混合教学模式在仪器分析课程中的实践运用——以“气相色谱分析法”为例

Univ. Chem. 2023, 38 (5), 13–20 13
收稿：2022-07-18；录用：2022-08-19；网络发表：2022-09-08
*通讯作者，Emails:****************(雷敬卫);******************(谢彩侠)
基金资助：河南省教育科学规划2022年度一般课题立项(2022YB0145)；河南中医药大学2020年度示范课程立项(YJSKCSZ-2020-08)
•教学研究与改革• doi: 10.3866/PKU.DXHX202207077 混合教学模式在仪器分析课程中的实践运用
——以“气相色谱分析法”为例
张娟1,2，刘庆普1,2，雷敬卫1,2,*，谢彩侠1,2,*，纪永升1，麻秋娟1
1河南中医药大学药学院，郑州 450046
2河南省高校中药质量控制与评价工程技术研究中心，郑州 450046
摘要：在仪器分析课程中设计混合教学模式，包含前端分析、课前线上学习、线上线下联结、线下课堂教学、课后指导、学习评价。

以“气相色谱分析法”为例，通过全面分析学情、梳理教学内容、设计线上线下教学过程、突出过程性学习评价，充分探究混合教学模式在仪器分析课程中的实践运用。

通过教学反思，探讨混合教学模式的应用优势及存在问题。

关键词：仪器分析；混合教学；气相色谱分析法；教学实践
中图分类号：G64；O6
Practical Applications of Blended Teaching Mode in Instrumental Analysis Course: Taking the “Gas Chromatography Method” as an Example
Juan Zhang 1,2, Qingpu Liu 1,2, Jingwei Lei 1,2,*, Caixia Xie 1,2,*, Yongsheng Ji 1, Qiujuan Ma 1 1 College of Pharmacy, Henan University of Chinese Medicine, Zhengzhou 450046, China.
2 Henan Engineering Technology Research Center of Quality Control and Evaluation of Chinese Medicine,
Zhengzhou 450046, China.
Abstract: In the course of instrumental analysis, the blended teaching mode is designed, consisting of front analysis, the learning process online before class, online and offline linkage, classroom teaching offline, guidance after class, and learning evaluations. Taking the “Gas chromatography method” as an example, the practical applications of the blended teaching mode in the instrumental analysis course are fully studied, based on the comprehensive analysis of the learning conditions, the detailed collation of teaching contents, the designation of online and offline teaching processes, and the implementation of multi-dimensional learning evaluations. The advantages and problems in the applications of the blended teaching mode are discussed according to teaching reflection.
Key Words: Instrumental analysis; Blended teaching; Gas chromatography; Teaching practice
仪器分析是高等院校诸多专业的基础必修课程，主要包括光谱、色谱、波谱等教学内容，具有多学科交叉、多技术融合的特征[1,2]。

通过学习，学生能够掌握仪器分析方法基本原理，运用相关知识解决实际问题，为学习后续专业核心课程提供重要知识和技能基础。

仪器分析课程对于培养高质量专业人才具有非常重要的基础支撑作用。

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传统教学模式下，仪器分析课程通常按照“方法原理、仪器介绍、专业应用”流程开展课堂教学，教师讲授灌输、学生被动接受大量碎片化知识。

学生面对海量知识信息和抽象方法原理，几乎没有时间深入思考，也无法透彻理解，课下只能依靠死记硬背，最终达到成绩合格即算完成学习任务。

学生逐渐失去学习兴趣，难以灵活运用所学方法解决实际问题，创新思维和创新能力培养更是无从谈起。

可见，仪器分析传统教学模式亟待改革。

混合教学模式基于“移动通信、网络学习与课堂教学相结合的教学情境”，突破时空限制，利用智慧教学平台，以先进教学理念和教育理论为指导，融合线上线下教学优势，将各种教学要素混合优化，实现教学质量提升[3,4]。

混合教学模式既充分发挥教师教学主导作用，又充分体现学生学习主体地位，在诸多专业教学中已得到广泛研究和应用[5–8]。

在此背景下，结合我校实际教学改革，将混合教学模式应用于仪器分析课程，改革传统课堂教学模式，助力专业人才培养，为同类课程教学改革提供参考和借鉴。

混合教学模式下，仪器分析教学设计如图1所示，主要包括前端分析、课前线上学习、线上线下联结、线下课堂教学、课后指导、学习评价。

图1 仪器分析混合教学模式设计
1 前端分析
前端分析主要包括学情、教学内容、教学目标及课程思政分析。

学情分析：仪器分析开设于大二年级下学期。

此时学生已经系统学习过化学分析法，具备“量”的概念，对分析化学课程特点已有全面认识和深刻体会。

通过掌握“色谱分析法概论”，学生具备学习“气相色谱分析法”的知识和理论基础。

以我校2019级药学专业学生为混合教学授课对象，调查结果显示，99%以上学生拥有移动上网设备如手机、电脑等，校园网络通畅。

极个别学生可凭借学生证明到学校图书馆或网络中心进行学习。

学校智慧教室为各种教学平台使用提供了便利条件，有利于混合教学顺利实施。

教学内容：“气相色谱分析法”主要包括气相色谱仪、色谱柱、检测器、色谱条件选择、定性定量分析等基本内容，以“色谱法概论”为基础，又引出“高效液相色谱法”，具有承上启下的重要作用。

知识能力目标：掌握气相色谱分析法基本原理，熟悉气相色谱仪基本构造及色谱条件选择，掌握色谱定量分析方法，了解气相色谱法应用，具备应用气相色谱法解决实际问题能力。

情感价值目标：培养客观精准、实事求是的科学态度以及严谨细致、认真负责的职业素养。

课程思政融入：以“气相色谱分析法”为例，课程思政融入点主要有：科学研究要以社会发展需要为根本目的，要具备坚持不懈、刻苦钻研的科学精神；学习和工作中需坚持理论与实践的辩证
学情分析
教学内容
教学目标
课程思政
No. 5 doi: 10.3866/PKU.DXHX202207077 15 统一；树立客观全面看待问题、准确把握事物本质特征的辩证思维。

2 混合教学模式下教学过程分析
混合教学模式下，仪器分析教学过程分为课前线上学习、线上线下联结、线下课堂教学、课后指导四个阶段。

2.1 课前学习
高质量学习资源是学生课前线上学习的有利保障。

教师需在全面梳理教学内容基础上，整合优化知识点，提供精细化课程视频，推送精准化学习资源。

例如，将“气相色谱分析法”教学内容按照知识点分解细化，录制以下12个课程视频：气相色谱仪、固定相、固定液分类和选择、色谱柱、热导检测器和氢焰离子化检测器、其他检测器、色谱条件选择、定性分析和定量校正因子、归一化法、外标法、内标法、气相色谱应用，每个视频时长5–10分钟。

根据教学安排及时发布课程视频，学生反复观看学习。

教师可通过教学平台查看学习进度，督促学生按时完成线上视频学习。

线上视频课程学习，本质上仍然是学生被动学习过程，如何调动学生自主学习积极性是需要关注和解决的难题。

为此，教师可网络筛选趣味性较强的多媒体资源，辅助学生理解晦涩抽象的知识点。

例如，对于“气相色谱仪、检测器”等内容，可向学生推送MOOC 、色谱学堂等精品网络公共资源(图2)。

丰富有趣的网络动画使抽象的色谱流程和检测器原理变得直观形象，非常有利于学生理解掌握。

向学生推送“仪器信息网”资料，帮助学生全面了解气相色谱仪的诞生和发展历程。

学生从中受到启示：人类社会发展需求是科学技术进步的动力源泉，不懈坚持和勇于探索是科学技术创新的精神支撑。

图2 课前多媒体学习资源在线推送
依据教学内容和教学目标，设置学习任务(如表1所示)，帮助学生进一步掌握所学知识。

例如，“检测器”内容涉及各类检测器原理和特点，需要学生自主归纳总结，以增强认识和理解。

因此，将学习任务设置为思维导图，以作业形式提交，学生参与线上自评互评。

互评模式下，学生并不知道自己评价的是谁，所以一般都会给予客观批改。

“气相色谱条件选择”涉及大量基础知识的综合应用，教师可从药典或文献中选取应用实例，线上推送给学生，要求小组讨论完成。

“定量分析法”是色谱定量计算的基础，学生不仅需要掌握各种定量分析方法的原理及特点，更需要运用这些方法解决实际分析工作中的问题。

因此，将学习任务设置为公式推导、实例应用与综合计算相结合的综合性小组任务。

小组任务完成后，在线提交作业，教师及时评阅。

依据教师评价和反馈，各小组完善任务资料，为线下翻转课堂、汇报交流等环节做好准备。

2.2 线上线下联结
通过在线下课堂教学与课前线上学习之间设置联结阶段，如图3所示。

教师对课前评测结果、课前任务作业及线上讨论情况进行全面分析，从而明确课前学习结果，确定线下课堂教学起点，精准设计课堂教学活动，有效实现线上线下相融合。

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表1 课前学习任务设置
学习主题任务类型任务说明
气相色谱柱互动话题课堂派APP发布互动话题：1) 常用的固体固定相有哪些？2) 选择固定液的原则是什么？3) 你了
解分流进样吗？
气相色谱检测器互评作业以思维导图形式归纳总结热导、氢焰离子化、电子捕获、氮磷、火焰光度等检测器特点及适用
对象
色谱条件选择小组讨论在线推送文献“气相色谱法同时测定西格列汀原料药中有机溶剂四氢呋喃、乙酸乙酯、丁酮、二
氯甲烷、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺的残留量”，从固定相选择、进样口温度、柱温、载气、检测
器及温度、进样量等方面分析色谱条件设定，说出设定依据
定量分析小组任务 1)
推导说明归一化法、外标校正曲线法、外标一点法、内标校正曲线法、内标对比法、内标校正
因子法等定量计算过程；2) 理解、对比、归纳三种定量分析方法的特点；3) 课后习题等定量分
析计算
注：第1项，每个小组负责推导其中两个定量计算过程(可由教师分配)；第2项，小组讨论完成；
第3项，每个小组选取一道习题作答并说明定量计算过程
图3
线上线下联结设计
首先，教师设计课前线上测试，并深入分析测评结果。

课前测试题目主要涵盖基础重点知识，依据教学内容特点，设置不同类型题目。

对于碎片化的简单知识点，例如“气相色谱流程、固定液的要求和分类、检测器”等，以基础选择及判断题为主。

对于综合应用知识点，例如“定量分析法”，以简单计算与综合问答题为主。

课前线上测试本质上均为基础知识练习，设计原则是让学生学会，帮助学生掌握基本知识，建立自主学习信心，形成良性学习循环；设计目的是通过测试结果给学生以自我评价，给教师以学情反馈。

依据客观的测评反馈结果，教师深入分析课前学习是否有效以及课堂教学如何精准设计。

例如，某个或某类测试题目错误率较高，那么该知识点就需要在线下课堂教学中深入讲解。

“定量分析法”课前评测结果显示(图4)，有关内标法和外标法的理解题目得分率明显较低，因此，教师设计线下课堂教学时，需注重引导学生深入理解定量分析方法特点及适用条件。

图4 “定性定量分析法”课前测试分析结果
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其次，通过分析学生课前作业和线上讨论情况，教师发现学习问题并将其融合于线下课堂教学，完成知识内化。

例如，“气相色谱检测器”思维导图互评作业的分析结果显示，学生能够总结各类检测器的基本特征，但是，有些关键点却容易被忽略。

比如，使用各种检测器时需要注意的问题、质量型和浓度型检测器的分类等。

因此，教师在线下课堂设计中，对于基础知识无需重复讲解，只需强调重点、解释难点，帮助学生提升归纳总结知识能力。

再例如，课前，教师在课堂派APP中发布“气相色谱柱”互动话题，鼓励学生积极回答。

线上互动情况分析结果显示，大部分学生对于“分流进样”避而不答，或者直接照抄书本。

分析原因是，仅通过书面文字描述，学生无法理解“分流进样”，感觉较为抽象、似懂非懂。

针对这一问题，教师可在线下课堂教学设计中，适时引入“毛细管气相色谱进样口”动画视频，直观形象地解释分流进样结构、作用及分流比设置，从而帮助学生消除疑惑，加深理解。

2.3 线下课堂教学
混合教学模式下，课堂教学以课前线上学习为基础，利用面对面优势，从学生认知水平、个人能力、团队协作、情感获得等多方面培养学生高阶思维能力，促使学生达成深度学习，完成知识内化，获得情感和价值体验。

线下课堂不但需要融合课前学习，更需要实现教学提升和进阶。

根据课前线上学习评测与反馈结果，针对学生没有掌握的知识点及需要强调的重难点进行微讲解，以完成核心知识进阶。

简单来讲，这一过程相当于传统课堂教学的总结环节，目的是促使学生明确重难点、真正掌握核心知识。

例如，对于“气相色谱条件选择”，课前已进行小组讨论。

通过作业评阅发现，学生掌握了气相色谱仪、固定相选择以及检测器原理等，但是，针对具体实验如何应用这些基础知识和基本理论正确选择色谱条件，却不知从何入手。

因此，线下课堂教学中，结合课前小组讨论实例，全面分析文献所采用的色谱条件，启发学生联系将要进行的实验课程，提出问题“气相色谱法对复方口腔溃疡散中冰片的含量测定，该如何设定色谱条件”。

经过充分思考和讨论，学生认知不再仅停留于书本中的文字描述，而是能够将所学知识用于具体实验分析，解决实际问题。

通过完成这一教学活动，学生能够切实体会到，科学实践若无理论指导，只能盲人摸象、不知所措，而理论若脱离实践应用，只能成为纸上谈兵、闭门造车。

所以，学习工作中，必须理论联系实践，将二者有机结合起来。

融合课前线上小组任务，实施翻转课堂，完成任务进阶。

线下翻转课堂以学生为主体，教师为主导，融合课前学习任务，将复杂的学习主题情境化、问题化和多维化，实现线下任务进阶，促进学生高阶思维发展与综合能力提升。

以“定量分析法”为例，从峰面积定量参数到定量校正因子，再到三种定量分析方法，是一系列复杂的定量推导过程。

单靠传统教学模式下的教师讲授和演示，学生无法深入理解，更不用说灵活应用了。

混合教学模式下，通过完成课前任务，学生对色谱定量分析方法已具备浅层认识，也能够进行简单分析计算。

但是，通过评阅小组作业发现，部分学生并没有透彻理解三种定量分析方法特点。

线下翻转课堂为解决这一问题提供了良好途径。

通过课堂小组展示，学生讲解定量分析方法推导过程，教师及时提出问题引导学生思考。

例如，“外标法定量计算时，是否需要校正因子？校正因子在哪一步消失不见了？校正因子可以随意消失吗？它的消失是否需要一定前提条件？”，给予学生充足时间进行思考和讨论，引导学生深刻理解外标法特点及适用条件。

小组任务展示活动包括每一种定量分析方法的讲解、分析及讨论。

经过深入思考和分析三种定量分析方法，学生能够认识到，只有全面把握每一种定量分析方法的本质特点，才能在具体实验中选择合适的定量方法正确计算。

这一学习过程有助于学生增强全面看待问题、充分把握事物本质特征的辩证思维能力。

可见，翻转课堂也是融入课程思政、承载科学思维和价值观培养的有效途径。

将碎片知识点融会贯通于综合性、进阶式练习测试，用于检测课堂教学效果。

教师提前建设课堂测试题库，学生在教学平台中随机选取5–10道题目作答。

选项顺序可随机打乱，学生抽题重复率低，能够保证测试效果。

依据测试结果统计数据，教师及时总结分析，发现教学问题，学生自我评
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价，反思学习成效。

2.4 课后指导
课后阶段，教师线上推送前沿性多媒体资源，例如多维气相色谱、顶空气相色谱、气相色谱-质谱联用技术等相关小视频等，帮助学生了解现代化仪器分析技术在科学研究及生产生活中的应用，提高学生学习兴趣，拓宽学生思维视野。

分析发现，学生由于个性和能力差异，会出现三种学习状态：一是自我知识建构能力较强，很快形成自我认知体系，能够较好地应用所学知识解决实际问题；二是基本知识掌握情况较好，但综合应用能力不足，这类学生占大多数；三是极少数学生自主学习能力较差，基本知识学习也需靠反复督促才能完成。

混合教学模式为课后分类指导和因材施教提供了有效途径。

例如，对于第一类学生，可鼓励他们积极参与相关科研工作，进一步培养理论联系实践的科学素养。

教师也可将其设为助教，适当参与线上教学过程，如课前作业评价、发布讨论主题、在线答疑、分享学习经验等，筑起师生互动和生生互动的一道独特桥梁。

对于大多数综合能力有待提高的学生，则需要为他们指出提升方法和途径，例如，引导药学专业学生查阅《中国药典》，进一步熟悉气相色谱法在药物研究领域的应用，在线分享收获和心得。

对于第三类学生，则需要实时督促，加强多渠道互动。

例如，根据教学平台统计结果，教师或助教对未按时学习视频课程、未按时提交作业或测试的学生一键催交，并私信提醒。

利用微信群、腾讯会议等线上交流通道为学生答疑解惑，帮助他们及时调整学习方法和策略，明确学习目标、有效提升自主学习能力。

3 考核评价方式
混合教学模式下，仪器分析课程采用过程性考核与终结性考核相结合方式，对学生学习进行评价，如图5所示。

相比于传统模式，过程性考核所占比重提升至60%，以强化突出过程性学习。

过程性考核成绩达合格以上，学生才能参加期末终结性考核。

终结性考核为期末题库抽题组卷，线下闭卷考试，占比40%。

终结性考核成绩达合格以上，综合成绩才算有效。

图5 仪器分析课程的学习考核评价方式
近几年来，随着各类教学平台更加“智慧”，过程性考核方式更加丰富多样。

仪器分析混合教学模式下，过程性考核主要包括线上考核与线下考核。

其中，线上考核包括线上评测、线上作业和论坛参与，线下考核包括课堂展示、随堂测试和阶段测试。

每个线上考核项目占比均为10%。

线上考核项目一般通过SPOC教学平台统计评分。

线上评测以教师在线发布课前测试题目为基础，学生学习视频课程后，在线完成测试，提交后可以看到评分及答案解析。

线上作业以教师在线发布课前学习任务为基础，学生或小组完成后在线提交，设置作业为“自评+互评”模式。

互评模式下，每个学生随机评价五名同学的作业。

自评互评结束后，平台自动统计得分。

论坛参与主要依据
学生在SPOC教学平台学习讨论板块中的发帖回帖数量与主题点赞数量相结合进行评分。

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线下考核项目均在线下课堂完成并统计评分。

课堂展示以课前小组协作、完成学习任务为基础。

学生在线下课堂进行小组汇报，由教师评价得分。

随堂测试和阶段测试均通过课堂派APP发布并在线下课堂中限时完成。

随堂测试涵盖小节基础重点知识，用以检测课堂学习效果，促进知识内化。

阶段测试一般是在整个章节教学完成后，通过课堂派APP测试题库随机抽题完成。

阶段测试涵盖整个章节重点知识及综合应用知识，用以复习巩固和提高。

我院2019级药学专业成绩分布如图6所示。

过程性考核成绩中，80–100分占比76.1%。

综合成绩中，80–100分占比72.3%，二者较为接近，学生整体成绩良好，无不合格现象。

图6 药学专业仪器分析考核成绩分布图
4 教学反思
教学反思是对教学实践的再认识，是教学中必不可少的环节。

分析发现，仪器分析课程应用混合教学模式，具有以下优势：(1) 学生主体地位和教师主导作用显著增强。

在此“双显”作用加持下，学生更加关注自主学习能力与自我管理能力提升，主动将精力集中于平时学习过程，真正成为学习主体。

专业教师则更加注重有效教育理论和先进教育理念学习，充分把握混合教学规律[4,9]，不断优化教学过程，真正成为教学主导。

(2) 混合教学模式使课堂教学更加有趣有效。

由于具备课前线上学习基础，线下教学可充分实施翻转课堂方式，灵活开展任务展示、小组讨论、问题探究、练习测评等丰富多样的教学活动，一改传统课堂中教师满堂灌、气氛单调沉闷等现象，显著增强学生课堂参与度、师生互动程度及气氛活跃度，有利于提高教学效果。

(3) 混合教学模式下，师生互动和生生互动更为频繁有效。

多种通信平台技术在教学中深入广泛使用，使得多渠道教学互动不再受时空限制，答疑解惑与实时交流变得更加及时，学生学习体验感得到有效增强，学生学习中心地位得以更加凸显。

反思发现，混合教学模式在实践运用过程中需注意以下问题：(1) 相比传统教学模式，混合式教学对教师理论水平和实践能力都提出了更高要求。

教师不但需要熟悉各种教育理论，全面认识混合教学模式内涵[9]，还必须精准把握实际教学过程。

理论水平和实践能力二者缺一不可，否则混合教学实践极易流于形式，而无法真正体现优势。

(2) 混合教学模式下，设计线上和线下教学活动，需充分遵循学生学习规律。

假如课前线上任务纷繁复杂、超出学生能力范围，亦或课堂讨论主题过于深刻晦涩、难以理解，都容易使学生产生各种心理负担，反而不利于教学。

(3) 对过程性考核评价模式依然缺乏科学全面认识。

大多专业教师主要将过程性评价用于监控学生学习，或作为评价工具给出分数。

混合教学模式下，过程性评价的本质功能在于，及时发现和反馈教学问题，促进教师反思和改进教学，激励学生不断提高和发展。

因此，过程性评价必须回归过程，反哺教学。

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参考文献
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