崔培培，王曉艷，高素華，薛松

（天津理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，天津 300384）

0 引言

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，化學(xué)實驗教學(xué)也是本科教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。分析化學(xué)實驗課程是為了鞏固和加強學(xué)生們對分析化學(xué)課程基本原理的理解和掌握，樹立準(zhǔn)確的“量”的概念，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題、解決問題及實驗實際操作的能力。因此，分析化學(xué)課程的理論教學(xué)與分析化學(xué)實驗課程教學(xué)是完整不可分割的一個體系，其中分析化學(xué)實驗與分析化學(xué)理論課程密切相關(guān)，搞好實驗教學(xué)，是完整掌握分析化學(xué)知識的重要環(huán)節(jié)。

天津理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院、環(huán)境科學(xué)與安全工程學(xué)院的大一學(xué)生均必修分析化學(xué)實驗課程。其中，化學(xué)化工學(xué)院各個專業(yè)修分析化學(xué)實驗A，為48 學(xué)時，環(huán)境科學(xué)與安全工程學(xué)院各個專業(yè)修分析化學(xué)實驗B，為16 學(xué)時。目前授課教師僅有兩位，且無實驗員配置；實驗室僅有兩個；授課班級化工學(xué)院為11 個，環(huán)安學(xué)院為10 個，每班30～40 人不等。由于班級多，教師少，實驗場地有限，通常實驗課從開學(xué)初期便開始進行，即學(xué)生在沒有理論知識支撐的情況下，就進入實驗室進行實驗課程的學(xué)習(xí)；且授課模式大多為教師講解，學(xué)生按部就班完成實驗。而多數(shù)大一新生，由于高中多年題海經(jīng)歷，通常重理論、輕實踐，多數(shù)同學(xué)對于實驗課程的學(xué)習(xí)重視程度不夠，學(xué)生實驗課主動性不高，教學(xué)效果不理想，部分學(xué)生甚至出現(xiàn)數(shù)據(jù)造假、報告抄襲等現(xiàn)象。如何利用現(xiàn)有教學(xué)資源，以及如何利用網(wǎng)上的一些免費教學(xué)資源，進而提高分析化學(xué)實驗課程的教學(xué)質(zhì)量，是我校實驗課程教師一直在思考的問題。分析化學(xué)實驗課程的教學(xué)改革已勢在必行。

近年來，由于互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的迅猛發(fā)展，為各學(xué)科進行線上教學(xué)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)儲備，線上線下混合式教學(xué)模式在高校中廣泛開展[1]。線上線下混合教學(xué)模式的構(gòu)建，一方面需要有適用于師生的線上教學(xué)資源[2]；另一方面，還需考慮學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性需要學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，此外也可以采取合適的制度進行加強。近兩年來，新冠疫情極大地影響了各個學(xué)校的正常教學(xué)秩序。各個學(xué)校都在探索線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式，尤其是在理論課程教學(xué)方面，各個學(xué)校已經(jīng)發(fā)展了多種多樣的線上教學(xué)資源。相對于理論課程線上教學(xué)資源的蓬勃發(fā)展，實驗課程的線上教學(xué)改革研究相對較少。這可能是由于實驗課程的本身性質(zhì)所決定的，實驗課程需要學(xué)生有現(xiàn)場參與性，所以較難進行線上教學(xué)。天津理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的線上教學(xué)資源開發(fā)起步相對較晚；且由于資金和教師精力所限，短時間不可能完成所有實驗內(nèi)容的線上教學(xué)資源的創(chuàng)建。如何利用現(xiàn)有資源和條件，在不增加資金投入的前提下，開展線上線下混合式教學(xué)，我院做了一系列教學(xué)改革嘗試，在傳統(tǒng)分析化學(xué)實驗課程基礎(chǔ)上，引入了多種線上教學(xué)輔助平臺，在教學(xué)實踐中探索出了低投入的“線上+線下”實驗教學(xué)的新模式。

1 線上部分

鑒于分析化學(xué)實驗中基礎(chǔ)化學(xué)分析和儀器分析內(nèi)容，均為各大院校通用的實驗?zāi)K，因此，可充分利用國內(nèi)重點院校在線共享的教學(xué)資源[3]。其中，中國大學(xué)MOOC（慕課） 國家精品課程在線學(xué)習(xí)平臺（https://www.icourse163.org）有武漢大學(xué)、東北大學(xué)、大連理工大學(xué)分析化學(xué)實驗課程在線教學(xué)資源。除慕課外，騰訊視頻、優(yōu)酷等網(wǎng)站也有相關(guān)視頻，如表1 所示。因此，在實驗課前，將講義及視頻網(wǎng)址提前發(fā)放給學(xué)生，學(xué)生可以根據(jù)自己實際情況選擇慕課或相關(guān)視頻進行學(xué)習(xí)。學(xué)生預(yù)習(xí)后，教師課前對學(xué)生預(yù)習(xí)情況進行測試，測試內(nèi)容涵蓋實驗原理、基礎(chǔ)操作要點、數(shù)據(jù)處理等方面，測試成績納入平時成績。對學(xué)生的預(yù)習(xí)情況進行測試是非常必要的，這有助于防范有些學(xué)生偷懶而不進行課前預(yù)習(xí)。

表2 改革前后實驗內(nèi)容對比

線上教學(xué)資源還將納入安全教育模塊，課前發(fā)放安全教育PPT、觀看實驗室安全介紹（網(wǎng)址https://v.qq.com/x/page/n0556k4krym.html） 等相關(guān)文件。實驗課前通過麥考斯教學(xué)質(zhì)量管理平臺進行安全知識測試，測試成績也納入平時成績。根據(jù)測試結(jié)果，教師對首次實驗課的備課內(nèi)容進行微調(diào)，確定GHS（全球化學(xué)品統(tǒng)一分類和標(biāo)簽制度）、MSDS（物質(zhì)安全數(shù)據(jù)單）、PPE（個人防護設(shè)備）、緊急處置、廢棄物處理等方面學(xué)生薄弱環(huán)節(jié)，方便線下教學(xué)中安全教育模塊的查漏補缺。除安全知識和傳統(tǒng)實驗內(nèi)容外，對于我院制藥工程專業(yè)和藥學(xué)專業(yè)學(xué)生，還開設(shè)有藥物分析實驗。因此，在課前向同學(xué)們發(fā)放中國藥典等有關(guān)教學(xué)資料（文本資料：http://db.ouryao.com；視頻資料：https://v.qq.com/x/page/q0547n66pk6.html）。對于其他分析檢測項目國標(biāo)的使用，也在相關(guān)實驗課前，發(fā)放相關(guān)資料。如自來水硝酸氮含量的測定實驗課程，發(fā)放HJ/T 346 — 2007 《水質(zhì) 硝酸鹽氮的測定 紫外分光光度法（試行）》的國標(biāo)文件。

除以上發(fā)放相關(guān)教學(xué)資源外，對于設(shè)計性實驗，由于未知樣品為隨機抽取，為防止學(xué)生課堂實驗因不熟悉內(nèi)容無法展開實驗的情況發(fā)生，課前向?qū)W生發(fā)放設(shè)計實驗相關(guān)內(nèi)容。學(xué)生以小組形式團隊合作，設(shè)計實驗方案，拍照后，通過QQ 群上傳給老師。教師批改后，引導(dǎo)學(xué)生修改相關(guān)環(huán)節(jié)。如未知物可能是酸、堿或鹽的實驗測定，教師線上指導(dǎo)思路如圖1 所示。

對于液相色譜、氣相色譜等大型儀器實驗，由于涉及儀分析方法原理、儀器工作原理等，在線下教學(xué)部分，由于儀器臺套數(shù)較少，無法實現(xiàn)每位同學(xué)都親自動手操作；儀器都呈模塊化設(shè)計，無法拆解將內(nèi)部構(gòu)造呈現(xiàn)給學(xué)生。基于此，利用騰訊課堂在線上展開相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)。教師準(zhǔn)備相關(guān)PPT，將液相色譜原理、儀器部件、分析流程等通過線上教學(xué)部分完成，使學(xué)生在進入實驗前，對實驗原理、儀器工作原理、分析流程等內(nèi)容有初步的認(rèn)識。所有線上考核通過麥考思教學(xué)質(zhì)量管理平臺進行。圖2 為2019—2020 學(xué)年第2 學(xué)期化工學(xué)院分析化學(xué)實驗課程線上考核內(nèi)容。

圖2 線上考核內(nèi)容

2 線下部分

線下教學(xué)第一課，首先進行實驗室安全教育。根據(jù)線上學(xué)生背景調(diào)查、安全知識測試結(jié)果，對GHS（全球化學(xué)品統(tǒng)一分類和標(biāo)簽制度）、MSDS（物質(zhì)安全數(shù)據(jù)單）、PPE（個人防護設(shè)備）、緊急處置、廢棄物處理等方面薄弱環(huán)節(jié)進行查漏補缺。課前測試中發(fā)現(xiàn)僅有37% 的學(xué)生能正確識別GHS 標(biāo)識中易燃物質(zhì)和氧化劑。因此，對氧化劑標(biāo)識進行強調(diào)。另外，針對部分學(xué)生“所有藥品都很危險”的錯誤認(rèn)知進行糾錯，對部分學(xué)生實驗室擔(dān)心受傷、擔(dān)心中毒等恐懼心理進行疏導(dǎo)，強調(diào)規(guī)范操作，安全進行實驗，才能體驗化學(xué)之美。借鑒上海交通大學(xué)實驗室管理經(jīng)驗，學(xué)生在安全教育后，簽訂安全承諾書[4]。

實驗內(nèi)容的線下教學(xué)改革思路，仍以發(fā)揮學(xué)生主觀能動性為主。對于化學(xué)分析實驗的教學(xué)，以教師指導(dǎo)+同伴相互指導(dǎo)的課堂教學(xué)模式為主[5]。在首次課前，檢查學(xué)生基礎(chǔ)操作預(yù)習(xí)情況，根據(jù)預(yù)習(xí)效果適當(dāng)調(diào)整進度。大多數(shù)學(xué)生通過預(yù)習(xí)尚未掌握或未真正理解基礎(chǔ)操作要點，教師對稱量、移取、標(biāo)定及樣品測定等環(huán)節(jié)的操作要點進行重點講解，學(xué)生和教師進行同步練習(xí)，教師分別對每位學(xué)生進行單向指導(dǎo)，確保學(xué)生明確操作規(guī)范后，完成操作練習(xí)及相關(guān)分析任務(wù)；在學(xué)生練習(xí)過程中，進行同伴相互指導(dǎo)，相互監(jiān)督基礎(chǔ)操作的規(guī)范性。為確保教師指導(dǎo)和同伴相互指導(dǎo)相結(jié)合的教學(xué)效果，平時成績將基礎(chǔ)操作規(guī)范納入考核評定，且對同伴相互指導(dǎo)進行綜合評分。化學(xué)實驗學(xué)生通常均需完成稱量、標(biāo)定、移取及測定等操作，將學(xué)生常見的錯誤、廢棄物處理及紀(jì)律衛(wèi)生列于考評標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，四人一組，四人錯誤累積扣分?？己朔绞降脑O(shè)置有效規(guī)范了學(xué)生基礎(chǔ)操作。

通過首次基礎(chǔ)操作練習(xí)教學(xué)后，依次進行白醋總酸含量的測定、食用堿總堿度的測定、自來水總硬度、設(shè)計實驗、自來水中硝酸鹽氮的測定、分光光度法測定溶液中微量鐵的實驗。為更好地發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，化學(xué)分析設(shè)置“未知物組分含量測定”設(shè)計實驗。學(xué)生現(xiàn)場隨機抽取未知樣品進行實驗方案設(shè)計后，團隊合作完成實驗。為防止設(shè)計實驗學(xué)生作弊，全年級11 個班，未知物組分均不同，同一班級如內(nèi)容相同，則設(shè)置不同濃度。同時，要求學(xué)生實驗步驟必須附有流程圖設(shè)計，有效提高學(xué)生對分析任務(wù)過程的理解和實踐。

對于pH 計的學(xué)習(xí)，由于pH 計套數(shù)較多，不進行線上教學(xué)。氣相色譜、液相色譜的學(xué)習(xí)，由于臺套數(shù)有限，進行線上線下混合式教學(xué)。為保證教學(xué)效果，各組分別進行實驗。教師在線下部分仍對基本原理進行回顧，對儀器各部件功能進行講解，讓學(xué)生進一步熟悉儀器及其分析檢測原理；同時，對液相色譜在藥物分析中的應(yīng)用進行講解，使學(xué)生了解藥物分析方法、藥企分析方法的選擇等相關(guān)內(nèi)容。在學(xué)生熟悉測試流程后，學(xué)生在教師指導(dǎo)下，處理樣品，完成標(biāo)準(zhǔn)溶液、樣品溶液的進樣，并根據(jù)譜圖進行數(shù)據(jù)處理。

3 線上線下教學(xué)改革效果

采用線上線下相結(jié)合的實驗教學(xué)模式，突破了分析化學(xué)實驗教學(xué)的時空限制，有效緩解學(xué)時少、場地少、教師少的教學(xué)困境。另一方面，充分利用學(xué)生的課余時間，為培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力創(chuàng)造了條件，讓學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)分析化學(xué)實驗這門課程，掌握分析化學(xué)實驗的基礎(chǔ)知識和操作技能，很好地完成了分析化學(xué)實驗課程的教學(xué)任務(wù)。而且，學(xué)生在完成線上教學(xué)后，線下實驗的時間略有縮短，因此，在不增加學(xué)時的前提下，分析化學(xué)實驗課程A 可由原來的9 個實驗增加到11 個，分析化學(xué)實驗B 由原來的3 個實驗增加到4 個，為學(xué)生提供更多的實際操作機會。

實施教學(xué)改革后，基礎(chǔ)操作規(guī)范率大幅提高，以移液管為例，正確率從不足50%，提高到90% 以上，其中，2019 級應(yīng)化3 班學(xué)生移液管操作全部合格。滴定管、容量瓶、天平稱量操作正確率均能達90%左右。學(xué)生學(xué)習(xí)分析化學(xué)實驗的興趣顯著提高，特別是未知物組分含量測定的設(shè)計實驗，學(xué)生反映，完成未知溶液的測定實驗成就感強，多位同學(xué)咨詢想進一步學(xué)習(xí)分析化學(xué)，并有意向報考分析化學(xué)專業(yè)研究生。根據(jù)學(xué)生的要求，在最后一堂課中，增加了講解分析化學(xué)與化工制藥類相關(guān)行業(yè)發(fā)展和現(xiàn)狀、分析化學(xué)專業(yè)研究領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用、天津理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院往屆學(xué)生就業(yè)去向等相關(guān)內(nèi)容。最后一堂課的講解內(nèi)容，學(xué)生們普遍反映受益匪淺，為今后專業(yè)課的進一步學(xué)習(xí)明確了目標(biāo)，也激發(fā)了學(xué)生們考取研究生進行進一步深造的興趣和動力。

在此次教學(xué)改革實施過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題。在課程結(jié)束后，進行課后評價，學(xué)生反饋結(jié)果中，35.2%學(xué)生表示認(rèn)真學(xué)習(xí)線上材料，57.1%學(xué)生表示僅看了一遍，7.7% 學(xué)生表示沒看。對于在線學(xué)習(xí)效果，41.0% 學(xué)生表示比較適合，45.2% 學(xué)生表示效果一般，13.4%學(xué)生表示不好，更想在課堂上聽講，0.4%學(xué)生表示無所謂。對于分析化學(xué)實驗線上考核內(nèi)容，2.2% 認(rèn)為沒難度，81.4% 學(xué)生認(rèn)為難度適宜，16.4%認(rèn)為難度大。因此，線上線下教學(xué)仍需進一步優(yōu)化。對于教師線下教學(xué)嚴(yán)格要求操作規(guī)范，85.8%學(xué)生認(rèn)為很有必要，規(guī)范操作是確保準(zhǔn)確分析的前提，13.4%學(xué)生認(rèn)為老師要求太高，0.8%學(xué)生認(rèn)為，修個學(xué)分而已，老師太認(rèn)真，其實沒必要。對于大一學(xué)生，對于規(guī)范操作仍需加強。只有養(yǎng)成操作的規(guī)范性，才能有效地避免實驗中的誤操作，同時規(guī)范性的實驗操作也可以有效避免安全事故的發(fā)生。

對于實驗課程中的安全教育，81.0% 學(xué)生選擇“安全教育讓我開始時刻注意公共場所的安全問題”，15.7% 學(xué)生認(rèn)為“化學(xué)實驗室比較危險，但實驗通常沒危險，不然也不會讓學(xué)生做”，3.3%學(xué)生仍認(rèn)為“校內(nèi)通常都很安全，安全教育都是例行公事而已”。對于實驗課程的安全教育內(nèi)容，94.6%學(xué)生認(rèn)為除普通消防安全外，危險化學(xué)品安全是重點；2.5%學(xué)生認(rèn)為只普通消防知識即可，2.9% 學(xué)生認(rèn)為緊急處置的各種意外情況通常都不會發(fā)生。因此，仍需進一步加強安全教育在實驗教學(xué)中的融入。實驗課程的安全融入，可以通過線上的安全教育警示視頻，或是通過線下實驗課程的授課教師的現(xiàn)身說法，進行進一步加強。

4 結(jié)語

探索并實踐了在分析化學(xué)實驗課程中采用“線上+ 線下”混合式教學(xué)的新模式，一定程度上突破了分析化學(xué)實驗教學(xué)的時空限制，有效緩解了分析化學(xué)實驗課程學(xué)時少、實驗場地有限、教師少的教學(xué)困境。通過實施教學(xué)改革，學(xué)生的基礎(chǔ)操作規(guī)范率大幅提高，在不增加學(xué)時的前提下，擴充了分析化學(xué)實驗課程的教學(xué)容量。此次“線上+ 線下”混合式教學(xué)的探索，也發(fā)現(xiàn)了一些今后需要改進的地方，比如如何提高學(xué)生進行線上學(xué)習(xí)的主觀能動性，以及如何加強實驗課程中的安全教育等。這些問題將在后續(xù)的“線上+ 線下”混合式教學(xué)中進行逐步改進。此次分析化學(xué)實驗課程教學(xué)嘗試，為后疫情時代進行化學(xué)類實驗課程教學(xué)“線上+ 線下”混合式教學(xué)進行了有益的探索，也為相關(guān)院校的實驗課程教學(xué)提供了一定的借鑒。