張 偉，宋懷慶

(1 西南科技大學(xué)分析測試中心，四川 綿陽 621010；2 西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽 621010)

“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”是高等學(xué)校中材料科學(xué)與工程、應(yīng)用化學(xué)、材料物理、功能材料、環(huán)境工程、礦物加工工程、生物技術(shù)、生物工程、食品科學(xué)與工程、制藥工程、核化工與核燃料工程、輻射防護與核安全等專業(yè)理工科本科生和研究生學(xué)習(xí)專業(yè)理論知識、掌握研究手段、進行論文寫作的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。課程的主要內(nèi)容是介紹當(dāng)今各主要分析測試技術(shù)的基本原理、探測過程、處理技術(shù)及應(yīng)用。課程的核心任務(wù)是依據(jù)物質(zhì)的物理及化學(xué)性質(zhì)，利用特殊且復(fù)雜的儀器設(shè)備獲取分析數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對目標(biāo)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、形貌及狀態(tài)的分析。課程的目標(biāo)是通過理論與實踐的教學(xué)過程，重點培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)方法和工具全面、系統(tǒng)的解決生產(chǎn)實際和科學(xué)研究中遇到問題的能力?！艾F(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程具有分析方法眾多、理論知識和研究成果涵蓋多學(xué)科等特性，課程內(nèi)容包括了光譜分析、色譜分析、質(zhì)譜分析、電化學(xué)分析和熱分析等方法，涉及了化學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)和數(shù)學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域，因此對學(xué)生的理性思維、邏輯思維和綜合應(yīng)用等能力具有較高的要求。

1 “現(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程教學(xué)現(xiàn)狀

作為一門理論、實踐和技術(shù)含量很高的應(yīng)用性課程，由于現(xiàn)階段各個高校在教學(xué)師資、大型儀器數(shù)量和學(xué)時等方面的差異性較大，“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”的課程教學(xué)主要存在如下問題：

(1)“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”的教學(xué)過程通常分為課堂理論教學(xué)和實驗教學(xué)兩個環(huán)節(jié)。在課堂理論教學(xué)中，“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程內(nèi)容豐富、知識面廣，需要講授的十幾種大型儀器的基本原理差別又較大，導(dǎo)致各章節(jié)內(nèi)容之間相對獨立，章節(jié)的關(guān)聯(lián)性不強。教師在課堂授課時基本采用傳統(tǒng)的板書或PPT灌輸式教學(xué)，學(xué)生只能邊聽邊做筆記的被動接受知識。一堂課下來，教師和學(xué)生都很累，但教學(xué)效果并不理想。有些理論知識抽象、難懂，學(xué)生理解起來有難度，長期積累會導(dǎo)致學(xué)生感到學(xué)習(xí)的枯燥、乏味，不僅無法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，而且學(xué)習(xí)后的內(nèi)化效果也不好。而有些學(xué)生為了應(yīng)付考試，很多知識純粹是死記硬背，根本沒有掌握所學(xué)知識的要點，這十分不利于學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提升。

(2)實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實踐操作能力的重要環(huán)節(jié)，目的就是讓學(xué)生通過親自動手操作、鍛煉操作技能，掌握不同分析儀器的基本操作方法和測試技術(shù)，能夠正確處理相關(guān)實驗數(shù)據(jù)并作出科學(xué)、合理的分析測定結(jié)論。在傳統(tǒng)的“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，受大型儀器購置數(shù)量有限、儀器價格昂貴等因素的限制，實驗課的教學(xué)主要以“教師演示、學(xué)生觀摩”為主。進入實驗室后，先由教師講解儀器基本原理、構(gòu)造和操作規(guī)程，再帶領(lǐng)學(xué)生完成基礎(chǔ)的實踐操作過程。如果遇到更為復(fù)雜的操作和實驗內(nèi)容，教師則會花費更多的時間去講解。這樣一來，留給學(xué)生自主操作練習(xí)的時間就極為有限。學(xué)生自主操作儀器機會偏少，對于實際操作過程中的實驗知識點和操作技能并未真正掌握，學(xué)生則很難在較短的時間里發(fā)現(xiàn)問題并溝通交流，不利于學(xué)生實踐能力的提升。另外，為了讓大多數(shù)同學(xué)能夠接觸更多的儀器，教師設(shè)計的實驗課也多以驗證性實驗為主，學(xué)生在學(xué)習(xí)中只能照抄照搬，缺少自己獨立性的思考和創(chuàng)新，缺少團隊之間的協(xié)作。

(3)在“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”傳統(tǒng)課程教學(xué)中，教師對學(xué)生的課程考核往往采取平時成績、實驗報告成績和期末考試成績的結(jié)構(gòu)加和確定。平時成績通常依賴學(xué)生的課堂出勤率，實驗報告成績依據(jù)實踐教學(xué)之后學(xué)生提交的實習(xí)報告，期末考試成績則只關(guān)注學(xué)生對于考題的答題正確率。這種評價考核方式比較單一，例如在實驗報告環(huán)節(jié)，單一驗證性實驗后的實驗報告基本千篇一律、毫無創(chuàng)新，有些同學(xué)甚至一味的追求實驗報告的整潔和字數(shù)，還會抄襲實驗報告、篡改實驗數(shù)據(jù)。對于期末考試，有些同學(xué)為了能順利通過考試往往在考前突擊背誦，忽略了實踐中對于儀器基本原理和基本構(gòu)造的認知過程。這種考核方式不能真實反饋學(xué)生對于已學(xué)知識的內(nèi)化情況，也不能真實反映教師的講授效果。

基于以上三點問題，我們發(fā)現(xiàn)無論是傳統(tǒng)授課中的填鴨式教學(xué)、驗證性實驗，還是單一的評價考核方式，最終都表現(xiàn)為學(xué)生學(xué)習(xí)時理論知識和實驗技術(shù)不能有機結(jié)合起來。這樣的過程完全達不到“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程的教學(xué)目的。那么，如何在有限的課時內(nèi)，構(gòu)建起理論知識和實驗課堂之間的聯(lián)系，讓學(xué)生切實的學(xué)習(xí)到現(xiàn)代分析測試技術(shù)的理論知識，同時又具備解決問題的實踐能力，已成為”現(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程教學(xué)中需要迫切解決的關(guān)鍵問題。

2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在現(xiàn)代分析測試技術(shù)課程教學(xué)中應(yīng)用的可行性

翻轉(zhuǎn)課堂，又稱為“反轉(zhuǎn)課堂”或“顛倒課堂”，最早于2000年由美國學(xué)者J.Weley Baker提出[1]，它是一種將傳統(tǒng)教學(xué)中的兩個學(xué)習(xí)過程翻轉(zhuǎn)過來的新型教學(xué)模式，是一種融合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的混合式教學(xué)[2]。與傳統(tǒng)教學(xué)模式不同，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，首先由任課教師在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上發(fā)布音視頻等電子學(xué)習(xí)教材后，學(xué)生利用碎片化時間自主完成課前預(yù)習(xí)；然后在課堂上教師通過問題驅(qū)動教學(xué)檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果并對重難點進行剖析、對知識運用進行講解，通過答疑解惑、交流探討等師生互動形式引導(dǎo)學(xué)生完成知識內(nèi)化和鞏固。這種教學(xué)模式打破了傳統(tǒng)教學(xué)中教師主導(dǎo)課堂傳授和學(xué)生被動接受知識的模式，通過重組教學(xué)流程與教學(xué)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變了教師和學(xué)生長久以來建立的絕對的“教”和“學(xué)”的角色。讓學(xué)生自主控制時間，促使學(xué)生從“要我學(xué)”的被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成“我要學(xué)”的主動學(xué)習(xí)，有效提升了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)意識，真正體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”和“因材施教”的教育理念。課前，教師通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺發(fā)布相關(guān)理論課程和實踐課程教學(xué)資料，學(xué)生在完成預(yù)習(xí)工作的基礎(chǔ)上可根據(jù)自身需求針對某一知識點反復(fù)多次查閱、觀看教學(xué)資料和視頻，有利于在知識點的內(nèi)化上幫助學(xué)生加深印象，提高學(xué)習(xí)效果。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，教師除了可提供與課本相關(guān)的基礎(chǔ)教學(xué)資料之外，還可以將其他優(yōu)質(zhì)成品教育資源分享給學(xué)生，比如國家精品在線開放課程、慕課或虛擬仿真實驗教學(xué)平臺等。這些資源可供優(yōu)秀的學(xué)生拓展更廣的知識面。由于學(xué)生在課前已經(jīng)自主進行了課程的學(xué)習(xí)，所以在課中教師的講授則不必面面俱到，教師可以通過設(shè)置不同難度等級的問題來檢驗學(xué)生對于基礎(chǔ)知識的理解，節(jié)約的課堂教學(xué)時間可以通過交流互動、小組活動的方式開展重難點的講解、知識點的運用以及答疑解惑等。這一教學(xué)環(huán)節(jié)的重構(gòu)非常有利于學(xué)生對于知識內(nèi)化的吸收。翻轉(zhuǎn)課堂這種教學(xué)模式在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率和教學(xué)質(zhì)量、提升教師工作滿意度等方面均具有較好的促進作用[3]，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各類現(xiàn)代教育教學(xué)中。

3 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在現(xiàn)代分析測試技術(shù)課程教學(xué)中的設(shè)計

根據(jù)“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容和基本學(xué)情分析，結(jié)合微視頻、微課件等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源和虛擬仿真實驗平臺，綜合設(shè)計了我?！艾F(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程教學(xué)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，包括課前預(yù)習(xí)、課中互動學(xué)習(xí)和課后鞏固與拓展三個環(huán)節(jié)。

3.1 課前預(yù)習(xí)

課前預(yù)習(xí)是翻轉(zhuǎn)課堂的基礎(chǔ)。教師在課前需將相關(guān)教學(xué)資料推送至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)進入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺學(xué)習(xí)課程的相關(guān)知識。在這種相對開放的學(xué)習(xí)環(huán)境中，如何促使學(xué)生自主、高效的完成課前預(yù)習(xí)呢？這就需要在教學(xué)素材準(zhǔn)備和學(xué)習(xí)效果評價兩個環(huán)節(jié)精心設(shè)計。(1)教學(xué)素材。由于“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程涉及的各種儀器分析方法和原理各不相同，各章節(jié)內(nèi)容相對獨立。開課之前，教師需要認真規(guī)劃、理順各種分析方法的教學(xué)順序，制備短小精悍(時間5～10 min)的視頻、音頻、PPT課件等學(xué)習(xí)資料。借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，教師在課前向?qū)W生發(fā)布教學(xué)日歷、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)課件等相關(guān)學(xué)習(xí)資料。教師發(fā)布上述內(nèi)容后，學(xué)生可以利用課間、飯后、睡前等碎片化時間進入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺學(xué)習(xí)課程的相關(guān)知識。我們可以將現(xiàn)代分析測試技術(shù)理論課程中比較難懂的基本原理、儀器構(gòu)造等知識點通過視頻動畫的形式生動、形象的傳輸給學(xué)生，便于學(xué)生學(xué)習(xí)理解。在實驗課教學(xué)之前，我們可以將實驗原理、實驗步驟、儀器操作的微視頻和數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)等推送至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，同時還要求學(xué)生進入虛擬仿真實驗平臺進行模擬實驗操作。(2)學(xué)習(xí)效果評價。學(xué)生完成學(xué)習(xí)后，需要在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺完成知識點測試題并提交預(yù)習(xí)筆記。教師根據(jù)學(xué)生的答題情況和預(yù)習(xí)筆記，可以充分了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。另外，教師會定期在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺答疑，對學(xué)生在自主學(xué)習(xí)和實驗探究中遇到的問題進行解答。根據(jù)學(xué)生在上述兩部分的反饋，教師能夠及時調(diào)整、組織后續(xù)課堂內(nèi)容及安排。

3.2 課中互動學(xué)習(xí)

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的第二部分是課堂環(huán)節(jié)，這也是有效促使學(xué)生完成知識內(nèi)化的重要環(huán)節(jié)。和傳統(tǒng)教學(xué)的課堂環(huán)節(jié)不同，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的課堂環(huán)節(jié)更多體現(xiàn)的是教師和學(xué)生的互動。因為在課前學(xué)生已經(jīng)進行了充分的預(yù)習(xí)與虛擬實驗訓(xùn)練，所以一些簡單的、基礎(chǔ)的知識不需要占用課堂時間講解，教師可根據(jù)學(xué)生課前預(yù)習(xí)效果評價的反饋，對重點和難點知識進行深入剖析和講解，讓學(xué)生加深對所學(xué)知識的理解和掌握[4]。面對一些容易產(chǎn)生歧義的知識點教師需要設(shè)計一些問題讓同學(xué)們思考討論。討論以小組為單位，學(xué)生針對問題進行不同看法的闡述，教師監(jiān)督引導(dǎo)并進行正確總結(jié)。在實驗課中，教師則是將講解的重點放在儀器的操作規(guī)程和重點步驟上，而不需要花費太多時間再去重復(fù)講解儀器的基本原理和構(gòu)造等基礎(chǔ)知識，節(jié)省的時間留給學(xué)生進行實踐操作和討論。實驗操作時，鼓勵學(xué)生以小組為單位，分工協(xié)作完成。課前教師將精心設(shè)計的多元實驗任務(wù)下發(fā)給同學(xué)們，課上同學(xué)們自行組隊完成實驗任務(wù)并進行組內(nèi)討論，教師在旁及時糾正學(xué)生實驗操作中的錯誤。通過學(xué)生自主操作、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的方式，促使他們積極主動探究實驗現(xiàn)象，深化理論與實踐間的聯(lián)系，進一步完成知識內(nèi)化。在課堂教學(xué)中，將傳統(tǒng)教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂有機結(jié)合，不僅能增強學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識，激發(fā)學(xué)生的積極性，對于團隊意識、職業(yè)化意識也有促進，有利于師生的協(xié)同發(fā)展。

3.3 課后鞏固與拓展

課堂教學(xué)結(jié)束后，為了使學(xué)生鞏固所學(xué)知識，須向?qū)W生布置課后作業(yè)。課后作業(yè)的內(nèi)容則是以該堂課內(nèi)容為基礎(chǔ)的、切合社會實際的且具有知識拓展性的作業(yè)，例如，可以“奶制品中的三聚氰胺”、“油條中的鋁”、“白酒品質(zhì)的分析”等為案例[5]，讓學(xué)生積極思考并探索可以選用什么分析方法檢測其中的有毒有害物質(zhì)。學(xué)生根據(jù)課堂所學(xué)知識并查閱相關(guān)資料，最后形成自己獨特的設(shè)計方案。教師及時批改作業(yè)并進行點評。作業(yè)的完成情況可作為學(xué)生平時成績的評價依據(jù)之一。實驗課教學(xué)結(jié)束后，教師需要求學(xué)生及時提交實驗報告。實驗報告除了包括常規(guī)的實驗原理、實驗步驟、實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容之外，還需對自身實驗教學(xué)視頻的學(xué)習(xí)情況進行總結(jié)。教師批閱實驗報告，將實驗報告中存在的通性問題通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺與學(xué)生進行交流，將優(yōu)秀的實驗報告進行展示。每章教學(xué)內(nèi)容完成后，教師可在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺有針對性推送某種現(xiàn)代分析測試技術(shù)方法的前沿發(fā)展資料，不僅能夠拓展教學(xué)內(nèi)容，還能進一步強化學(xué)生對學(xué)科發(fā)展前沿水平和技能的了解與掌握。最后，我們根據(jù)學(xué)生在課前、課中和課后的多方面表現(xiàn)進行綜合成績評定，成績評定包含了學(xué)生課前自主預(yù)習(xí)效果、課中互動表現(xiàn)、實踐操作能力展現(xiàn)、課后作業(yè)完成度和實驗報告撰寫五個部分。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式學(xué)生成績評定的原則是既重視結(jié)果，又重視過程與能力。

4 結(jié) 語

“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”作為高等學(xué)校理工科專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，其知識點繁多且難度較大。將基于微課、微視頻和虛擬仿真實驗平臺的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式引入“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”的理論和實驗課堂教學(xué)中，不僅打破了傳統(tǒng)灌輸式的教學(xué)現(xiàn)狀，使現(xiàn)代分析測試技術(shù)種類繁多、晦澀難懂的儀器原理易于理解和記憶，也在課程的教學(xué)改革中充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性，提升了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新意識。在“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”課程教學(xué)改革中，基于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)特點，依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺和虛擬仿真實驗平臺，構(gòu)建“現(xiàn)代分析測試技術(shù)”新型翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，可以更好的推進全媒體時代下的教學(xué)改革，實現(xiàn)最終以學(xué)生為根本的教育初衷。