设备和理化分析实验室，实验仪器价格昂贵，使用和维护成本高，并且需要专业的实验技术人员进行管理和维护保养［8］。我院仪器分析实验课程多为分组教学，一般3～5位同学为一组合作完成实验项目，由于实验仪器数量不足、实验教学时间和教师资源有限等问题无法使每个学生都能进行一套完整的实验操作流程，教师也无法及时纠正每组同学实验过程中的错误操作。另外，在学生没有预习的情况下进行实验操作，经常因为试剂配制错误造成实验材料浪费，增加实验成本；仪器操作不当使实验仪器出现故障，课程进度拖慢导致教学效果不理想。

1.3 教学内容陈旧

仪器分析实验课程是依附其理论课开设，仪器分析实验课程内容单一，且多年来内容没有更新；多数实验以验证性实验为主且实验操作重复较多，综合性和设计性实验所占比重较少；“仪器分析”课程各部分内容之间相互独立缺少连贯性，并且实验课堂教学内容与专业理论知识联系不够密切，缺乏实验内容与实际案例的结合，脱离生产和生活实际，使学生认为课堂所学与实际工作联系不大；知识的碎片化使学生学习效率低下，无法将所学理论知识与实验技能操作融会贯通，并且学生在实验过程中缺少独立思考过程和机会，对仪器分析实验这门课程无法形成完整认知［9］。目前的实验课教学模式不利于学生对原创性实验的探索和实验过程中创新能力的培养。

1.4 考核方式单一

实验课程的考核总评成绩包括教学过程和教学结果考核两部分内容。教学过程（包括考勤、实验操作过程、实验报告和课堂测验等），教学结果主要是期末考核（考核理论知识或者某一实验的完整操作过程）。由于仪器分析这门课程为30人班教学，学生人数较多，教师在课堂教学过程中无法关注到每位学生的完整实验操作过程，因此对于平时成绩的考核无法做到精准把控。仪器分析实验是一门操作性极强的课程，考核方式的完善有利于学生知识体系的形成和应用。

1.5 数字教学资源对传统实验教学模式的冲击

教师讲授和演示—学生观看—课后撰写实验报告的传统教学模式无法满足当下复合型预防医学人才的培养需求，受上课时间和空间等客观条件限制，学生在时间相对紧凑的情况下需要完成全部实验操作内容，无法对实验进行探索和创新。网络信息技术辅助手段和网络教学平台的建设，虚拟仿真教学作为一种数字教学资源共享模式正不断冲击着传统的实验教学模式，对推行实验教学模式改革具有重大意义，从以教师为中心转变为以学生为主导开展实验教学，教师在课堂上发挥指导作用，虚拟仿真凭借其独特的优势和特点，不断冲击着传统的实验教学模式，为提高实验教学质量和效率提供了重要手段。

2 混合教学模式的设计与实施

2.1 混合教学模式的设计

以仪器分析实验课程教学大纲和现行实验教学模式存在的问题为出发点，设计适合我院仪器分析实验课程的“线上+线下”与虚拟仿真实验相结合的教学模式，包括课前、课堂和课后三个部分。课前，教师通过雨课堂线上提前发布实验课相关内容和预习要求，学生学习讲义中基本理论知识后在线上虚拟仿真系统进行虚拟实验操作练习，学生通过自主学习发掘问题，及时与教师和同学交流讨论或带着疑问进入课堂学习；课堂教学是在OBE教育理念的指导下，教师对学生预习中的问题进行答疑解惑，通过提问的方式引导学生理解实验原理和操作步骤，重点强调实验操作知识点和注意事项，通过与学生交流互动指导学生完成线下实验操作环节；课后，学生通过虚拟仿真平台完成虚拟实验练习和测评习题，对课堂知识进行加深和巩固并撰写实验报告。

2.2 混合实验教学模式的实施

2.2.1 课前自主学习

（1）雨课堂平台的自主学习：教师通过雨课堂发布仪器分析实验课程的教学讲义（包含教学目标、实验目的、实验原理、实验步骤、注意事项和思考题）和实验操作视频，学生根据自己的時间开展课前预习，通过线上平台完成预习工作。学生在预习过程中遇到的问题可以及时与教师和同学交流讨论，也可以将自己的问题带入线下课堂教学，在课堂教学中寻求答案。这种课前自主学习模式可以满足不同认知速度和接受水平的学生对理论知识的理解和吸收，结合线上教学资源，充分调动学生学习的主动性，将知识点的被动传输转变为主动吸收。雨课堂的应用有利于有效跟踪学生学习效果，对课程的评价机制的建立和教学改革具有重要辅助作用。

（2）虚拟仿真平台的操作练习：通过对实验讲义的预习，学生利用虚拟仿真平台进行完整的实验操作流程，如试剂的配制、仪器的开关机流程、仪器操作步骤、分析方法的建立、标准曲线和样品的检测以及实验数据的处理等。以原子荧光光谱法测定砷含量实验中砷标准应用液的试剂配制为例，为学生提供了有购买于国家标准物质中心砷标准储备液（GSB0417142004）、容量瓶、吸量管和洗耳球等，学生通过计算得出砷标准储备液的需求量，采用逐级稀释的方法，单次稀释不超过100倍，用吸量管吸取砷标准溶液、容量瓶定容的方式，最终稀释为20μg/L的砷标准应用液备用。对操作错误的步骤重点关注，学生也可以通过主动预习的方式以更好地理解和掌握实验原理和操作知识点；教师通过平台及时查看学生预习情况，获得反馈并及时解决学生提出的问题。

2.2.2 课堂教学活动

教师通过对学生线上教学平台的学习和虚拟仿真操作练习反馈进行全面评估，针对学生的共性问题，引导学生进行课堂讨论，重点讲解学生操作错误较多的地方和注意事项，在线下课堂教学活动中，学生自由分组，分工完成试剂的配制、仪器操作和数据处理等步骤，整个实验过程中，学生起主导作用，在教师的指导下小组内成员通过沟通协调和交流合作共同完成实验内容；教师在整个实验过程中起辅助作用，教师有更多的时间纠正学生在操作中出现的错误，引导学生学会发现问题和解决难题。在完成实验操作后，教师针对出现错误较多的步骤和学生提问进行回答和总结，讨论本次实验课的重点内容和注意事项，并引导学生分享本次实验的心得体会和收获，不仅可以有效培养学生实践操作能力、合作协调能力、发现问题和解决难题的能力，还对学生综合素质的提升、科研思维和科研态度的培养具有重要意义。

2.2.3 课后教学反馈

课后，学生在虚拟仿真平台上对实验操作流程进行再次练习并完成测评习题，对自己课前预习和课堂实验操作的掌握情况进行评估，从而改进学习方法，提高学习效率；同时，学生根据实验数据撰写实验报告，实验报告除包含实验目的、实验原理、实验步骤、注意事项和实验结果分析外，还应当加入个人总结反思和心得体会，最后形成一篇完整的实验报告。教师通过实验报告和学生考试测评结果，评估学生对本次实验课的掌握程度；教师根据学生的反馈结果及时整理和总结整个实验教学过程中出现的不足和需要改进的地方，积极调整和优化实验教学方案；教师还可以利用线上教学平台向学生推送与实验课程相关的前沿科研资料信息，以改善实验内容陈旧的状况。

2.2.4 多元考核评价体系的构建

“线上+线下”与虚拟仿真实验相结合的实验教学体系是在OBE教育理念的指导下考核学生的综合素养、创新能力和实践操作能力，最终达到理想的教学效果。考核体系主要包括课前成绩（20%）、课堂成绩（30%）、课后成绩（20%）和期末考核（30%），该考核体系既强调教学过程的考核，也注重教学结果的考核。课前成绩主要考查学生自主学习能力和发现问题能力，提高学生学习的主观能动性；课堂成绩是对学生实践操作能力、合作协调能力和解决问题能力的考核；课后成绩则是对学生实验掌握程度和综合应用能力的评估。考核评价体系的构建有利于更加客观、精准地评估学生的实验成绩和知识掌握程度，促进学生知识、能力和综合素养的全面发展。

3 总结与展望

将基于OBE教育理念的混合教学模式引入仪器分析实验教学中，从传统单一的教学模式转变为以学生为主导的教学模式，打破时间和空间的限制，学生可以利用零碎时间进行预习和复习，提高学生学习的主动性和积极性；将虚拟仿真实验融入实验教学，多元化考核评价体系可以对学生的实验成绩进行精准评估，有效提升学生的综合素养、创新实践能力和综合应用能力。在数字教学资源的冲击下，开展OBE教育理念指导下的“线上+线下”与虚拟仿真实验相结合的混合教学模式改革，优化仪器分析实验教学体系，弥补传统实验教学的不足，加强预防医学专业学生实践操作能力的培养，提升学生就业竞争力和岗位胜任力，为进一步深化实验教学体系改革提供新思路，助力高水平公共卫生学院建设。

参考文献：

［1］许祯毅，范俐.食品质量与安全专业仪器分析技术实验课程改革探索［J］.武夷学院学报，2021，40（12）：9497.

［2］张伟，宋怀庆.基于微课和虚拟仿真实验平台的翻转课堂在仪器分析实验教学中的应用探索［J］.科技风，2022（23）：108110.

［3］陈毅挺，黄露，李艳霞，等.产教融合背景下的仪器分析课程建设［J］.化学工程与装备，2022，（08）：332334.

［4］王芬.OBE理念下工科专业的分析化学实验教学改革［J］.广州化工，2022，50（9）：208210.

［5］王一男，杨冬芝，赵子明.基于OBE教育理念的医学院校分析化学课程教学改革探索［J］.卫生职业教育，2020，38（17）：2829.

［6］薛亚光.公共卫生与预防医学人才培养模式研究［J］.科学咨询（教育科研），2022，（09）：5759.

［7］王会镇，郭芸芸，赖鑫悦，等.“线上”+“线下”混合式仪器分析实验教学模式的建立与运行［J］.广州化工，2022，50（12）：174176+179.

［8］胡晓雨，宗蕊，叶能胜.虚拟仿真技术在仪器分析实验教学中的应用［J］.中国现代教育装备，2021，（13）：3942.

［9］肖玉涵，王佳艺，张悦.仪器分析实验“三点一线”式教学模式探索［J］.特产研究，2023，45（03）：187190.

基金项目：安徽医科大学公共卫生学院预防医学国级一流专业建设规划项目（No：AHMUPM3015）

作者简介：蔡盼圆（1996— ），女，汉族，安徽宿州人，硕士研究生，助理实验师，研究方向为生殖发育毒理学。

*通讯作者：许媛媛。