线上线下混合式教学在《药物化学实验》中的探索与实践
李婧 申贵男 金成浩 王桂华 张大伟
摘 要：在教育信息化的背景下，文章以《药物化学实验》课程为例，详细阐述了对专业实验课开展线上线下混合式教学的研究。课题组从线上资源制作、课程实施设计、教学方式、评分机制等方面进行了设计，通过教学实践对实践效果进行了总结分析。研究表明线上线下混合式教学，能丰富实验教学资源、增加学生自主学习环节、提高学生实践动手能力，教学效果显著提升。
关键词：线上线下混合式教学;药物化学;实验教学
中图分类号：G420 ? ? ? ? 文献标志码：A ? ? ? ? ?文章编号：1673-8454（2019）22-0068-04
一、引言
《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》要求加快教育信息基础设施建设。2018年，教育部推出《教育信息化2.0行动计划》，要求加快教育现代化和教育强国建设，推进新时代教育信息化发展[1]。
随着信息技术的发展，利用“互联网 + ”技术设计教学内容、组织课程，已经广泛地应用到教学当中。MOOC、精品在线、翻转课堂、手机在线等应用互联网传播手段教学方式的研究应用已经取得显著成效[2]。近年来，线上线下混合式教学逐渐得到了业界的普遍关注，打造线上线下混合式教学金课，成为教学改革追赶的新目标[3-5]。
“混合式教学”是传统式教学与网络教学二者优势互补的一种教学模式，用于帮助学习者获得最优的学习效果。传统课堂受学时限制，知识传播途径单一，课题内容要照顾80%学生的接受能力，无法顾及优秀学生和学困生的学习。网络教学能有效地把知识详细精确地展现给学生，对于学习能力强的学生能更大程度地拓展知识加深学习;对于学习较差的学生也可以反复观摩理解知识。但其局限性是缺少了师生之间的沟通与关键问题的点播。
线上线下混合式教学能利用丰富的教学资源，安排教学内容，兼顾多层次学生需求;把课堂延伸，不再受课时和课程安排的限制;可以采用多种形式与学生沟通，调动学生学习的主动性;可以及时跟踪学习情况和掌握学生学习中存在的问题。
本文应用线上线下混合式教学在《药物化学实验》课程中进行探索与实践。该课程是制药工程、药学专业重要实验课程之一，以药物合成为目标，训练使学生具备常规仪器操作能力及常用药物的合成、纯化、鉴定分析能力，使药物化学的重要理论得到实践与验证[6-9]。在教学中寻找新的方法，有助于提高学生综合运用药物化学、药物合成、有机化学等各门课程知识的能力，并激发学生对新药研发的兴趣。
本研究通过运用超星学习平台，建设“药物化学实验”线上资源库，应用线上线下混合式教学模式，构建“在线预习—课堂实验教学—在线复习与提升”的混合式实验教学模式，见图1。
二、线上教学内容设计
根据专业培养目标及课程大纲，制定线上学习内容及学习目标。
1.梳理实验技术与仪器操作相关理论知识，建立实验操作标准化视频数据库
其包括两个部分：一是安全说明，包括实验室使用安全、药品使用和存储安全、意外事故处理（烫伤、割伤、火灾、中毒等）、废品处理;二是基础操作技术，包括样品量取、过滤、控温、干燥、回流、蒸馏、重结晶、萃取、旋转蒸发、薄层层析、柱层析、熔点、紫外、红外、核磁。
2.制定实验项目，在项目中达到对实验技术和仪器操作的训练
分为两个层次：一是基础反应实验（卤化、烃化、酰化、缩合、氧化、硝化、还原）;二是典型药物合成综合实验（苯佐卡因合成与鉴定、苯妥英锌合成与鉴定、磺胺醋酰钠合成与鉴定、硝苯地平合成与鉴定）。
3.建立考题库
以线上教学资源为题材，准备对理论、仪器、技术、操作、注意事项、错误分析等实验相关内容，编撰为单选、多选、判断题型，汇集成安全说明测试题库、基础操作技术测试题库、基础反应实验测试题库、典型药物合成综合实验测试题库。应用超星平台试题卷功能，制作四个章节的网络测试。每次测试题10-15套，学生随机答题，以测试形式刺激学生对知识点的学习，同时跟踪学生学习情况，评价学生学习效果。
4.准备讨论题
在线上教学过程中，发起讨论是激发学生思考学习的重要手段，教师根据实验经验、实验具体情况准备好讨论题目，在课前和课后均可发起讨论。
从表1可知，“安全说明”和“基础操作技术”为实验基础，内容覆盖范围广，适用于多种基础类实验课程，如有机化学实验、药物合成反应实验、药物化学实验。对每个单元，分别制作PPT图片说明、文字说明，录制操作讲解，准备练习题和思考题，设置任务点，敦促学生学习。
从表2可知，“基础反应实验”为单项实验，训练学生基础实验类型和实验操作。“典型药物合成综合实驗”，对经典药物合成过程纯化、鉴定进行全面训练。每项实验包含若干个基础技能，通过PPT、文字、操作视频等，讲解反应原理、仪器操作、注意事项和反应处理等内容。线上平台应用，使内容更系统地展现在学生面前，有利于循序渐进学习。
三、教学过程设计
1.在线推送教学资源、各项测试与讨论内容
“安全说明”与“基础操作技术”这两部分内容是实验的基础，需要在实验操作课程前2-3周推送，让学生提前学习。由于部分内容在前期课程（有机化学、分析化学）有所接触，学生较易接受。新的实验技术，需要学生自主学习，在实验课上重点强调指导。在实验操作课程前应用试题库，随机出题，考核学生对这两部分内容的理解。学生可以反复测试，以最高成绩为最终成绩，目的是使学生获得实验操作知识。期间通过平台师生互动，及时提问与解答。要求对安全说明知识掌握达到90%为合格，对基础操作技术掌握程度70%为合格。在既定时间内完成相关内容学习、考核，让学生时间充分但也有紧迫感。教师能通过在线活动获得学生对知识的掌握情况，估计实验中学生会遇到的难点问题。
“基础反应实验”和“典型药物合成综合实验”项目在开展前1周推送实验内容。使学生预习即将开展的实验项目，准备项目中需要运用到的基础操作，完成预习报告。提出不理解的问题，通过平台互动或者课上与教师讨论。学生需要提前自主学习，做好准备，才能在实验中顺利完成操作。在项目完成后，在线推出基础反应实验测试题和典型药物合成综合实验测试题，让学生完成对这两部分内容的综合测试，了解学生对实验内容的掌握情况。
2.线下开展实验课
为了加强自主学习到实践应用的训练，在实验课开始时就强调实验过程重点为考核对学到的知识的应用能力，而不是在课上现学现用，走完过场。在课前学生必须完成预习并进行测试，了解实验仪器与药品，能够按照实验步骤完成实验，这也为学生独立自主实验的能力培养奠定了基础。
根据要求，设定不超过30人的实验，操作分小组，3-4人合作完成（基础设施丰富时，可降低人数）。在课上，教师用3-5 分钟强调重点、点评实验报告。然后学生开始实验，记录实验现象。教师加强在实验过程中监督评测学生操作过程、仪器使用、卫生处理、产品质量评价等，对严重问题给予指导。学生应当能自由应用操作技术，在一定程度上学会分析解決问题，能主动应对突变事件。由于基本实验操作视频已经上传网上，学生在实验中可以随时观看，以便解决动手操作中的疑惑。
课后，学生及时完成实验报告，分析实验过程和产物鉴定测试，总结结果。教师对报告及时批改并做出点评，让学生在下次实验中避免犯错。
3.加强互动
线上线下混合式教学为师生互动提供了更便捷的平台。在本研究中实施定时互动，即在实验课前1天、实验课当日、实验课后1天以及考试前1天进行互动。定时互动有利于集中引导学生提出问题和解决问题。教师发起讨论采用图片形式为主，例如学生实验时错误操作和正确操作对比图片、各组产品对比图片、学生实验报告中的问题、实验卫生照片等，在照片中注意回避学生面部。
四、学生能力评价
评价分为多个环节，注重过程考核。线上评价为四次线上测试，得分占总成绩的30%。四次在线测试可多次考试，以最高分为最后成绩，以此鼓励学生不断学习，增强对知识的理解和课程的参与。
线下评价包括实验过程、实验报告，占比40%。评价学生实验过程的参与合作能力、操作正确和熟练程度、实验产品质量评估、实验报告书写、实验现象记录以及对实验数据的分析等。期末测试占比30%，以在线测试题库题目和综合问题分析测试为主，以此督促学生对在线测试的重视，加强自主完成率。实验绩效评价体系化，即最大限度地实现公平性，又调动了学生的积极性，激发了学生的学习信心。
五、教学效果及分析
1.线上内容学习效果
线上内容在介绍理论操作之后，设有视频学习任务点和知识点练习题。通过查看学生学习记录，了解到仅有18%的学生能完成全部视频知识点的学习，做完练习测试题。45%的学生能完成50%以上视频学习，20%左右的学生视频学习程度在50%以下，有个别学生学习率仅在10%以下。四次平时测试题，随机出题60题（单选、多选、判断），满分100分。安全说明测试平均得分在92分。基础操作技术测试平均得分在82。基础反应实验测试和典型药物合成综合实验测试（包含具体项目内容和操作应用），平均得分为81和75。多数学生都进行了2-4次的测试以提高成绩，个别学生完成1次测试。
尽管学生完成任务点比例较低，但是学习操作技术的方式有多种，有的是通过提前参加科研课题实验获得，或者从其他课上、网上资源学习。因此在线学习任务点完成情况没有作为成绩评定部分。学生通过测试问答的方式学习，能加深对问题的思考，也极大地提高了学生的学习兴趣，学习效果强于阅读、视听学习。为了避免代替答题，测试题题库内容将作为期末考试的一部分，借此敦促学生能独立完成。
2.线下实验课堂效果
在传统实验课堂上，大部分学生都是无准备实验。在课上，教师对实验技术进行演示，但人数多时效果较差。课上学生机械地按步骤操作完，无暇思考其中缘由。混合式教学，学生在完成线上任务点、测试题及预习报告后，已经具备完成实验任务的能力。课上教师简要说明实验内容，省去示范环节，杜绝学生“照猫画虎”不明就里的现象。教师监督指导学生，评价学生操作。学生更有任务感，认识到实验就是考核过程，从而加强学生的主观能动性，提高实验效率和实验成功率。在实验期间，学生更能主动思考问题，总结失败缘由。线上教学内容在课前对学生增负，但是在课上节省时间，解决了传统教学课时紧张问题，使学生能更有条理地完成实验操作。
3.师生互动效果
超星在线学习平台使师生互动更加容易进行。在本研究中采用定时互动，而不是随时互动。虽然随时互动给了学生更大的空间，但是实施中没有调动学生的积极性，反而使教师和学生产生手机在线焦虑。定时互动，使学生习惯在特定时间关注课程，互动问题也更具有针对性。学生主动提问主要集中在两个方面，一是在线测试题，多是在线上讨论;二是关于实验失败原因，学生多在实验完成时与教师讨论。教师发起照片形式讨论能激发学生积极性，增加问题关注度，同时也使学生明确实验中的对错，坚定实验评定的合理性，有利于在后期实验更能积极地准备。
4.成绩评定效果
传统实验评定主要包括实验操作、实验报告和期末考试。实验操作3-4人一组，按组进行评价。实验报告区分不大，期末考试又以开卷为主。此种情况下评分集中且较高，无法正确评价学生能力。在线上线下混合式教学评定标准下，增加了过程考核分，学生通过学习过程，不断获得积分，实验操作和实验报告对实操能力考核，在期末考试时增加了技能细节测试和综合问题分析测试，能增强考核的公平性。通过实验过程发现，学生学习的主动性提高，在实验中更加注意操作准确性。最终成绩70-80分占9%，80-90分占64%，90分以上占比27%，成绩分布趋于合理。
5.存在的缺点及改进方法
实验由学生分组完成，这样对实验过程、实验产品评测按组进行，难免存在组员能力不一，评定欠缺公正。因此在教学环节需要增加学生互评。在线测试无法排除代替答题情况，在课程中鼓励学生互助学习，但是一定要亲自动手答题，同时加大在线测试题目在期末考试题中的题量。
六、总结
笔者在实验教学中设计和实施了线上线下混合式教学模式，采用互联网、手机平台进行教学。线上推送的药物化学实验操作原理、应用以及标准化操作视频，理论知识和操作视频覆盖药物化学相关的基础课程教学以及科研操作需求。内容适用于教学，同时延伸惠及多层面学生和教师的需求。实验课学生学习药物合成反应的性质和原理，学习使用基本仪器设备，掌握基本药品鉴别技术。本课程将传统学习方式的优势和网络化学习的优势相结合，实现了对传统教学模式的革新。突出以学生为主体的学习模式，培养学生主动学习能力、合作能力、分析和解决实验问题的能力。
参考文献：
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