李玉姣 黃 堅(jiān) 王 芳 陶呈安

(國防科技大學(xué) 理學(xué)院,湖南 長沙 410072)

“無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)”是我校為生物、醫(yī)學(xué)等化學(xué)相關(guān)專業(yè)低年級本科生開設(shè)的第一門化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程,是學(xué)科的基礎(chǔ)必修課。課程共計(jì)40學(xué)時,由基本操作、元素性質(zhì)、無機(jī)合成、滴定分析等實(shí)驗(yàn)單元構(gòu)成,每年上課人數(shù)為320人左右。授課對象一般具備一定的高中化學(xué)基礎(chǔ)知識,使用過常見的玻璃儀器,也接觸過簡單的化學(xué)實(shí)驗(yàn),但對該課程中需要用到的減壓抽濾裝置、量熱裝置、定量分析儀器等較為復(fù)雜的設(shè)備,學(xué)生基本沒有受過相關(guān)使用訓(xùn)練。課程的總成績由各個實(shí)驗(yàn)成績按學(xué)時數(shù)加權(quán)平均而得,每次實(shí)驗(yàn)成績由預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)、報告三部分組成。

作為第一門化學(xué)實(shí)驗(yàn)課,幫助學(xué)生打牢基本功、養(yǎng)成好習(xí)慣,對于后續(xù)實(shí)驗(yàn)課程、課題研究以及未來就業(yè)都是非常必要的。在傳統(tǒng)的線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中,學(xué)生課前瀏覽教材、撰寫預(yù)習(xí)報告,課上先由老師講解實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容、演示關(guān)鍵操作,然后從旁指導(dǎo)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),課后學(xué)生完成并提交實(shí)驗(yàn)報告。由于授課對象年級低,接受能力比較有限,在教學(xué)實(shí)踐中出現(xiàn)了不少影響課程訓(xùn)練目標(biāo)達(dá)成的情況,如,預(yù)習(xí)時,學(xué)生撰寫預(yù)習(xí)報告經(jīng)常只是機(jī)械抄書、過筆不過心,對實(shí)驗(yàn)任務(wù)的認(rèn)知不明確;課堂上,在有限的時間內(nèi),多數(shù)同學(xué)無法掌握儀器操作的所有細(xì)節(jié),關(guān)鍵步驟出錯也并非個別現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)過程經(jīng)常顯得手忙腳亂,不少學(xué)生難以在規(guī)定時間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn),損壞儀器、實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想等情況時有發(fā)生;課后總結(jié)反饋的時效性不夠強(qiáng),一般要等到下次課時再提起,一是占用課堂寶貴時間,二是學(xué)生對上次實(shí)驗(yàn)的印象已經(jīng)很模糊了,起不到督促改進(jìn)的作用。

1 線上線下混合式教學(xué)改革設(shè)計(jì)

1.1 化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革情況調(diào)研

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,傳統(tǒng)線下教學(xué)模式的弊端逐漸凸顯,成為各高等院校的共同認(rèn)知。出于配合疫情防控、克服設(shè)備短缺、避免危險、提高教學(xué)效益、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、推進(jìn)因材施教等目的,一些院校將線上教學(xué)手段引入化學(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中,形成線上線下混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[1-6]。其中,線上教學(xué)部分集中在課前預(yù)習(xí)、互動反饋、拓展創(chuàng)新等階段[7-9]。針對預(yù)習(xí),一般是發(fā)布一些幫助理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和熟悉實(shí)驗(yàn)操作的資源,通常包括精品慕課、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等權(quán)威網(wǎng)絡(luò)資源,以及自制的視頻資源、預(yù)習(xí)題、預(yù)習(xí)游戲等[10,11]。線上互動可以為學(xué)生提供個性化答疑輔導(dǎo),也幫助教師及時調(diào)整線下授課內(nèi)容及安排,形成具有時效性的教學(xué)效果反饋機(jī)制[12,13]。課后為具有不同學(xué)力的學(xué)生創(chuàng)造自主學(xué)習(xí)條件,實(shí)驗(yàn)回看視頻可以鞏固薄弱環(huán)節(jié),自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)清單可以鍛煉創(chuàng)新能力及團(tuán)隊(duì)合作意識[14-16]。

1.2 線上資源庫建設(shè)

基于以上調(diào)研結(jié)果,結(jié)合我校的實(shí)際情況及教學(xué)團(tuán)隊(duì)的多年經(jīng)驗(yàn),以教學(xué)效益最大化為指導(dǎo)目標(biāo),我們提出了“無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)”線上線下混合式教學(xué)改革設(shè)計(jì)方案。前期,在大量準(zhǔn)備工作的基礎(chǔ)上,我們建設(shè)了線上預(yù)習(xí)資源庫,包括操作演示視頻、預(yù)習(xí)講義、預(yù)習(xí)測試題等,部分代表性線上資源按照實(shí)驗(yàn)單元列于表1。視頻資源主要分兩類,一類是重點(diǎn)儀器操作步驟,利用預(yù)習(xí)視頻為學(xué)生建立初步的認(rèn)知,課上再重申關(guān)鍵操作步驟要點(diǎn),并邀請學(xué)員上臺進(jìn)行互動,進(jìn)一步加深印象;另一類是初次接觸但較簡單的儀器操作步驟,學(xué)生有能力通過自學(xué)掌握,不必占用課上時間進(jìn)行講解,避免課上講授內(nèi)容過于瑣碎,影響主體邏輯。預(yù)習(xí)測試題涵蓋實(shí)驗(yàn)原理、儀器操作、安全規(guī)范三方面內(nèi)容,包括單選、多選、填空、計(jì)算、簡答、投票等題型,難度較低,但需要切實(shí)完成所有預(yù)習(xí)資源的學(xué)習(xí)才能順利作答,起到督促學(xué)生有效預(yù)習(xí)、幫助教師掌握情況的作用。

表1 部分代表性線上預(yù)習(xí)資源清單

1.3 線上線下混合式教學(xué)流程

每次實(shí)驗(yàn)的總體教學(xué)流程如圖1所示,線上部分的時間節(jié)點(diǎn)包含“3個1”:課前1周,開放本次實(shí)驗(yàn)的線上預(yù)習(xí)資源,給學(xué)生留有充足的預(yù)習(xí)時間;課前1小時,截止測試題作答,便于教師在課前完成預(yù)習(xí)情況統(tǒng)計(jì);課后1天,教師完成報告批改,制作成績分布圖,將學(xué)生的課堂表現(xiàn)、報告撰寫情況進(jìn)行小結(jié)并反饋。線下部分:課前,教師需要準(zhǔn)備模塊化的教學(xué)設(shè)計(jì),將實(shí)驗(yàn)涉及的從基礎(chǔ)到創(chuàng)新層次的知識點(diǎn)條目化。課上,首先由教師講解背景知識、實(shí)驗(yàn)原理等內(nèi)容,然后針對重點(diǎn)儀器操作進(jìn)行演示,最后視情況提供拓展創(chuàng)新任務(wù),教學(xué)模塊的取舍根據(jù)預(yù)習(xí)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整;然后學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)、記錄現(xiàn)象及數(shù)據(jù),教師從旁指導(dǎo);實(shí)驗(yàn)結(jié)束提交報告,儀器歸位、整理衛(wèi)生,經(jīng)檢查無誤方可離開。課后,隨時可以預(yù)約教學(xué)開放實(shí)驗(yàn)室,允許在本次實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行試錯或拓展,滿足部分學(xué)生想要觀察副產(chǎn)物等方面的好奇心;也可以預(yù)約科研開放實(shí)驗(yàn)室,依托大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目、全程導(dǎo)師科研項(xiàng)目等進(jìn)行探索實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等自主學(xué)習(xí)或研究工作。課程全階段開放線上答疑平臺,幫助學(xué)生解決具體問題或提供方法建議。

圖1 線上線下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)流程圖

2 線上線下混合式教學(xué)改革成效

自2020年春季學(xué)期以來,“無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)”的線上線下混合式教學(xué)模式已施行至第5個教學(xué)周期。我們分別取教學(xué)改革前后兩個教學(xué)周期的學(xué)生成績進(jìn)行分析對比,如圖2所示。在評分標(biāo)準(zhǔn)不變的前提下,良好以上成績的學(xué)生比例明顯提升,尤其對大一的學(xué)生而言,教學(xué)改革的收效更為顯著。其中,主要減少的失分項(xiàng)為超時和儀器損壞,超時率從之前的65%左右下降為目前的20%左右,玻璃儀器(燒杯、玻璃棒、量筒、抽濾瓶等)損壞率從之前的每400人時8件左右下降至0.5件左右,為實(shí)驗(yàn)室管理員大幅減輕了保障工作壓力。同時,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時的一次成功率也從之前的50%左右上升至85%左右。此外,將較為淺顯的內(nèi)容抽提至課前預(yù)習(xí)后,課上空出的講授時間可以用于介紹實(shí)驗(yàn)相關(guān)的生物醫(yī)學(xué)、國防軍事背景及應(yīng)用,進(jìn)而得以更充分地將思政元素打磨浸潤其中,使實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)更為立體、目的性更強(qiáng),讓學(xué)生意識到這些實(shí)驗(yàn)確實(shí)“有用”,進(jìn)而有效地激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,更好地服務(wù)德育目標(biāo)。線上反饋的高時效性有助于學(xué)生學(xué)習(xí)和教師授課的共同調(diào)整進(jìn)步,顯著縮短了師生“磨合期”。線上實(shí)時答疑機(jī)制的便利性使學(xué)生提問的意愿更為強(qiáng)烈,促進(jìn)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識進(jìn)行主動思考和深入挖掘。

圖2 不同專業(yè)教學(xué)改革前后的成績對比圖:專業(yè)1(A)、專業(yè)2(B)(改革前:18春、19春、18秋、19秋;改革后:20春、21春、20秋、21秋)

3 結(jié)語

針對傳統(tǒng)線下教學(xué)中,學(xué)生預(yù)習(xí)效果不佳、課上狀況頻出、課后反饋延遲等問題,我們提出“無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)”的線上線下混合式教學(xué)改革設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)踐。通過數(shù)據(jù)對比可以發(fā)現(xiàn),改革后學(xué)生的實(shí)驗(yàn)失誤率大幅下降、學(xué)習(xí)興趣明顯提升。但目前教學(xué)又遇到了新問題——無法完全滿足新增的“拔尖學(xué)生”培養(yǎng)需求。對此,我們計(jì)劃整體重構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系,使基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與中、高階實(shí)驗(yàn)課程無縫接軌,注重課外實(shí)踐實(shí)訓(xùn)活動,形成一體化、分層次、多維度的特色化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系。時代在發(fā)展,知識在更新,教學(xué)改革永遠(yuǎn)在進(jìn)行。