线上线下混合式仪器分析实验金课探索与实践

摘  要：聚焦仪器分析实验金课的构建，依托虚拟仿真平台，探究线上线下融合教学系统化方案，强化互联网+技术在混合教学模式实验教学中应用的必要性和紧迫性。以仪器分析实验教学的具体实践为基础，探究线上线下融合教育的模式、策略和方案，包括在新人才培养方案指导下的实验项目重塑、教学流程关键环节有效性的强化、对实验教学自动化管理和教学成效多维度评价方法的深入探索。

关键词：线上线下混合式教育;虚拟仿真技术;仪器分析实验;人才培养;信息化

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）26-0113-04

Abstract： Focusing on the construction of the instrument analysis experimental gold course， relying on virtual simulation platform， the online and offline integration of systematic teaching scheme has been explored， strengthening the use of Internet + technology and showing the necessity and urgency of mixed teaching mode in experimental teaching. Base upon the instrumental analysis experiment teaching practice， the offline integration of education mode， strategy， etc were developed， including the modulation the experimental items guided by the new talent training scheme， the effective key milestones in teaching process， the validity of the automation management of experiment teaching and the deep exploration of multidimensional teaching effectivenessevaluation method.

Keywords： the teaching mode of online and offline integration; virtual simulation technology; instrumental analysis experiment; talent training; promotion of information technology

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》明确指出：“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视”。要继续推动高校开展依托互联网+的网上网下融合，课堂和虚拟、课上和课下相互融合的教学改革;继续发挥高校理论研究前瞻、信息接受快速的优势，推动高校为制高点将创新性教育研究成果向社会开放，推动高等教育信息化发展，高校师生员工责无旁贷、任重而道远。事实上，高等教育信息化发展，也经历了从起步阶段的基础设施建设，到以业务系统为核心的数字校园建设，如今已发展到以深度融合和创新驱动为特征的智慧校园建设阶段。但其核心和重点从来就没有改变，始终聚焦在互联网技术对教学改革的推动、重塑和创新上。伴随着网络技术的快速发展、大数据/业务平台一体化、知识社区和智慧课室建设的提速，以线上线下混合式教学为主题的教学信息化迎来了又一个快速发展时期[1]。突如其来的COVID-19新冠肺炎疫情更是给教学信息化带来了一个“大考”和“实战”的机遇，使线上线下混合式教学获得了内生的驱动力，必将给未来教育教学模式带来革命性的影响。

一、线上线下混合式仪器分析实验金课探索的前期实践

根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》的规划，依据应用型本科院校实用型人才发展的要求，线上线下混合式金课的探索和打造，必将在这场信息化教育革命中占据重要位置。什么是“金课”？ 按照教育部高等教育司司长吴岩的定义，就是具有“高阶性，创新性，挑战度”的课程。因此，线上线下混合式“金课”就是线上线下有机结合的具有“两性一度”的精品课程。其简捷高效打造的路径就是充分利用线上“金课”进行本体化改造，探索线上“金课”的多种应用模式，与线下适合本校学生的特点和培养需要充分的融合，在模式上不断摸索，实际教学中不断历练。

仪器分析实验课程是化学类专业的一门重要实践课程，随着科学技术的广泛发展和应用，现代分析测试手段已经被广泛应用于化学与化工、生物与医学、食品与安全和生态与环境等领域专业研究和生产实践中。熟悉仪器分析的方法原理、掌握各种分析仪器尤其是生产实践中广泛应用的大型仪器，是打造实用型人才、提升实用型人才培养内涵的核心。

以打造线上线下仪器分析实验金课为抓手，通过对实训内容、模式和方法的创新设计，把仪器分析实验课打造成实用型人才培养的理想平台。近两年我们紧紧依托化学实验教学示范中心（省级），全面开展信息化教学，特别是利用线上资源及虚拟仿真平台开展各种实践教学改革和创新研究，积累了很多成功的经验。新冠肺炎疫情及其常态化的趋势，倒逼我们加快了这一探索的进程，并坚定了深入研究的信心。想当初，当面临疫情危机使学生不能返校，正常实验教学不能开启的情况，确实带来了一系列问题，但倒逼化学实验中心实践教学改革和线上信息化教学刻不容缓。这是一场危机，也是一次外界环境压力下快速发展的历史机遇。加快创新实验教学模式研究，实施信息化实验教学管理，以更加开放多元的方式开展实践教学是落实实践教学“停课不停教”的关键，利用虚拟仿真模拟实验平台、线上直播交互式教学、线下学习群落的辅导是当时解决问题的着力点。

疫情期间通过筛选专业的化学实验仿真模拟平台，辅助在线的直播及课下微信平台的互动等多种形式，建立了在疫情期间开展化学实验教学的创新、开发及便捷的实践教学新模式，该模式经过近两个学年的实践，证明具有一定的实用性，收到良好的效果[2]（如图1和图2所示）。

二、线上线下混合式实验类金课打造的紧迫性

经过疫情的历练，在混合式实验教学研究和实践中，我们取得了一定成效，也积累了一些经验。但高质量线上线下混合式实践教学金课的打造也还在摸索阶段，尤其是模式探讨、系统高效教学方法的构建和科学评价方法的探究尚需深入[3];结合教学示范中心的现状，如何利用线上线下混合式金课，打造的契机来改变制约中心快速发展的一些瓶颈问题，包括由于资金有限，绝大多数大型分析仪器只有一台，但招生规模却在不断扩大，生均仪器占比还很低;以及受限于实验室空间，很多仪器分析实验操作的安全性还不达标;而离近几年提倡的智慧实验室、绿色环保实验室的要求还有很大的差距的问题。

如何利用互联网+实验模式、教学信息化的机遇，最大化发挥、盘活现有的资源，提高高端仪器的利用率;有效克服实验室空间紧张、经费短缺的问题;积极应对仪器数量仍然偏少，但招生规模不断增加的挑战，还需要更加创新的实验运行模式，更加高效的解决方案。以融合线上资源，研究线上线下混合仪器分析实验金课及其相关模式作为解决问题的抓手，未雨绸缪地进行线上线下混合式开放实验模式研究和实践是十分有必要而且紧迫的。

三、线上线下混合式仪器分析实验金课的构建

具体实践中，我们以仪器分析实验课程为例进行了模式设计、规划和运行，经过精心规划，首先在第一学年遴选1/3的项目进行试运行，积累经验并及时总结梳理;在我们感觉基本能掌控混合式实验教学的流程后在第二学年增加线上线下融合式仪器分析实验教学项目比例。迄今经过两个学年的摸索，发展和建构了基本成熟的“线上线下混合式实验金课教学模式”（如图3所示），同时也将该模式通过化学实验教学示范中心在其他实验课程教学中推广和应用，并不断验证和完善。

（一）线上线下混合式仪器分析实验金课教学模式的关键环节

本研究着力于实验教学金课模式的构建，重点从四个关键环节进行探究、丰富和完善，将线上线下融合模式各项优势和效能发挥出来，并期待收到统合综效的结果。这个四个关键环节分别为：实验前教师资料准备（线下）;实验前学生自主学习（线上）;实验技能实操训练（线下）及持续的评价和反馈（线上线下）。这四个环节，逻辑统一，线上线下相互融合、相互依存，层层递进，构建线上线下融合实验金课的核心。

（1）实验前教师资料准备（线下）：教师作为主体，在线下为学生准备充分的学习资料，供学生在实验前自主学习。资料的形式多种多样，主要包括网络微课、教师制作的小视频、公共视频材料和MOOC资源;教师备课的文本材料（PPT、教学活动设计及实验预习效果自测题）;尤其要清晰发布实验学习任务书。有鉴于这阶段的学习生态及老师对学生的实际掌控度，在这个环节派发给学生的资料要围绕教学目标精心遴选，少而精并充分考虑形式多样和有趣味性。既要实现教学目标还要重在激发学生参与。

（2）实验前学生自主学习（线上）：学生作为主体，以老师线上资源为引领，做好实验前准备，熟悉实验原理、方法、步骤并清晰实验课学习目标。如有条件，鼓励学生在虚拟平台完成操作模拟练习。考虑到学生课外学习环境比较宽松，为保证课前自主学习的有效性，教师通过网络平台互动交流非常有必要。在互动中跟踪学生的学习，对学习过程进行必要的线上指导和监督。

（3）实验技能实操训练（线下）：教师引导，学生为主体，在实验室进行系统操作技能训练。基于此前两个环节，线上线下融合实验课堂不再是传统的教师讲授为主，学生被动接收，而是形式多样的协作探究、小组讨论和组间竞赛等。通过教师的引导、学生主导，伙伴之间互动。以目标导向、过程监控和评估、指导和反馈等手段，全面培养学生的观察能力、动手能力，以及分析问题、解决问题的能力。

（4）持续的评价和反馈（线上线下）：教师和学生协同，充分利用线上平台优势，进行重点、难点分析讨论和技能测试;将面对面的访谈和线上问卷调研相结合，多角度、全方位对学习过程进行精进，对学习效果进行评价。通过反馈与评价，教师能掌握学生是否适应这种教学模式、对这种模式还有什么期待，在此基础上发现问题、不断调整，对线上和线下混合实验教学模式进行修正和完善。

（二）以线上线下混合式实验教学模式对仪器分析

实验项目进行重塑

以2021版人才培养方案为指引，按照仪器分析实验教学大纲的要求，盘点线下实验室的仪器分析设备现状、结合中心资源现况及实验室现实环境，有针对性地引进和重点筛选线上MOOC资源、虚拟仿真实验平台及自主开发仪器分析实验的微课小视频，丰富完善仪器分析实验项目，提升仪器分析实验金课的内涵。

对照本科班现行仪器分析实验实训项目，可以看到采纳线上线下混合式教学模式后，能有效填补许多仪器分析实验项目的空白，包括电化学分析电位滴定、库伦滴定及极谱分析;光学光谱分析中原子发射光谱分析、原子吸收石墨炉原子化分析;系统完整地强化其他项目的实训;并有效解决实验室仪器短缺，缓解实验室空间不足等困扰化学实验示范中心持续发展的问题（见表1）。

四、线上线下混合式仪器分析实验教学策略和自动化管理方案

线上线下混合式教学模式中，可以充分利用线上超强的后台管理软件，记录和监控学生的学习过程，促进实验管理的自动化。以我们在疫情期间采用微瑞科技化学虚拟仿真实验平台为例，系统详细地记录了学生学习完成的过程，包括针对某个实验模拟时间、模拟次数和实验成绩;学生可利用系统平台进行实验报告的撰写和提交;教师可以利用平台评分和批改。系统提供实验考试管理和实验考试模块，并总体对实验成绩进行汇总，实现实验教学的闭环管理。这为科学、系统地进行过程和结果管理提升教学成果提供了数据支撑，如图4所示。通过对已有线上教学管理积累的经验的总结，研究线下线上混合式仪器分析实验教学管理模式，充分利用软件优势、自动数据采集优势和自动分析优势，融合线下评估数据，提出系统、完整的实验教学自动化管理方案。