SCI论文（www.lunwensci.com）:
Design and Practice on Flipped Classroom Teaching Model for Instrumental Analysis
CAO Feng1, 2, ZHANG Qian-li1, 2, WU Zheng-ying1, 2, LIANG Zuo-qing1,2, DONG Shu-lin1,2, LI Li1,2
(1. Tianping College of Suzhou University of Science and Technology, Suzhou Jiangsu; 2. School of
Chemistry Biology and Materials Engineering of Suzhou University of Science and Technology,Suzhou
Jiangsu)
Abstract: According to the major problems in current teaching process of instrumental analysis, the idea of introduction of flipped classroom teaching model to the instrumental analysis was discussed in this paper. A design proposal base on flipped classroom teaching model was introduced and its practiced results were explored. The results fully proved that the participation
of students, the classroom instruction efficiency and the effect of teaching could be all improved by application of new teaching model. This paper also provided a new idea for the reform of undergraduate teaching mode of instrumental analysis.
Key words: Flipped classroom; Instrumental analysis; Teaching model
一 课程教学现状
《仪器分析》是化学、材料、环境、生物及相关专业中一门重要的核心专业课程，该课程旨在通过理论与实践教学过程，培养学生运用现代分析测试仪器和技术开展相关工作的能力。随着分析仪器在现代研究领域中的作用和地位的不断的提高，《仪器分析》课程在相关专业的人才培养中的重要性也越来越明显。同时，随着分析仪器的更新换代和相关技术的推陈出新，也使得《仪器分析》课程内容变得极为丰富， 既包含了各种分析方法的原理，也包括了各种仪器的使用方法，同时还需要培养学生掌握挑选仪器，设计实验，评价试验结果的综合能力。如何在有限的课时内，让学生切实的掌握本课程的理论知识，同时具备解决问题的实践能力，正逐渐成为《仪器分析》课程教学中亟待解决的关键问题。为解答这一问题，提高《仪器分析》课程的教学效果，许多教师和学者也进行了多种尝试：如将理论教学与实践教学相结合 [1-3]， 采用案例式或项目化的教学方式 [4-6]，邀请仪器研发工程师参与教学过程 [7,8]，组织学生在课后进行调研等 [9,10]。在实践中，这些方法对改善《仪器分析》课程的教学质量都起到了一定作用。但是，这些方法的出发点主要集中在对教学实践过程的的改进，容易受到教学资源，师资力量，学生素质等因素的影响，实施起来也具有一定的滞后性，难以对教学质量起到持续性的保障。因此，要从根本上改善《仪器分析》课程的教学质量，还需要更多的从教学理念出发，结合当前学生的特点，运用全新的教学策略，结合现代信息技术，构建更为合理的教学模式。
二 课程改革思路
在探索《仪器分析》教学模式创新，以及提升本校《仪器分析》课程教学质量的过程中，我们首先通过对本校和兄弟院校相关专业的《仪器分析》课程教学情况进行了调研，从调研的结果，我们发现目前《仪器分析》课程教学过程普遍存在的问题主要有以下两个方面。
第一、丰富的教学内容与有限的课时之间的矛盾。现代分析仪器和技术发展迅速，同时为适应越来越细的行业划分，仪器分析也变得越来越专业化， 于是便形成了种类繁多，且不断变化的各类仪器分析方法。要真正掌握这些仪器和技术，并能够自如地加以运用，不仅需要扎实的理论知识也需要一定的实践经验。这就决定了《仪器分析》课程无论是理论教学部分还是配套的实践环节都有着丰富的教学内容。但是，在目前各高校普遍推行降学分，减课时的大趋势下，绝大多数院校专和业分配给《仪器分析》课程的课时（ 包括理论教学与实验教学） 通常仅为 40-60 个标准课时。于是，也就导致了教师在开展理论教学和实验教学时都不得不在有限的时间内将所有教学内容灌输给学生，而学生学习是也疲于应付大量的知识点，无暇对所学的内容进行深入的思考和理解，难以将所学知识和技能真正内化，另外繁重而枯燥的学习过程也消磨了学生的学习兴趣，使学生难以主动的参与到课程教学中来。
第二、理论教学与实践教学之间的“貌合神离”。目前大部分专业所开设的《仪器分析》课程中都设置了与理论课配套的实验环节，希望通过理论与实践的结合，帮助学生巩固理论知识，了解仪器实操，积累实践经验，以此保障学生的学习效果。但是，在实际开展的过程中，理论教学与实践教学之间普遍存在着脱节的现象。一方面，理论教学和实验教学各自独立开展，在进度和内容上的不同步，使学生难以如设想中那样以理论去指导实践，以实践深化理论，反而造成了部分学生考高分却不会用仪器，部分学生会操作却考试不及格的情况。另一方面，时间紧，任务重的现状也从教学设计与实验器材分配等方面给《仪器分析》的实践教学环节带来了很大的压力，目前大部分的仪器分析实验都只能以验证性实验的方式开出，而且开展某些大型仪器的实验教学时，学生分组人数较多，不少学生只能走马观花式地了解一下仪器的使用流程，难以通过实验过程，切实地掌握仪器的原理和工作方式，更谈不上通过实验来巩固理论知识和积累实践经验了。此外，部分专业在开设实验课时，缺乏合理的考核机制，使得实验课的成绩趋于平均化，甚至成为学生期末拉高总评成绩的“救命稻草”，严重削弱了实验环节在本课程中的作用，也削弱了课程考核对学生能力评价的准确性。
在对上述两个方面的问题进行深入分析后，我们认为，不管是教学内容与课时之矛盾还是实验课与理论课的脱节，其本质都是以教师为主体，内容为导向的传统教学模式所固有的弊端的表现。如果能够充分发挥学生自身的主动性，提高课堂效率， 同时，坚持以结果为导向，建立学习情况的实时反馈机制，并把实践教学与理论教学进行深度的融合的话，上述问题都将迎刃而解。因此，我们在本专业的《仪器分析》课程改革中，以“翻转课堂”理念为基础尝试构建了新的教学模式。
三 “翻转课堂”教学模式设计
在现代教育模式中，“翻转课堂”是一种能够充分发挥学生在教学中的主体地位的方式，在许多院校的众多课程的尝试中，“翻转课堂”都有效地提升了学生在课程学习中的参与度，显著提升了课程教学质量。因此，我们在尝试构建《仪器分析》教学新模式时， 首先就尝试了将“翻转课堂”理念引入课程教学之中。
在把“翻转课堂”理念同《仪器分析》课程本身的特点有机结合的基础上，我们所设计的教学模式如图 1 所示。在这一教学模式下，教学过程被分为了教学准备，教学实施和教学评价三个阶段，并通过相应的反馈机制构成了有机的整体。
图 1《仪器分析》翻转课堂教学模式
（一） 教学准备阶段
在教学准备阶段，为了最大程度的发挥好课堂教学的效率，我们以成果导向理念为指引，根据本专业学生的培养目标与能力要求，对《仪器分析》的教学内容进行了全面的梳理。首先，以本专业学生毕业要求为导向，筛选出本课程的核心知识点， 再根据知识点的内在联系，构建思维导图，形成课程教学内容的逻辑结构。然后，结合本专业学生的能力水平与发展方向，明确各个知识点的预期学习成果和考核要求。同时，为实现理论教学和实验教学的有机融合，在梳理教学内容的过程中，我们也把实验环节结合了进来，将以教授仪器操作方法为主要内容的验证性实验环节，安排在了相应的理论教学内容之后，理论教学与实验教学交替轮流进行， 保证实验内容与进度与理论教学的同步性。同时， 我们还强化了实验环节的考核属性，把每一知识单元（通常为一种仪器分析方法）的实验环节整体作为本课程教学内容的“课堂翻转”，即在学生在完成相应的理论教学后，首先完成相关验证性实验的预习报告，再独立开展相关分析仪器的实验环节，以此作为对学生的阶段学习情况进行考核，在完成全部课程学习后，再以综合性设计型实验对学生整体学习情况进行考核，学生通过针对实际分析检测问题，独立进行实验的设计与操作，并以学生的实验方案和实际分析结果综合给予评价，以便对学生的能力水平给予客观准确的评价。此外，教学准备阶段所形成的知识点思维导图，每个知识点的预期学习成果和考核要求，都通过课程教学大纲的形式在课程开始之前向学生进行了公开，使学生能够在全面了解课程教学内容和形式的基础上，对自身的学习过程进行有效的规划，从而为学生能充分地参与到教学过程之中，并为最终实现“课堂翻转”做好基础。在教学准备阶段，我们也运用多媒体技术， 将全部教学内容按知识点制作了动画课件及相应的课程短视频。其中动画课件主要用于课堂教学，讲授如分析过程的反应机理，仪器工作原理等核心难点，通过形象生动的动画方式，帮助学生加深理解， 课程短视频则主要用于教学实施阶段中的翻转课堂环节以及学生课后复习自学等环节，以帮助学生充分利用课后的碎片时间进行学习。
（二） 教学实施阶段
在教学实施阶段中，理论教学和实验教学部分都将通过微课与翻转课堂的实施来提升课堂教学效率和学生的参与度。理论教学部分，在每个教学单元开始前，相关的微课视频都将通过网络平台发布给学生，并要求学生在规定时间内完成观看，每个短视频后都有配套的阶段测试题，帮助学生在观看后进行自我测试，了解自己的学习效果。短视频的观看情况和阶段测试的成绩统计，都会通过自建的网络平台反馈给任课教师，从而更全面地了解学生的学习情况。对于教学内容中的难点部分，以及学生在微课学习中反映出来的普遍性问题，将通过课堂教学的方式来给予解答。学生在课前通过观看微课视频进行的预习以及对其中的引导性问题开展的思考将有助于学生更好地了解教师的讲课思路，了解学习过程中的疑难点，提升课堂教学质量 [11]。对于教学内容中的非难点部分， 则将直接通过“翻转课堂”的形式来实现，即学生在观看相关微课视频后，在课堂教学时直接就相关知识点进行讨论或测试，教师通过学生在讨论中的发言表现和测试的情况对学生的学习效果进行评估。实验教学部分，学生除观看相关的理论知识点的视频外，还需要在开展实验操作前观看关于仪器操作流程，规范，注意事项等内容的微视频，并在此基础上结合课外资料的查阅完成实验预习报告的撰写，教师将根据学生所撰写实验预习报告的内容评估学生对实验内容的了解程度并决定学生是否能进入实验室开展实验， 保证学生能够安全，有效的参与到实验教学环节之中。此外，对于理论教学部分和实验教学部分，课堂翻转的过程中学生普遍出现的疑问，困惑或误解等情况，教师将在课堂教学中组织深入讨论，并将最终获得的反馈在下一轮教学内容的设计中进行应用。
（三） 教学评价阶段
教学评价阶段中，即是要就学生对本课程的整体学习效果和达到的能力水平进行客观合理的评估。其中理论知识部分的评价通过期末卷面考试的方式进行，这一过程中采用来标准化的试题，考试内容及标准要求均以课程教学大纲所规定的保持一致， 即学生在参与课程之初就可以根据课程教学大纲清楚的了解本课程的教学内容及考核标准，能够根据自己的知识基础和能力水平对本课程的学习进行合理规划，并在考核阶段对自己的学习成效进行客观的评价。实践能力的评价，通过综合性设计型实验来实现，以实际工程案例为基础，设计相关分析检测问题，学生以分组形式通过资料查阅，结合所学知识技能，在规定时间内独立完成分析方案的设计并运用相关分析仪器予以实施，教师根据学生所设计方案的合理性，仪器操作的规范性以及实际分析结果的准确性为标准给予评分。学生最终的总评成绩由考试卷面成绩，实验考核成绩与平时成绩综合评定，各部分成绩比例为：总评成绩 = 考试卷面成绩 ×60%+ 实验考核成绩 ×20%+ 平时成绩 ×20%其中平时成绩的评定由课堂出勤情况，课后作业情况，视频观看情况以及参与讨论情况综合评定。
由于上述考核方式保证了对学生学习成果评价的客观性，因此对上述考核结果的分析也将能够准确的对教学过程提供有效反馈意见，使本课程的教学具备了能够与时俱进的活性。
四 实践结果与总结
在 2017-2018 和 2018-2019 年度中，我们在开设《仪器分析》课程的专业中，选择化学专业作为试点，采用了新的教学模式，同时选择材料化学专业作为对照组沿用传统的教学模式分别实开展了课程教学。化学专业采用新教学模式前后的成绩与考试合格率情况如图 2 所示，化学专业与材料化学专
业同期成绩与考试合格率情况如表 1 所示。
表 1 化学专业与材料化学专业 2018-2019 年《仪器分析》课程成绩与合格率
从比较结果可以看出，在采用了新教学模式后， 化学专业在《仪器分析》课程中的考试成绩与考试合格率较以往有了显著提高，同时也比采用传统教学模式的材料化学专业在同期开展的教学过程中表现出了更好的学习效果，表明“翻转课堂”教学模式的引入，确实能够对本课程的教学质量实现提升。
而这一提升的根本原因还在于“翻转课堂”教学模式下，学生的主体地位得到了保证，学生在教学过程中的参与度与主动性得到了显著的提高，提高了课堂教学的效率，也对学生的课外时间与精力实现了充分的利用；同时，“翻转课堂”教学模式下结果导向的理念可以得到有效的贯彻，课堂翻转的过程就是各种教学中各种反馈涌现的过程，充分利用这些反馈的信息也能够帮助教师实现教学过程的“生命化”，灵活的应对课程教学中的各种变化因素，真正做到顺势而动，因材施教。因此，我们在今后的教学过程中还将不断深入对“翻转课堂”理念的探索， 并继续应用到本课程的教学过程之中，充分发挥这一教学模式的优势，努力培养符合国家社会需要的合格人才。
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