以应用型化工人才培养为导向的混合式教学探索与研究.pdf

2023年08月|410 引言随着科技进步和人才市场需求，培养具有一流素质的创新应用型化工人才是当今高等教育改革的重点。为达到这一目标，需要对传统的实验教学进行全面改革，既注重创新型应用型人才的培养，又注重学生实际应用能力的塑造。另外，近年来受疫情影响，各高校也倡导开展灵活多样的教学模式1-2。与理论课不同，实验课往往受场地、仪器设备等的限制，很难线上直接开展，所以实验课教学面临严峻挑战3-4。分析化学实验是一门应用性、实践性很强的课程，是培养学生的实践动手能力、严谨的科学态度、严密的科学思维和实事求是的科学作风的重要途径5，是应用创新型高校对学生实践培养的重要必修课程，可以为学生以后参加相关领域的研究与应用奠定良好的基础。为了适应现代化教学的需求，提高学生的实践应用能力，培养出合格应用型创新人才。无锡学院紧跟国家步伐，积极调整学校政策，推进多元化教学改革，全面保障教学顺利开展。本文以无锡学院分析化学实验课程为例，介绍了开展线上线下混合式教学模式的实践情况，学校通过慕课平台、学习通、“虚拟仿真软件”、腾讯会议等线上教学方式，结合相应的线下实验开展，引导学生全面学习巩固课程知识，开展线上线下相结合的混合式教学，取得了较为满意的结果。1 传统分析化学实验课现状及问题1.1 实验课现状无锡学院应用化学专业分析化学实验课程的教学大纲总学时为64 学时，共包含16 个实验，每个实验4 学时，具体实验内容如表1 所示，以常规线下实验教学为主要授课方式，以实验报告和期末考试为主要考核方式。以应用型化工人才培养为导向的 混合式教学探索与研究李海玉*，高红方(无锡学院 环境工程学院，江苏 无锡 214105)摘要：从培养应用型化工人才出发，针对实验教学中普遍存在的问题，以无锡学院分析化学实验课为例，在传统实验课教学模式的基础上，进行合理的教学设计，引入学习通、腾讯会议等多种线上教学手段，在教学实践中探索出“理论讲解+视频演示+虚拟仿真+课堂测验”的“四位一体”混合式教学模式。这种教学模式符合创新应用型高校的科学定位，取得了良好的教学效果，并为新工科新农科大背景下的化学实验课教学改革奠定了基础。关键词：混合式教学；分析化学实验；教学模式；人才培养中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2023)24-0041-05DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2023.24.012Practice and Research of Mixed Teaching Mode Guided by the Cultivation of Applied Chemical TalentsLI Hai-yu*,GAO Hong-fang(College of Environmental Engineering,Wuxi University,Wuxi 214105,China)Abstract:In order to cultivate application chemical talents and solve the common problems in experimental teaching,this paper takes analytical chemistry experiment course in Wuxi university as an example,on the basis of traditional experimental teaching mode,we developed reasonable teaching design in this paper.We introduced a variety of online teaching methods,such as learning platform,the tencent meeting and so on.We have explored the four-in one mixed teaching pattern in our practice,which about“theoretical explanation+video demonstration+virtual simulation+classroom test”online and offline pattern.This teaching mode is in line with the development goal of innovative and application universities,and has achieved effective teaching results.It lays a foundation for the teaching reform of chemistry experiment course under the background of new engineering and new agricultural.Keywords:blended teaching;analytical chemistry experiment;teaching mode;personnel training二校-2023-8-下期.indd 412023/8/17 14:51:16人才培养42|2023年08月1.2 传统线下教学方式存在的问题1.2.1 实验形式单一，学生学习缺乏主动性教学以讲解、演示等传统教学方式为主，学生被动接受知识，缺乏学习热情，加上学生没有提前做好预习，对课堂讲授的知识很难一次性消化吸收，只能机械照搬老师给出的实验步骤，实验操作过程中问题层出不穷，导致实验结果不理想。另外，受实验设备、实验场地、实验人数、实验经费、实验时长等因素限制，导致实验内容无法改进和创新，实验内容老旧单一，不能充分调动学生的积极性和创造性。1.2.2 实验资源不足，难以满足所有学生同时实验的需求目前应用化学专业每班约3040 人，由于实验设备和场地限制，不能保证每位同学都独立完成实验，需要分组进行，每组约34 人。这样就造成实验室比较拥挤，有些同学会出现开小差、不动手操作、抄袭他人实验结果等现象，背离了实验课培养学生的动手能力以及培养学生实事求是、严谨治学的初衷。1.2.3 实验过程无法复习，缺乏实验后的总结归纳教学方式以老师演示为主，但课时有限，老师无法详细展现全部实验过程，且有些学生注意力不集中，老师讲的难点和实验注意事项没有理解，又无法回顾复习，实验过程只能模仿，导致最终实验效果大打折扣。由于缺乏监管，实验演示内容无法复习，实验后部分学生不愿归纳总结，实验报告应付，甚至抄袭，起不到预期的学习效果。1.2.4 实验准备繁琐，试剂消耗大，不环保，内容需优化升级因课时有限，有些实验如果让学生自己准备，规定课时内很难完成。实验过程中经常会用到易燃易爆、强腐蚀性、高毒性的危化品，因此要避免学生直接接触这些危化品，若是操作不当，容易引发安全事故。另外，还要考虑实验室“气、液、固”三废处理，尽量避免对环境造成污染。鉴于上述问题实验前期大量工作只能由实验员完成，这样既减少了学生动手操作的机会，又给实验员增大了工作量，因此，实验内容急需优化升级。2 分析化学实验课教学改革的必要性首先，传统的灌输式教学方法单调乏味，难以激发学生的学习热情，且实验内容设计比较陈旧，不符合社会发展和市场需求导向。因此，需要根据人才培养的定位，增加综合性、应用性实验的比重。但改革要遵循循序渐进的原则，力度不宜过大，否则会带来教学工作不连贯、耗材试剂缺乏以及教师工作量激增等许多负面问题。其次，基于“互联网+”的发展，各种线上教学资源日益完备，如：慕课6、虚拟仿真平台7、移动虚拟实验平台8、学习通9等。这些资源往往能通过更加直观的实验视频、模拟操作等丰富学习内容，形象生动地呈现教学过程，这是学生喜闻乐见的授课形式。将这些资源更好地融入课堂教学，才能带动学生的学习激情，也能丰富完善教学体系。最后，受疫情影响，很多高校实验课都推迟开课，待学生返校后再择期补课10，但这种解决方式并不能从根本上解决问题。以无锡学院为例，全校共有实验室138 个，2022 年实验课开课情况如图1 所示，各学院实验课总数为934 门，计算可知平均每学期每个实验室开课门数约为3.4 门，每门课多个班级同时开课，实验室基本满负荷运行。这么多实验课如果推迟，加上实验室场地、人数限制，实验课的排课将非常困难，择期安排不现实，而且学生复课后除了正常课程外，还有大量各级各类考试、重修、补考、实习、补课等，学业压力相当大，根本没有多余精力来上好实验课。综上所述，开展混合式教学势在必行，随着文明的进步，新科技新思想的出现，线上线下混合式教学表1 分析化学实验课内容序号实验项目名称实验类型1分析化学实验基础知识多媒体演示2容量器皿的校准验证3强酸强碱的相互滴定基本操作练习验证4铵盐中氮含量的测定综合5混合碱的分析综合6EDTA 溶液的配制与标定验证7水中钙镁的测定验证8高锰酸钾溶液的配制与标定验证9试样中过氧化氢含量的测定综合10分光光度法测定铁含量验证11邻二氮菲合铁(II)配合物组成的测定综合12葡萄糖含量的测定综合13硫酸铜中铜含量的测定综合14维生素C 含量的测定综合15酸雨中硫酸根的测定验证16分析化学实验总结多媒体演示二校-2023-8-下期.indd 422023/8/17 14:51:162023年08月|43也是教学方法改革的一个重要趋势。线上教学模式的发展必将有力促进线下教学效果，两者取长补短，相辅相成，才能全面促进实验课教学质量的提升。3 混合式教学设计与实施3.1 线上教学设计与实施3.1.1 线上教学设计(1)心理准备。线上实验课开展对老师和学生都是一个极大的挑战，老师要调整自己的教学方案，重新设计教学方式和思路，搜集相关的教学资源，探索线上授课方式；学生要调整自己的心态，克服焦虑恐慌心理，提高自律性，制定好学习计划，适应老师的节奏11。因此开课前，学校要求老师必须跟学生做好充分沟通，调查学生的上课意愿，表2 为对无锡学院应化班同学线上实验课开课意愿的调查结果，可以看出大部分学生还是能够接受线上实验课这种上课形式，认可度较高。表2 实验课线上开课意愿调查结果指标人数百分比%赞成5892.06反对23.18中立34.76(2)实验内容调整。调整实验课时安排，改为线上、线下两部分，线上部分占30%，线下部分占70%。对表1 中实验项目进行了梳理，其中实验35 属于酸碱滴定类型，实验7 属于配位滴定，实验9 属于氧化还原滴定，实验15 属于沉淀滴定，这几个实验均属于滴定法。实验6 和8 属于标准溶液的配制与标定，实验1011 属于分光光度法，实验1214 属于碘量法，这样就将16 个实验划分为不同类型，将同一类型的实验原理合并讲解，同时观看实验视频和线上仿真模拟，辅助课堂测验，开展线上实验教学。待开展线下教学后，减少理论讲解时间，对同一类型的不同实验进行实验操作内容的调整，将同一类型的实验集中进行线下操作练习，在实践中进一步巩固线上教学效果。(3)线上预习。认真预习是做好实验的前提，通过预习，可以明确实验目的，理解实验原理，熟悉实验步骤，了解实验注意事项，预习做好了必将事半功倍12。为了帮助学生做好预习，老师提前在QQ 学习交流群发布课程安排、实验讲义、操作视频等材料，并提出一些思考题，供学生有目的地去预习，便于后面开课时有的放矢，提前做好充足准备。3.1.2 线上教学实施为了更好地交流互动，线上上课采取“腾讯会议+学习通”的形式进行，以分析化学实验课程为例，阐述无锡学院线上分析化学实验课的开展模式。(1)线上预习考核。为了保障预习效果，防止预习流于形式，督促学生认真完成实验预习，上课前任课老师在学习通发布预习小测验，一般为选择题或判断题等主观题，测试时间5 min 左右，题目较简单，主要考查学生的实验预习情况，测试结果作为预习成绩，计入平时成绩。这样通过测验也可以了解学生的预习效果，依据结果教师可以在上课时针对性重点讲解，节省时间，也便于学生消化吸收。(2)线上讲解课件并观看演示视频。教师通过“腾讯会议”共享实验课件，有针对性地讲解实验目的、原理、重点难点、实验操作步骤、数据处理及注意事项等，也可以通过“录屏”功能把讲解过程保留下来，以备学生观看复习。讲解结束后，引导学生观看实验操作演示视频，边观看边讲解，提醒学生做好实验现象观察和记录，指出实验操作的重点和注意事项，通过直观的实验操作视频加深学生对整个实验内容的理解。观看结束后，预留510 min 与学生进行交流互动，答疑解惑，针对重点难点问题进行讨论。(3)线上开展虚拟仿真实验。虚拟仿真软件是基于虚拟仿真线上、三维动画、演示、人机交互等技术在计算机上进行的一种模拟实验平台13，它是根据理论与实验教学要求设计出的用于辅助教学的虚拟环境。学院与北京欧倍儿软件技术开发有限公司合作，应用其公司开发的欧倍儿虚拟仿真模拟软件平台，助力分图1 无锡学院2022学年各学院实验课开课情况二校-2023-8-下期.indd 432023/8/17 14:51:17人才培养44|2023年08月析化学实验的开展。平台集仿真软件练习、操作演示、数据处理、知识点考察等为一体，寓教于乐，在学习知识的同时，充分调动学生的学习兴趣，最终获得练习成绩。教师在线指导学生开展模拟实验，有问题随时提出来，学生练习成绩系统自动记录，可以反复多次练习，按最终成绩为准，以便学生更好地掌握知识，为复课后线下实验开展奠定基础。(4)线上随堂测验及讨论。在学生仿真实验结束后，针对学生的学习情况，在学习通再次发布随堂小测验，考查学生对重点知识的掌握情况，随堂测验成绩计入平时成绩，以此督促学生上课认真听讲。测验结束后，针对实验过程中遇到的问题进行课堂解答，并就预习思考题进行讲解讨论，进一步巩固课堂所学知识。3.1.3 线上教学归纳总结要求学生课后完成学习通在线实验报告提交，归纳总结实验目的、实验原理和实验步骤，将仿真模拟数据写入实验报告。老师在线批改，及时反馈实验报告中的问题，对重点难点问题进行梳理，并在QQ 群讲解和讨论。3.2 线下教学设计与实施线上实验课的开展已经使学生对实验内容有了整体感知，但线下实验操作对增强学生动手能力、练习操作技能更为重要。任课教师根据教学情况对同类型实验进行调整，合理设计线下实验教学，减少不必要的重复性实验。与学生充分沟通，提前做好线上实验内容复习，便于线下实验的顺利开展。线下课无需重复讲解理论知识，学生直接动手实验，老师只需全程现场指导，提醒学生重要注意事项，做好实验观察和记录。这样既节约了时间，为学生创造了更多练习机会，又锻炼了学生的独立实验能力。课后无需学生重复提交实验报告，线上实验报告中补充相应的线下实验数据即可，并与虚拟实验结果对比，分析问题，查漏补缺，进一步强化实验学习。3.3 教学考核方式及效果评价原分析化学实验教学大纲中总成绩包括两部分不变，期末考试成绩占50%，平时成绩占50%。适当调整平时成绩考核方式，将平时成绩考核划分为六部分，分别由预习成绩(10%)、线上课堂表现(20%)、线下课堂表现(30%)、仿真虚拟平台成绩(20%)、随堂测验成绩(10%)和试验报告(10%)组成。制定平时成绩记录表，把每次实验的平时成绩准确记录，总平时成绩为每次实验平时成绩的加和取平均，这样保证了学生成绩的公平、公正，避免了传统教学模式平时成绩不好评估，拉不开差距等问题。表3 为改革前后应化班分析化学实验课成绩，可以看出，传统教学模式下，考试平均分为78.56，优秀率为7.69%，而混合式教学模式下考试平均分85.25，优秀率为28.1%，成绩大幅度上升，学习效果明显进步，取得了较为理想的教学效果。表3 某应化班级学生分析化学实验课成绩分布情况等级传统教学模式混合式教学模式人数百分率/%人数百分率/%9037.69928.1280892153.851856.2570791025.64412.506069512.8213.13不及格00平均成绩78.56 分85.25 分4 混合式实验教学对应用型高校化工人才培养的作用分析化学实验具有很强的实践性和探索性，如产品质量控制、环境检测、食品安全检测、药物的制备和研发等都离不开分析化学的实验手段，通过分析化学实验的教学，不但能培养学生分析问题和解决问题的能力，为就业打好基础，还可以通过综合性实验锻炼学生的团队意识、合作精神和创新型思维，对应用型高校化工人才的培养至关重要。4.1 发挥学生主观能动性，培养学生的创新理念传统的“填鸭式”教学模式以老师讲解为主，学生按照既定模式按部就班的完成实验，很大程度上局限了学生的主观能动性，限制了他们自我探究、自我创新、自我验证的积极性。另外，由于教学手段落后，教师演示教学时，许多细节学生观察不到，自己动手问题层出不穷，没有时间去自我思考和查漏补缺。通过混合式教学改革，实验内容设计上拨冗去繁，追求少而精的培养理念，推动学生创新理念的培养；通过形象化的视频演示，能生动形象地给学生传递分析化学的基础知识，也能引导学生的发散思维，启发他们深入思考，对分析化学知识进行应用扩展。二校-2023-8-下期.indd 442023/8/17 14:51:172023年08月|454.2“四位一体”化教学方式，充分激发学生的学习兴趣混合式教学模式、教学手段多样化和利用慕课、视频、仿真模拟、现场演示等手段，开展“四位一体”的教学方式，充分调动学生的学习兴趣，激发学生学习的热情。兴趣是最好的老师。通过改革，把基础知识点融入到新的教学实验中，甚至是设计一些趣味性的实验项目。学生在学会知识的同时也激发了极大的学习热情，会不自觉地把课堂知识扩展到环境分析、消费品检测、食品质量评价及相关医药行业等应用中，进而提高了他们的实践能力和创新能力，大大提升了教学质量，最终实现应用型高校的人才培养目标。4.3 实验方法追求灵活性，注重学生实践能力培养实践动手能力的培养，是应用型高校化工人才培养的重点，通过教学改革将线上老师讲解、视频观看、虚拟仿真和线下动手操作相结合，既培养了学生较高的动手操作能力，也培养了学生扎实的计算机运用能力，培养学生成为新时代化工行业与互联网有机结合的学科交叉型创新人才。通过课程改革后学生参加“节能减排”、大学生“挑战杯”、大学生“互联网+”和大学生创新创业大赛等项目的学生明显增多，取得的成果也有了明显的进步，这也反映了学生的实践创新能力、分析问题、解决问题的能力明显提高。4.4“以评促学”，打造良性人才培养模式立足“专业基础扎实、专业技能熟练、具有创新能力和国际视野”的多层次创新型应用型化工人才培养，建立了多维度教学效果评价，全方位考察学生培养效果，达到“以评促学”的目的，形成一个良性循环。以分析化学实验为例的混合式实验教学研究深入改革，大胆尝试，积极创新，摸索出一条较为实用的化工人才培养模式。5 结语化工人才培养是一个系统工程，需要融入到学生培养的各个阶段，让学生自觉的进行创新和应用，营造人才培养的“软环境”。无锡学院立足当下，紧跟时代步伐，通过实验课教学模式的研究和探索，优化了实验教学流程，丰富了教学内容，增强了学生学习积极性，提高了学生的科学素养，为创新型应用型人才的培养奠定了基础，取得了较好的教学效果。在新工科新农科的时代大背景下，大学实验课教学改革将是必然趋势，线上线下混合式教学模式也必将进一步发展和创新。参考文献：1 教育部.关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见EB/OL.(2020-08-08)2021-02-01.http:/ 教育部 教育部应对新型冠状病毒感染肺炎疫情工作领导小组办公室关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见EB/OL.(2020-08-08)2021-02-02.http:/ 黄芳芳,王萍,王颖芳,等.后疫情时代临床医学专业预防医学课程优化探索J.卫生职业教育,2022,40(19):38-40.4 邹慧.新冠疫情期间本科化学实验教学模式探索J.安徽化工,2022,48(04):206-208.5 孙尔康,张剑荣,马全红,等.分析化学实验M.南京:南京大学出版社,2015:1-2.6 马晨江.慕课背景下大学数学教学改革探讨J.黑龙江科学,2022,13(21):150-152.7 蔡瑶,王涛,陈杰,等.高校化学虚拟仿真实验室的建设与发展J.化工管理,2022(34):18-20,36.8 姜卓,滕怀江,姜希超.基于微信小程序的网络操作系统移动实验平台的设计与实现J.电脑知识与技术,2022,18(27):5-8.9 吴莹,陆祥,柳琼友,等.基于学习通的混合式翻转课堂教学模式在组织学与胚胎学实验课中的应用J.教师,2022(19):90-92.10 李晨英,陈华林.新冠疫情下本科基础化学实验课线上线下混合式教学的思考J.大连民族大学学报,2020,22(03):285-288.11 王宝华.后疫情时代高校学生心理健康问题及应对措施J.新西部,2022(05):136-138.12 杨桂珍,李志果,陈伟珍.强化课前预习,提高分析化学实验课程效果J.广东化工,2015,42(24):180,195.13 任艳蕊.虚拟仿真软件在化学交互式教学中的应用研究D.银川:宁夏大学,2020.作者简介：李海玉(1986-)，女，汉族，山东临沂人，高级工程师，硕士，无锡学院，主要从事分析化学研究、基础化学教学和管理工作，E-mail：L。基 金 项 目：无 锡 学 院2021 年 教 学 改 革 研 究 课 题(JGYB202106)。二校-2023-8-下期.indd 452023/8/17 14:51:17