“无机及分析化学实验”混合式教学改革与实践

俞远志 刘赫扬 张立庆

[摘 要] 为培养具有自主学习能力、知识拓展能力的高素质专业技术人才，顺应“互联网+”时代下的教育发展大潮，从课程学时少、课程资源不适应碎片化学习等制约浙江科技学院“无机及分析化学实验”教学效果提升的主要问题着手，对各个实验项目中共性关键实验技术进行提炼。引入了“微课+翻转课堂”的教学模式，并进一步优化课程评价，实施了线上线下混合式教学改革与实践，为今后进一步研究和完善该课程的教学方法，并提高教学质量提供参考依据和经验。

[关键词] 无机及分析化学实验;线上线下混合式教学;教学改革

[基金项目] 2018年度浙江省高等教育“十三五”第一批教学改革项目“聚焦‘复杂工程问题’解决能力培养，构建‘翻转课堂+BOPPPS教学设计’融合的‘高分子化学’课程教学体系”（jg20180213）;2018年度浙江科技学院课堂教学改革项目“高分子化学”（2018-kj11）

[作者简介] 俞远志（1976—），女，浙江桐乡人，硕士，浙江科技学院生物与化学工程学院工程师，主要从事基础化学实验研究;刘赫扬（1979—），男，江苏苏州人，博士，浙江科技学院生物与化学工程学院、环境与资源学院副教授，主要从事化学工程与技术领域研究;张立庆（1963—），男，浙江杭州人，学士，浙江科技学院生物与化学工程学院教授，主要從事基础化学理论及实验研究。

[中图分类号] G640 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）01-0046-04 [收稿日期] 2021-07-06

引言

“无机及分析化学实验”是无机及分析化学教学的重要组成部分，也是高等学校化学工程、生物工程、轻化工程和环境工程等化学近源专业的一门必修基础实验课。该课程通常面向相关专业一年级新生开设，是学生进入大学后接触到的第一门关于基础化学实验方法和实验技能训练的课程，其重要性不言而喻。因此，“无机及分析化学实验”的教学研究一直受到各个高校和广大师生的高度关注。随着信息化和互联网技术的高速发展，微课、MOOC、SPOC等线上教学模式不断涌现，为传统的课程教学注入了新的活力。线上线下相结合的混合式教学模式，正在被越来越多地应用到各类理论与实验教学中。浙江科技学院“无机及分析化学实验”教学团队在浙江省精品在线开放课程建设项目，以及浙江省高等教育“十三五”教学改革项目等的支持下，通过实践，探索构建基于微课和翻转课堂的“无机及分析化学实验”线上线下混合式教学新模式，在“无机及分析化学实验”教学质量提升方面取得了一定的成果与经验。

一、“无机及分析化学实验”课程现状分析

“无机及分析化学实验”是由无机化学实验和分析化学实验两门基础实验课程整合而成，但其授课学时通常低于上述两门课程的授课学时。浙江科技学院自2000年开设“无机及分析化学实验”课程以来，伴随着近年来高校教学体系改革，许多高校的基础学科总体授课学时不断压缩，笔者所在院校的“无机及分析化学”实验课程学时也在不断减少。目前本校“无机及分析化学”实验课程学时仅有48学时，教学内容上偏重于分析化学实验，且与“无机及分析化学”理论课程（64学时）的学时数比为0.75∶1，远低于1∶1～1.2∶1这一化学基础实验课与理论课学时数比例的一般要求。这就导致了一些重要的实验操作往往只能出现在某一个实验项目中。例如，无机制备操作仅在“硫酸亚铁铵的制备”这一个实验项目中涉及，基本上属于“一遍过”，学生学完就忘，更别提能规范操作了。此外，在课堂教学方面，由于考虑到该课程的授课对象是实验技能基本为零的一年级本科新生，因此，主要采取先由指导教师详细讲解实验原理、操作步骤和注意事项，并对实验过程进行演示，再由学生独立完成实验的方式进行，导致实验课时间总体较长，还常常会出现超过预计时间的情况（例如3学时的实验需要花4～5小时的时间才能完成），严重影响了学生的学习积极性。因此，如何在学时少的情况下，将无机化学实验与分析化学实验两门课所涉及的实验方法与技能，更高效地教授给零起点的一年级本科生，是“无机及分析化学实验”的教学重点和难点。

自2000年“无机及分析化学实验”独立设课以来，浙江科技学院无机及分析化学教学团队开展了一系列课程建设工作，并于2004年被评为浙江省精品课程。建设丰富的课外学习资源以充分支持不同层次、不同知识结构的学生开展自主学习是课程建设的重点之一。同时，考虑到实验是以实践为主的课程，书本自主学习往往比不上视频演示更直观、有效，2008年起，教学团队将“无机及分析化学实验”课程各个实验项目的基本原理和具体操作步骤都录制成了学习视频，并将其纳入了基于Blackboard平台的“无机及分析化学”网络课程中，为“无机及分析化学实验”教学提供了有效的支撑。然而，随着学生学习习惯的不断变化，原有的“无机及分析化学实验”网络学习视频单个文件时间过长（30分钟左右），不利于学生开展碎片化学习，因而越来越不适应于当前的“移动互联网+”教学形势，学习视频的实际利用率也不断下降，并进一步影响到课外预习环节的质量，乃至整个实验教学的质量。另外，由于原有学习视频是基于各个实验项目录制的，缺少对各个实验项目中共性关键实验技术的提炼，且仅侧重于展示正确的实验操作规范，而缺少对错误实验操作的整理归纳与分析。从而导致许多学生常常会在关键实验技术上犯了错误还不自知，对后续其他专业实验、毕业论文，以及课外科技创新活动与学科竞赛等教学环节的开展产生了较大的影响。此外，浙江省实施新高考改革后，进入近化类专业学习的大一新生中有10%～20%的学生高中时未选考化学，化学理论与实验基础相对薄弱，这一因素也给实验教学带来更多的不确定性。

二、基于微课和翻转课堂的线上线下混合式教学新模式的构建

微课是以微型教学视频为载体，针对某教学知识单元或教学知识点而设计录制的一种时长为5～10分钟、支持多种学习方式的视频片段，具有时间短、内容精、主题突出等特点。微课与移动互联网的契合性好，也更契合人的视频学习有效时长。借助微课的新型教学手段，建立“微课+翻转课堂”的线上线下混合式教學模式，有助于解决我校“无机及分析化学实验”课程中存在的问题。

（一）微课的设计与制作

在探索构建“微课+翻转课堂”的实验教学模式过程中，微课的设计与制作是关键一环，直接影响学生学习的积极性，乃至整个教学过程的教学效果。

首先是对微课视频内容进行筛选。教学团队根据“无机及分析化学实验”大纲和教学目标，从不同的实验项目中提炼出一系列经典技术模块，如洗涤、干燥、过滤、离心、称量、滴定、移液、定容、pH值测定等，以及若干常见易错操作，如试剂取用、溶液配制等，将它们选为微课视频内容的关注点。同时，为避免以往因视频时间过长带来的枯燥学习体验，对某些信息量较大的技术进行二级分解，如将称量操作分解为增量法和减量法，将滴定操作分解为酸式和碱式滴定管操作等，同一系列既相互联系又能独立学习。每个视频时长定为5～10分钟，一个视频只负责讲透某一种基本操作，这样分配给每个实验技术的时长就比较充足。一方面能把以往因时长问题一笔带过的重要细节进行详细讲解（例如，在讲授称量技术时，对“电子天平使用前如不处于水平状态该如何调节”的问题），让学生通过学习能明白如何才是真正会用仪器，碰到问题如何自行处理，从而减少实验误差;另一方面，可以将该实验技术的常见错误操作也加入微视频，在幽默诙谐的画面中令学生看到平时出现在他们身上的各种问题，从而加深印象。

其次是对每堂微课的素材进行整合，从如何能吸引学生观看着手：（1）提出应用实例、引出实验技术;（2）技术原理讲解、正确操作演示;（3）课程内容小结;（4）错误操作示范;（5）预留思考题等五个部分进行微视频脚本制作。因为实验视频所涉及的物品和对象较多，所以脚本制作时需要充分考虑拍摄场景布置、仪器药品准备、拍摄流程、人物与物品的位置、实验细节的正确展示、内容切换等各个方面，在实验细节展示时可采用动画方式以增加趣味性。

最后是按脚本进行视频拍摄和制作。视频拍摄主要采用摄像机完成，录制得到源文件后用爱剪辑等软件进行修剪和合成，在初步剪辑的基础上，经过反复纠错、字幕与视频匹配的修改、核对和动画植入，最后进行配音、配乐，视频制作才算完成。

（二）线上线下混合式教学模式的实施

课前，教师通过移动教学App或浙江省精品课程在线开放课程共享平台发布微课视频。前者适用于小班教学，教师可随时查看学生学习情况，并能及时与学生交流;后者受众较广，便于各年级学生学习观看，可以得到更客观的反馈信息，但在互动及时性上略差。教师要求学生在课前完成实验项目视频及实验技术微课视频的自主学习，在规定时间内上交预习报告，并回答预习思考题，教师通过批阅报告收集学生在预习过程中遇到的疑问和想法，了解学生的自主学习情况，并依此调整课堂讲授内容。课中，教师以实验项目原理和步骤为讲授重点，对实验技术仅根据预习情况做少量演示，将主要课时留给学生动手进行实验。学生完成实验项目后通过移动教学App当场提交实验数据，教师可就实验结果中出现的问题与学生进行即时交流和讨论，引导学生对整个实验过程和实验操作进行思考，内化所学知识，完成课堂翻转。课后，学生完善并提交实验报告，教师对总体完成情况进行点评。

以“混合碱液成分分析”（3学时）实验为例，课前要求学生预习实验内容、完成移液操作（微课）学习、复习酸式滴定管操作（微课），布置课前思考题：描述测定过程的实验现象，并对将会显著影响结果精密度的操作环节进行预测。学生线上提交预习报告，教师根据学生完成情况打分（微课学习占30%，预习报告质量和思考题完成情况占70%）。课堂上，教师用15～20分钟完成讲解，对极易产生误差的步骤进行重点演示。学生独立开展实验（2小时），完成后线上提交原始数据，教师利用事先编辑好的Excel表格陆续对上交的数据进行快速处理，与理论含量进行比对并计算结果的相对平均偏差，当有近1/3的学生提交完数据后，教师开始与学生就准确度和精密度之间的关系问题进行讨论，并引导学生再次思考如何减少操作中的误差以提高准确度和精密度（30分钟）。课后，学生完善并上交实验报告，教师统计所有学生的实验结果和成绩分布，对该次实验的总体完成情况进行反馈。

在这一教学模式中，为达到预期的教学效果，有效的课前自主学习是关键。为此，在课前，教师应清楚具体地发布预习任务，预习思考题应着眼于将实验项目与实验技术充分结合，训练学生对实验现象和实验结果进行预测，引导学生对可能出现的错误操作及其结果进行分析。在课中，教师着重讲解学生在预习后仍然模糊或把握不了的关键操作步骤，而不是重复微课视频中已有详细讲解的实验技术，逐步培养学生的自主学习能力和创新思维能力。课程评分体系方面，对所有的预习内容进行量化考核，并大大提升预习环节在课程总评成绩中的占比（增至40%），促使学生充分认识到课前自主学习的重要性，也提升学生的学习积极性。

（三）学习效果调查

教学团队已制作微课视频11个，分别为：洗涤、减压过滤、增量法称量、减量法称量、容量瓶操作、移液、酸式滴定管、碱式滴定管操作、酸度计使用、分光光度计使用和溶液配制，并已对两个年级5个近化类专业自然班开展线上线下混合式教学改革与实践。经问卷调查，95%的学生对这一教学模式感兴趣;67%的学生对微课视频感兴趣;在“提高学习效率”“加快实验速度”和“促进对基础实验知识和技能的快速掌握”三个问卷项目上全部学生都给出了90分以上的评分，在“激发学习兴趣”“培养学习方法”和“提高自主学习的意愿”这三个问卷项目上也都给出了80～89分的评分。这充分说明基于微课和翻转课堂的线上线下混合教学对提升“无机及分析化学实验”学习效果有明显的促进作用。

三、思考与改进

实验课堂本身具有交互式教学的特点，容易进行课堂翻转，但因受学时数的限制和学生学情的影响，传统课堂在教授实验技术、学生独立完成实验项目后已无余力进行更多的实验能力提升训练。建立基于微课和翻转课堂的线上线下混合式教学模式，通过“微课学习+预习报告”“课堂重点讲解+实验+数据现场提交+讨论”“实验报告提交+課后点评”等环节，能有效地解决制约教学效果提升的时间和空间问题。

经过两个学期的实践，在实验课上，可以明显感受到学生学习热情的提高，而且许多学生还能将自主学习习惯延伸到后续的实验课程中。但也有一些学生会选择观看其他教学网站上的视频资源，说明微课视频在内容和形式更新方面还有很多提升空间。只有内容和形式俱佳的微课视频才能满足学生的学习需求、充分调动学生的学习积极性。此外，由于课前自主学习的约束力相对较弱，学生的学习能力也各不相同。因此，教师需要不断总结经验并进行持续改进，还需要对自学能力较弱的学生进行针对性辅导。

最后，采用新颖的教学方法改革传统课堂教学以提高教学质量，是教育工作者的使命之一。慕课、微课、SPOC课都是随着信息技术的发展快速发展起来的新型教学方法，但在利用这些教学手段改变传统课堂教学的过程中，也要按教学规律合理使用，在实践中找到信息技术与教学的契合点，不要顾此失彼，不要急功近利，这样才能让线上线下混合式教学的优势发挥得更好，为培养高质量专业人才做出贡献。

参考文献

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Reform and Practice of Mixed Teaching of Experiment of Inorganic and Analytical Chemistry

YU Yuan-zhia， LIU He-yanga， b， ZHANG Li-qinga

（a. School of Biological and Chemical Engineering， b. School of Environmental and Natural Resources， Zhejiang University of Science and Technology， Hangzhou， Zhejiang 310023， China）

Abstract： In order to cultivate high-quality professional and technical talents with independent learning ability and knowledge expansion ability， we should comply with the main trend of educational development in the era of “Internet +”， refine the common key experimental technologies of each experimental project， and improve the teaching effect of Experiment of Inorganic and Analytical Chemistry from Zhejiang University of Science and Technology， which is limited by less time of courses and curriculum resources. The teaching mode of “micro class + flipped class” was introduced， the curriculum evaluation was further optimized， and the online and offline mixed teaching reform and practice were implemented， which provides reference and experience for further research and improves the teaching methods of this course and the teaching quality in the future.

Key words： Experiment of Inorganic and Analytical Chemistry; online-offline mixed teaching; teaching reform