農(nóng)業(yè)院校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的開發(fā)

董彥莉, 張 健, 郝 麗

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 中獸醫(yī)學(xué)院,河北 定州 073000）

農(nóng)業(yè)院校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的開發(fā)

董彥莉, 張 健, 郝 麗

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 中獸醫(yī)學(xué)院,河北 定州 073000）

為了實(shí)現(xiàn)低碳綠色有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn),根據(jù)農(nóng)業(yè)院校的特點(diǎn),分析了傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)存在的弊端,并結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用普遍的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺技術(shù),構(gòu)建了有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。通過在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),在計(jì)算機(jī)三維互動(dòng)仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M操作。并對兩種實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段進(jìn)行了效果比較,結(jié)果表明:應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺更有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)技能水平,加深學(xué)生對環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。

農(nóng)業(yè)院校;模擬實(shí)驗(yàn);網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺;實(shí)踐教學(xué)

有機(jī)化學(xué)是農(nóng)林院校中一門重要的基礎(chǔ)課,幾乎涉及所有的農(nóng)林專業(yè) ,包括植保、園藝、環(huán)保、食品、動(dòng)醫(yī)、動(dòng)科等,是學(xué)生今后學(xué)習(xí)專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)知識 。實(shí)驗(yàn)教學(xué)在有機(jī)化學(xué)中是非常重要的環(huán)節(jié)。對于高校來說,實(shí)驗(yàn)室特別是有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室是不容忽視的污染源[1,2]。為了解決這一問題,河北農(nóng)業(yè)大學(xué)中獸醫(yī)學(xué)院將虛擬技術(shù)引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,有效的實(shí)現(xiàn)了有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化。

一、傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

1.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法上比較單一、陳舊 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅僅是為了配合課堂理論教學(xué)而開設(shè)的,造成部分理論課程和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容脫節(jié),不能按照實(shí)驗(yàn)教學(xué)自身的系統(tǒng)性和科學(xué)性進(jìn)行教學(xué)。教學(xué)方法上注重向?qū)W生灌輸知識和技能,而在訓(xùn)練學(xué)生智能開發(fā)和能力培養(yǎng)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,由于場地的限制,只能兩個(gè)學(xué)生一組,所以有的學(xué)生是在“看實(shí)驗(yàn)”,而不是“做實(shí)驗(yàn)”甚至有學(xué)生抄襲、杜撰實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)象[3]。并且每一個(gè)實(shí)驗(yàn),學(xué)生往往只有一次進(jìn)實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手操作的機(jī)會,很難再進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn),因此實(shí)驗(yàn)知識往往得不到鞏固。

2.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對儀器設(shè)備要求高,使用的藥品試劑較多,試劑毒性較強(qiáng) 受資金的限制,有些價(jià)格昂貴的設(shè)備購買不起,考慮到安全因素,個(gè)別毒性較大、危險(xiǎn)性大的實(shí)驗(yàn)也無法開設(shè)。

3.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用到酚類、芳香烴、醛、酮等有毒、有害物質(zhì) 一方面,由于實(shí)驗(yàn)室空間小,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的學(xué)生多,實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生和擴(kuò)散的有害物質(zhì)勢必污染教學(xué)環(huán)境,影響師生的健康,也不利于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)境意識。另一方面,實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的大量的廢氣、廢水以及廢渣未經(jīng)處理直接排放到自然環(huán)境中,必然對環(huán)境造成污染[4]。所以,有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革勢在必行,而采用計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn),是實(shí)現(xiàn)有機(jī)化學(xué)的綠色化,提高教學(xué)質(zhì)量的有效途徑之一。

二、建設(shè)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺

（一）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的總體目標(biāo)

構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程首先要給學(xué)生構(gòu)建一個(gè)自主的學(xué)習(xí)環(huán)境,打破傳統(tǒng)教學(xué)中“以教師為中心”的課堂教學(xué)模式。考慮到實(shí)驗(yàn)課不同于理論課,更注重培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析與解決問題能力。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺開發(fā)的總體目標(biāo)是:利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢,實(shí)施現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育,充分考慮到該平臺要兼具學(xué)習(xí)功能、答疑功能、交流功能,并且要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、師生交互,使授課內(nèi)容形象生動(dòng)、靈活多樣,能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生由“被動(dòng)式”學(xué)習(xí)變?yōu)椤爸鲃?dòng)探索式”學(xué)習(xí)。

（二）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的總體設(shè)計(jì)

1.主體頁面設(shè)計(jì) 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)平臺時(shí),應(yīng)該首先立足于實(shí)驗(yàn)教學(xué)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn),制定了相關(guān)的功能結(jié)構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)平臺采用了灰綠色做底色,整體設(shè)計(jì)簡潔干凈,功能實(shí)用。如圖1所示,本網(wǎng)絡(luò)課程在結(jié)構(gòu)上采用了相對獨(dú)立的模塊化組織方式,清晰明了。主頁條目欄主要顯示七大功能模塊,各模塊通過主體數(shù)據(jù)庫緊密聯(lián)系在一起,點(diǎn)擊進(jìn)出非常方便。七大模塊中的實(shí)驗(yàn)課件、答疑系統(tǒng)、在線考試系統(tǒng)、報(bào)告上傳系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式中重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容,工具箱、化學(xué)園地是實(shí)用的輔助模塊,各模塊都具有動(dòng)態(tài)可更新功能。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)架

2.內(nèi)容模塊設(shè)計(jì)

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)M模塊。實(shí)驗(yàn)?zāi)M模塊是本平臺的構(gòu)建核心。通過實(shí)驗(yàn)課的教學(xué),不僅使學(xué)生掌握一定的基本理論和概念,還要逐步培養(yǎng)學(xué)生觀察、思考、解決問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生熟練的實(shí)驗(yàn)操作技能。針對有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課注重基本操作的特點(diǎn),筆者已經(jīng)設(shè)計(jì)制作了集演示與模擬于一體的網(wǎng)絡(luò)版多媒體課件,靈活運(yùn)用了文字、聲音、圖形、動(dòng)畫等手段,具有很強(qiáng)的真實(shí)感和表現(xiàn)力,大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。根據(jù)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程,將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)拆分成12個(gè)基本單元操作,每個(gè)基本單元均由實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)演示等構(gòu)成,形成了適合農(nóng)業(yè)院校本科教學(xué)的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系（組織結(jié)構(gòu)如圖2）。學(xué)生進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室后可以通過鼠標(biāo)的點(diǎn)擊和拖拽完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作,觀察到正確的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并且可以多次重復(fù)操作。通過虛擬實(shí)驗(yàn)室,給學(xué)生創(chuàng)造出了一個(gè)靈活自主的實(shí)驗(yàn)環(huán)境（如圖3所示）。

圖2 組織結(jié)構(gòu)

圖3 模擬實(shí)驗(yàn)界面

（2）輔導(dǎo)答疑系統(tǒng)模塊。傳統(tǒng)的答疑方式受時(shí)間和地點(diǎn)制約,致使許多問題都未能及時(shí)解決。所以構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式,有必要構(gòu)建答疑系統(tǒng)?？紤]到學(xué)生使用的簡便性,我們采用了 BBS（Bulletin Board Systems）方式,這一方式操作十分簡單,大多數(shù)學(xué)生都能很容易掌握其使用方法,這樣就能夠使答疑系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。無論何時(shí),學(xué)生只要有問題就可以通過網(wǎng)絡(luò)留言,其他學(xué)生或者老師都能及時(shí)回答,并且能夠長久的保存解答記錄,可方便學(xué)生隨時(shí)查閱,也使其他有同樣問題的學(xué)生能夠看到,避免了回答問題的重復(fù)性,也在一定程度上緩解了教師的工作壓力。

（3）報(bào)告上傳系統(tǒng)。完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告是化學(xué)學(xué)科的重要任務(wù)之一,在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模式中,表格處理、圖形處理、數(shù)據(jù)處理等一系列步驟中基本上都需要學(xué)生手工操作。為了改善這種陳舊的模式,在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上提供了實(shí)驗(yàn)的有關(guān)參數(shù)（如:溫度、氣壓、日期）以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告編輯區(qū),學(xué)生可以在此完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫,完成后可以通過提交保存在系統(tǒng)的服務(wù)器當(dāng)中。教師通過網(wǎng)絡(luò)直接在系統(tǒng)中逐個(gè)批改,給出成績和評語,并上傳到服務(wù)器,在線的學(xué)生即可查看。

學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)上傳報(bào)告有很多優(yōu)勢,一方面系統(tǒng)為學(xué)生提供了一個(gè)保存報(bào)告的空間,并且報(bào)告的格式統(tǒng)一規(guī)范;另一方面教師批改工作也更加靈活方便,不再局限于辦公室、實(shí)驗(yàn)室;并且還可以將學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺參與的情況納入評價(jià)范疇,比如學(xué)生參與討論的次數(shù)、與其他同學(xué)網(wǎng)上協(xié)作的情況、與教師互動(dòng)的情況,網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺對虛擬試實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全過程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)記錄和控制,這就為虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的評價(jià)提供了很好的客觀依據(jù)。

三、傳統(tǒng)教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)有機(jī)結(jié)合

使用有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺是我們提高教學(xué)質(zhì)量,完善教學(xué)手段的一個(gè)好方法。但不可否認(rèn),傳統(tǒng)教學(xué)溶入了教師寶貴的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),在常規(guī)教學(xué)中,教師能用簡短的語言把某個(gè)復(fù)雜的問題講得清楚透徹,并帶有強(qiáng)烈的感情色彩和邏輯力量,它是任何現(xiàn)代技術(shù)不能代替的。如傳統(tǒng)教學(xué)中的講授、演示等教學(xué)方法至今仍有強(qiáng)大的生命力,并且一些對化學(xué)實(shí)驗(yàn)的感知,尤其是嗅覺、味覺和膚覺,從模擬中是無法體驗(yàn)到的。所以有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺決不能越俎代庖取代真正的化學(xué)實(shí)驗(yàn),而應(yīng)作為實(shí)際的化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)有益補(bǔ)充,二者配合才能優(yōu)勢互補(bǔ)、相得益彰。

四、教學(xué)效果

我們選定了兩個(gè)自然班（對照班和實(shí)驗(yàn)班）,將常規(guī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)從學(xué)習(xí)興趣、對實(shí)驗(yàn)掌握情況和環(huán)保低碳意識的培養(yǎng)等3個(gè)方面進(jìn)行對比。結(jié)果顯示（見表1）:網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)受到越來越多的學(xué)生的青睞,學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚,動(dòng)手能力增強(qiáng),常見問題減少,創(chuàng)新能力得到鍛煉,環(huán)保和低碳意識明顯增強(qiáng),教學(xué)質(zhì)量顯著提高,教學(xué)效果十分明顯[5]。

表1 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺教學(xué)效果調(diào)查結(jié)果 %

五、結(jié)束語

眾所周知,化學(xué)實(shí)驗(yàn)虛擬實(shí)驗(yàn)室有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法比擬的優(yōu)勢:第一,解決了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的開設(shè)場地問題,節(jié)省了儀器、藥品的費(fèi)用;第二,降低了環(huán)境污染的問題,實(shí)現(xiàn)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化;第三,提高了同學(xué)們的學(xué)習(xí)效率,讓同學(xué)們在最短的時(shí)間內(nèi)掌握大量的實(shí)驗(yàn)知識。通過網(wǎng)絡(luò),學(xué)生可以根據(jù)自身的特點(diǎn)和需要主動(dòng)地、個(gè)性化地學(xué)習(xí),彌補(bǔ)了傳統(tǒng)課堂教學(xué)單調(diào)、信息有限、沉悶的學(xué)習(xí)模式。這種教學(xué)模式不但適用于農(nóng)業(yè)院校的教學(xué)改革,同樣對其他院校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也有一定參考價(jià)值。相信隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步完善,實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)將發(fā)揮出更大的作用。

[1] 黃丹,范崇光.論有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2001,20（5）:33-34.

[2] 胡榮華,黃周璋,李樹保.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)“綠色化”教改淺談[J].井岡山學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)）,2005,26（3）: 56-58.

[3] 饒駿.計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)淺析[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2006,5（10）:83-85.

[4] 高萬壽.以綠色化學(xué)理念指導(dǎo)高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].教育探索,2010（6）:62-63.

[5] 白靖文,徐雅琴,葉非,等.農(nóng)業(yè)院校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)多媒體教學(xué)課件的開發(fā)與思考[J].高等農(nóng)業(yè)教育, 2009,3（3）:64-66.

The development of network teaching platform in experiments of organic chemistry in agricultural universities

DONG Yan-li,ZHANGJian,HAO Li

（College of Traditional Chinese Veterinary Medicine,Agricultural University of Hebei,Dingzhou,Hebei 073000）

In order to realize the low consumption of carbon in the experiments of organic chemistry,we analyzed the disadvantages of traditional experiments of organic chemistry and combined the internet technology to establish the network platform in the experiments of organic chemistry.By using virtual reality technology in the experiments of organic chemistry and making the experiments of organic chemistry in the computer three-dimension interaction simulation chemical laboratory,we concluded that using network platform is better than the traditional method by comparing the effects of the two kinds of teaching methods.Using the network teaching platform can not only arouse the students’learning interest in chemistry experiments and improve the comprehensive experimental skills of the students,but also deepen the students’understanding of environmental protection and make the energy-saving and carbon emission reduction come true.

simulation experiment;network teaching platform;practice education

G 642.0

A

1008-6927（2011）02-0214-04

2010-11-15

河北農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號:2006-K-02）。

董彥莉（1981-）,女,講師,河北省鹿泉人,化學(xué)碩士,講師,主要從事化學(xué)教育教學(xué)工作。

（編輯:劉雪春）