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吴瑞香
(汕头职业技术学院 广东汕头 515078)
《仪器分析》是高等职业教育食品检验检测技术、环境监测技术、化妆品技术、分析检验技术等专业的一门基础课程，是一门理论性和实践性极强的学科，是专业人才培养方案中的重要课程之一。该研究基于项目主题的教学理念，在《仪器分析》课程各章节教学中，利用企业真实的工作项目引入章节知识，将完成项目所需任务进行分解，在完成任务的过程中掌握知识并突破重点、难点内容[1]，在实施教学过程中将理论知识教学、虚拟仿真教学和实践操作教学一体化，即“理虚实”一体化教学模式。
基于项目主题的“理虚实”一体化教学模式[2]，在情境中引出新知，通过进阶式任务让学生运用知识解决问题，使学生所学知识与企业的真实检测岗位实现零距离对接，充分发挥了精品在线开放课程资源与虚拟仿真技术的作用，实现“教、学、做”的合一，强化了学生的动手能力，激发了学生的学习兴趣，从而达到了知识内化、能力提升，思政融合的教学目标,培养了学生的职业能力，有效提高了教学质量。
目前，《仪器分析》课程的教学模式大多数是教师先讲授理论知识，再示范仪器操作方法，最后再让学生按预先设计的实验方案完成实践操作。在整门课的教学和学习过程中，教师占据了课堂的主体地位，教师向学生传授信息，学生只是被动的接受者，学生的主体地位没有得到充分体现，且目前高职学生是文理混合，基础参差不齐，主动学习意识不强，所以学生的学习兴趣不浓，学习积极性不高。另一方面，大型贵重仪器设备是人多机少，学生一般以小组为单位，相互协作完成实训，学生反复进行仪器操作练习的机会很少，只是观看教师示范操作过程，听老师讲解操作要点，学生很难掌握技能要点，技能水平得不到明显提升，毕业后不能快速地将学过的知识内容应用到实践中去，职业院校很难培养出满足企业岗位需求的技术技能型人才。
构建基于项目主题的“理虚实”一体化教学模式的主要途径如下。
在各章节的教学过程中，首先，以“项目引领”教学内容，选取企业真实典型的工作项目为载体来引领章节内容[3]，项目围绕一定的教学内容，包括理论知识和操作技能，且符合学生的认知规律，经过设计加工后，均可以满足该课程的教学需要。该课程主要设计了自来水中微量铁含量的测定、乳粉中锌含量的测定、饮料pH 值的测定、水中苯系物的检测、防腐剂苯甲酸钠的测定这5 个真实检测项目。其次，设计完成每个项目所需执行的任务，以“任务驱动”来完成知识的学习[4]，并突破重点、难点，构建“理虚实”一体化的教学与实训体系，以理论知识、虚拟仿真和实践操作为时间顺序主线[5]，线上线下混合式教学，实现“理虚实”一体化教学的衔接贯通。
2.1 融合信息技术，以“理”优化整合教学资源
《仪器分析》作为该校精品在线开放课程，已在智慧职教平台成功开课，已有微课、电子教案、PPT课件、试题库、项目案例等教学资源，授课内容已与企业实际工作项目对接。仪器分析的理论教学内容围绕各类仪器分析方法的工作原理、仪器构造、工作过程、定性定量分析方法等内容展开。因此，可借助智慧职教平台《仪器分析》精品在线开放课程资源，开展线上线下混合式教学。线上教学活动，可将学生的学习行为前移，根据学生线上学习情况，可以做得到精准的学情分析，为线下教学做准备，有效实现了线上线下混合式教学，充分调动了学生学习的积极性、主动性。
2.2 融合虚拟仿真技术，以“虚”改革创新实践模式
虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通信等技术，构建高度仿真的实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展实验[6]，可以查询学生的预习过程，记录学生仿真实验的过程，并实时记录实验数据，完成实验报告[7]，记录正确率及学生完成实验目标达成情况，便于教师掌握学生的学习情况。在仪器分析课程教学中，大型精密仪器的结构复杂、价格昂贵且易损坏、学生学习难度大、对操作人员的要求较高。因此，在实践操作前，可先进行虚拟仿真实验，掌握仪器的基本操作方法和实验的基本步骤，再进行大型精密仪器的实操训练。
虚拟仿真实验可以使抽象的内容具体化，学生可以随时进入虚拟实验室完成实验，提高了学生的学习积极性，培养了学生的自主能力，提高了学习的效率。同时，虚拟仿真实验还可以解决职业院校实训室普遍存在的大型精密仪器设备人多机少的问题[6]。
2.3 融线上线下，以“实”巩固升华课堂实践
基于智慧职教平台《仪器分析》精品在线开放课程、东方仿真3D 虚拟现实仿真教学软件等教学资源，打破了线上教学和线下教学的时空界限，将理论知识教学、虚拟仿真教学、实训操作教学三者有效结合，有助于学生更好地掌握理论基础知识和提高专业技能。（1）在线教学。主要使学生通过线上资源学习理论知识，完成在线测试，以检测学生的线上学习情况，并使学生对3D 虚拟仿真软件进行线上自主学习和练习。（2）线下教学。首先，教师对理论知识的重点、难点内容进行讲解、答疑；
其次，教师在机房对3D虚拟仿真软件的使用方法、操作要点进行讲解和示范，学生按要求反复进行练习，直到掌握仪器的操作规程和项目实训的基本步骤；
最后，在实训室进行真实样品的检测及真实大型精密仪器的操作。由此可见，以“理—虚—实”为时间顺序主线的一体化教学模式各教学环节相互关联，融合了线上线下教学资源，实现了教学内容的认识、理解与转化。
基于项目主题的“理虚实”一体化教学实施包含教学目标的确定、项目设计与任务分解、教学实施过程设计这3 个主要方面，该文以《仪器分析》教程第六章气相色谱法为例,详细介绍该教学模式的实践过程。
3.1 教学目标的确定
根据《仪器分析》课程标准，确定该章的教学目标，知识目标为理解气相色谱分析方法的检测原理；
掌握气相色谱仪的基本结构和操作流程、气相色谱法的定性和定量方法、气相色谱法的实验技术；
了解气相色谱法在环境领域的应用。能够正确利用气相色谱法对样品进行定性和定量测定，正确、规范地记录实验数据、计算实验结果，正确填写检验报告，并熟悉气相色谱仪的日常维护与保养。
3.2 项目设计与任务分解
气相色谱法这一章专业术语多，对于初学者来说内容比较抽象、生僻，教师设计了水中苯系物的检测这一项目来引领教学，按照完成项目的任务要求，将各任务分解、细化，并将知识点融入具体任务中，围绕如何完成水中苯系物的检测项目，逐一完成任务，进而掌握融入其中的知识点，通过完成项目来达到学习该章节知识的目的[8]。
“水中苯系物的检测”项目设计了6 个任务。任务一，查询资料，了解苯的毒性及水质中苯的限量标准；
任务二，学习相关基础知识；
任务三，分组查询资料设计实验方案；
任务四，3D 虚拟现实仿真教学软件演练；
任务五，完成实训项目；
任务六，评价反馈。设计各任务内容所涉及的知识由浅入深、由易到难、由简单到综合、由注重知识和技能的掌握朝着注重创新精神的培养。
3.3 教学实施过程
3.3.1 线上线下混合式讲授理论知识
在线上教学中，首先，教师在课程平台上传短视频介绍水中苯超标的毒害进而引出项目。教师将该项目进任务分解、形成任务书并将每个任务所设计知识点罗列出来推送给学生，学生自学知识点有关的教学课件，完成在线测试，并将学习过程中发现的问题和不足之处记录下来，在线下的课堂中重点学习。其次，根据“水中苯系物的检测”项目任务书要求，分析气相色谱分析方法的检测原理，气相色谱仪的基本构造和操作流程，气相色谱法的定性和定量方法、气相色谱法的实验技术等知识，并按小组查阅国家标准等相关资料，设计出项目的实验方案，并上传课程平台。教师根据学生在线学习反馈，及时调整线下课堂教学的教学策略[9]。
在线下教学中，教师根据学生的在线学习及测试情况，对该章节的重点、难点及测试错误率较高的题目所涉及的知识点进行重点讲授，主要针对对气相色谱分析方法的检测原理、气相色谱仪的基本结构和操作流程、气相色谱法的定性和定量方法、气相色谱法的实验技术等重难点知识进行强化教学，学生根据教师的讲授进行查漏补缺。随机抽取小组分享设计的实验方案，其他小组同学围绕该实验方案进行可行性分析，老师进行总结，指导修改方案，制订出切实可行的实验方案，为实训操作做好准备。
3.3.2 虚拟仿真软件演练
在理解和掌握了气相色谱分析法的检测原理、气相色谱仪的基本结构和操作流程、气相色谱法的定性和定量方法、气相色谱法的实验技术等知识后，利用3D虚拟现实仿真教学软件模拟实训过程。课前，教师将3D虚拟仿真软件学习账号推送给学生，学生自学虚拟仿真软件的基本操作方法，教师根据软件记录的学生操作情况，适时调整虚拟仿真软件教学安排。
线下虚拟仿真教学在机房进行，教师借助虚拟仿真软件讲授学习气相色谱仪的基本构造及操作方法，学生根据设计的实验方案进行虚拟仿真实验，教师在线实时监控学生的操作情况，并不断地进行课堂巡查，发现虚拟仿真实验中调节载气钢瓶的压力、参数设置方法、创建校准曲线的方法等操作步骤，学生操作正确，出错率较高，教师会及时进行讲解和示范，学生可对出错节点进行反复练习，直至熟练掌握操作方法，为后期实训操作做好准备[10]。虚拟仿真实验完成后，教师会邀请完成的快、出错率低的同学进行演示和分享，引导学生发现问题并学会如何解决问题。
3.3.3 实践操作，强化实践技能
在完成理论学习和虚拟仿真操作后，学生在教师的指导下进行项目实验——检测水中的苯系物及其含量，主要操作包括准备项目所需试剂、配制项目所需溶液、试样预处理、设置气相色谱仪工作程序、进样测试、关机、进行数据处理、填写报告单等内容。在此过程中，以学生为主体，完成完整的实训任务，充分体现学生的自主性，培养其处理问题、分析问题和解决问题的能力；
以教师为主导，不断进行课堂巡查，以便发现学生实践操作中存在的问题，并及时给予指导。课后，学生及时进行处理实验数据、检测结果，并撰写实验报告，梳理实验过程中出现的问题及解决方法，并将实验报告及存在问题上传至课程平台。教师在课程平台进行评价反馈，根据学生小组互评、教师评价和虚拟仿真软件的评价，对项目实施期间每个学生的表现做出综合评价。
3.4 教学实践效果
该教学模式已经在笔者学校环境工程技术专业、环境监测技术专业、食品检测技术专业、化妆品技术专业的两届学生的《仪器分析》课程教学中实践应用。实践表明，该教学模式呈现了较好的教学效果，提高了教学质量，学生的自主学习能力有了大幅度提高，课前能积极主动完成老师布置的预习任务，课后能认真准确地完成课后作业，学习目的更加明确，学习积极性明显提高；
虚拟仿真教学使原本复杂抽象的仪器结构直观地呈现出来，使学生的学习难度降低，学习信心增强，激发了学习的动力，该课程的期末考试成绩明显提高，应用该教学模式前后课程平均分和优良率如表1 所示。学生积极参加广东省职业院校学生专业技能大赛，并在“工业分析与检验”“化学实验技术”“农产品质量安全检测”等赛项中，获得省级二等和三等奖项多项，学生参加省专业技能竞赛获奖情况如表2 所示。毕业生的理论水平、实验操作技能和专业素养都有了明显提高，学生的创新能力、就业竞争能力和岗位适应能力都有了大幅度提高，毕业生的就业率和升本率也大幅度提升，具体如表3所示。实践表明，基于项目主题的“理虚实”一体化教学模式，使学生的专业技能和专业素养明显提升，该教学模式符合职业院校培养高素质技术技能复合型人才的要求。
表1 2019—2022学年食品检测技术专业学生的课程平均分和优良率
表2 2020—2022年业学生参加广东省职业院校学生专业技能大赛情况
表3 2020—2022年食品检测技术专业毕业生的就业率、升本率（单位：%）
基于项目主题的“理虚实”一体化教学模式在《仪器分析》课程中的应用研究，在一定程度上推进了教育教学改革，该项目的实践应用对实践性较强的应用学科教学模式的改革和创新，提供可以借鉴的经验和思路。
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