大學(xué)化學(xué)先修課實(shí)驗(yàn)制作探索與實(shí)踐

牛麗紅, 李 強(qiáng), 周 云, 楊 錦, 尉京志, 宗瑞隆, 張四純

(清華大學(xué) 化學(xué)系, 北京 100084)

大學(xué)化學(xué)先修課實(shí)驗(yàn)制作探索與實(shí)踐

牛麗紅, 李 強(qiáng), 周 云, 楊 錦, 尉京志, 宗瑞隆, 張四純

(清華大學(xué) 化學(xué)系, 北京 100084)

總結(jié)了作為中國大學(xué)先修課項(xiàng)目中第一門開課的清華MOOC課程“大學(xué)化學(xué)先修課”,實(shí)驗(yàn)部分的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、制作特色以及業(yè)界影響,對(duì)在慕課中如何制作化學(xué)實(shí)驗(yàn)視頻具有一定指導(dǎo)意義。

MOOC； 大學(xué)化學(xué)先修課； 化學(xué)實(shí)驗(yàn)

1 課程背景

MOOC(massive open online course)即大規(guī)模開放在線課程,是2011年以來國際開放教育領(lǐng)域興起的一種網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)模式[1]。2012年,斯坦福大學(xué)教授創(chuàng)建的Coursera 和Udacity 在線學(xué)習(xí)平臺(tái)上線,麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)聯(lián)合創(chuàng)辦的edX 上線,美國一流大學(xué)紛紛加入在線教育,這一年也隨之被《紐約時(shí)報(bào)》稱為“MOOC 年”。2013 年5月,清華大學(xué)、北京大學(xué)正式加入edX 平臺(tái),10月清華大學(xué)推出“學(xué)堂在線”平臺(tái)?！澳秸n”浪潮在我國已經(jīng)從高等教育影響到基礎(chǔ)教育,這一以優(yōu)質(zhì)教學(xué)課程為傳播載體的全新教育模式正在沖擊著我國的傳統(tǒng)教育體制[2]。

AP(advanced placement)即大學(xué)先修課,它始于美國,指在高中階段開設(shè)并達(dá)到大學(xué)學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與學(xué)業(yè)水平的課程,供高中生選擇。如果學(xué)生參加統(tǒng)一命題的AP考試并考核合格,在進(jìn)入大學(xué)之前就可以獲得大學(xué)認(rèn)可的學(xué)分[3]。中國慕課大學(xué)先修課程,實(shí)質(zhì)上是在教育綜合改革的大背景下,充分利用大學(xué)和中學(xué)的自主空間、結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代信息化平臺(tái)所形成的一套新型優(yōu)質(zhì)教育資源共建、共有、共享的體系。

大學(xué)化學(xué)先修課不僅在于向本專業(yè)的學(xué)生傳授化學(xué)知識(shí),更有向大眾普及化學(xué)文化、解決生活中遇到的化學(xué)問題的重要意義?！按髮W(xué)化學(xué)先修課”在高中化學(xué)國家新課標(biāo)大綱的基礎(chǔ)上,從全新的角度介紹大學(xué)化學(xué)的基本理論,以及化學(xué)與現(xiàn)實(shí)生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究的相互關(guān)系,幫助學(xué)生進(jìn)一步拓展學(xué)術(shù)視野,提升用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力,培養(yǎng)化學(xué)思維的新模式。而實(shí)驗(yàn)作為化學(xué)課程的重要組成部分,如何在MOOC課程中發(fā)揮作用、體現(xiàn)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科特點(diǎn),是MOOC時(shí)代對(duì)實(shí)驗(yàn)教師提出的新要求[4]。

2 創(chuàng)新而前沿的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

傳統(tǒng)課程采用章節(jié)式教學(xué),學(xué)生基本上是依據(jù)教師授課或教材前后的順序從事學(xué)習(xí)活動(dòng),學(xué)習(xí)方式主要有課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)、課程章節(jié)測試、課程實(shí)驗(yàn)評(píng)定、課程期終考試。但在MOOC環(huán)境中,在參與學(xué)習(xí)方式、參與學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)結(jié)果等方面極富自主個(gè)性化,并呈現(xiàn)多樣性[5]。

MOOCAP是面向高中生且具有大學(xué)學(xué)術(shù)水平的課程,既要符合高中生的認(rèn)知特點(diǎn),也要體現(xiàn)大學(xué)課程的前瞻性、學(xué)術(shù)性。經(jīng)過前期充分調(diào)研,緊密結(jié)合課程內(nèi)容,推出了表1的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋了大學(xué)化學(xué)的典型性、重要性實(shí)驗(yàn),將實(shí)驗(yàn)分為多個(gè)層次,兼顧和高中知識(shí)的銜接,以及現(xiàn)代化學(xué)理論的應(yīng)用,用全新的實(shí)驗(yàn)體系的設(shè)計(jì)展現(xiàn)不一樣的大學(xué)化學(xué)[6-7]

表1 MOOCAP實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

3 名師主導(dǎo)的優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)

慕課的制作是系統(tǒng)工程,良好的團(tuán)隊(duì)是MOOCAP順利運(yùn)行的前提,大學(xué)化學(xué)先修課制作團(tuán)隊(duì)由一批長期活躍在教學(xué)和科研一線的中青年教師組成：李強(qiáng)(北京市教學(xué)名師,國務(wù)院特殊津貼獲得者,清華大學(xué)化學(xué)系教授,博士生導(dǎo)師)大學(xué)化學(xué)先修課負(fù)責(zé)人，主講教師寇會(huì)忠(清華大學(xué)化學(xué)系教授,博士生導(dǎo)師)、崔愛莉(清華大學(xué)化學(xué)系教授)、嚴(yán)清峰(清華大學(xué)化學(xué)系副教授,博士生導(dǎo)師)、馮琳(清華大學(xué)化學(xué)系副教授,博士生導(dǎo)師)等長期活躍在教學(xué)和科研一線的青年教師。創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)還特邀《美麗化學(xué)》項(xiàng)目負(fù)責(zé)人中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)科技傳播與科技政策系特任副研究員梁琰(其制作的《美麗化學(xué)》入圍由美國國家科學(xué)基金會(huì)和美國《大眾科學(xué)》雜志舉辦的VIZZIES國際科學(xué)可視化競賽大獎(jiǎng)),以及多名具有豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)專長的專業(yè)工程師提供指導(dǎo)。

4 獨(dú)特的拍攝過程立體展現(xiàn)學(xué)科魅力

實(shí)驗(yàn)力圖將教師從重復(fù)繁瑣的知識(shí)講解中解脫出來,將學(xué)生放置于實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的中心位置,讓學(xué)生擁有充足的時(shí)間不斷地操作與思考[8],以期提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

大學(xué)先修課并不是簡單地將大學(xué)課程移植到中學(xué),通過一味地“求深求難”來提高教育質(zhì)量,而是采用更加符合教育規(guī)律的方式,重新精心打造中學(xué)教育和大學(xué)教育的銜接性課程,以此推動(dòng)和幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)“貫通學(xué)習(xí)”[9]。課程建設(shè)以創(chuàng)新的思路貫穿始終,從場景布置到鏡頭語言,從課件制作到授課中的手勢與眼神交流,從實(shí)驗(yàn)器材選擇到實(shí)驗(yàn)過程的展示角度設(shè)計(jì),都力求做到精準(zhǔn)與生動(dòng)。課程的表現(xiàn)形式充分考慮選課學(xué)生的感受能力與審美情趣,借助現(xiàn)代多媒體信息手段,力求在拉近與學(xué)生距離的同時(shí),全方位地展示化學(xué)學(xué)科豐富多彩的立體世界與獨(dú)特魅力,展現(xiàn)化學(xué)學(xué)科之美,詮釋不一樣的大學(xué)化學(xué)。

網(wǎng)絡(luò)上的實(shí)驗(yàn)視頻非常多,如何在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)視頻中挖掘新意,在科學(xué)、準(zhǔn)確、全面而又深入淺出的詮釋化學(xué)基本理論的同時(shí),又能給觀眾以“化學(xué)之美”的感受,一直是我們制作團(tuán)隊(duì)所關(guān)心的問題。

借鑒《美麗化學(xué)》的靈感,在拍攝元素性質(zhì)實(shí)驗(yàn)時(shí),我們精心選用了做工精良的石英反應(yīng)器,每一面的平面結(jié)構(gòu),很好地解決了實(shí)驗(yàn)室常見的圓柱體結(jié)構(gòu)的器皿,如試管因曲率半徑的存在而導(dǎo)致的對(duì)現(xiàn)象觀察得不夠全面、清晰,特別是應(yīng)用微距鏡頭時(shí),而用石英反應(yīng)器所呈現(xiàn)出的畫面非常清晰,每一處沉淀、每一個(gè)氣泡都生動(dòng)地展現(xiàn)在觀眾面前,可視感和畫面感非常強(qiáng)。在拍攝過程中,對(duì)反應(yīng)器的純凈度要求非常嚴(yán)格,因?yàn)榧?xì)微的塵埃在微距鏡頭下都會(huì)加倍地展現(xiàn)出來；溶液的滴加用精密的移液槍完成,以保證平行實(shí)驗(yàn)的可信度；在展示不同pH值條件下的溶液加入酚酞后顏色變化實(shí)驗(yàn)中,采用這種方法可達(dá)到近乎完美的教學(xué)效果,12種顏色漸變的實(shí)驗(yàn)效果清晰地呈現(xiàn)在觀眾面前,這是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無法觀察到的；一些稍縱即逝的化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象被鏡頭捕捉,極大地豐富了實(shí)驗(yàn)過程；在銀沉淀的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中,不同溶度積的銀沉淀轉(zhuǎn)化現(xiàn)象非常清晰,例如沉淀首先在哪里形成、初期沉淀物的性狀等；飽和蒸汽壓下降實(shí)驗(yàn)中,實(shí)際測量值和理論計(jì)算值達(dá)到完美的一致。

實(shí)驗(yàn)的前期準(zhǔn)備工作歷時(shí)半年有余。由于拍攝公司是按照時(shí)間計(jì)費(fèi),為降低成本,必須保證拍攝一遍通過,所以前期準(zhǔn)備尤為重要。教師多次開會(huì)研討,就實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、器材選擇、實(shí)驗(yàn)展示角度、需要注意的問題等反復(fù)討論,經(jīng)過實(shí)驗(yàn)人員多次試拍,找到最佳的展示效果。剪輯完成后,反復(fù)觀看和檢查視頻內(nèi)容。

5 業(yè)界影響

2015年9月1日,“學(xué)堂在線”如期上線。作為中國大學(xué)先修課項(xiàng)目中第一門開課的清華MOOC課程,開課首日選修人數(shù)已達(dá)4 000余人。在2015年11月28日在清華大學(xué)舉行的“高水平大學(xué)人才培養(yǎng)與基礎(chǔ)教育的銜接”高峰論壇暨中國慕課大學(xué)先修課化學(xué)分論壇研討會(huì)上,吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院院長楊文勝、南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院副院長朱成建、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)物理系執(zhí)行主任胡水明，武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院、華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院、北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院、復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系、人大附中化學(xué)的教師等相關(guān)人員對(duì)大學(xué)化學(xué)先修課反響強(qiáng)烈,表示將通力合作共同推進(jìn)大學(xué)化學(xué)先修課的推廣和建設(shè),并認(rèn)為課程在實(shí)驗(yàn)方面的拍攝經(jīng)驗(yàn)值得借鑒(摘自清華大學(xué)信息網(wǎng))。2016年8月在馬來西亞召開的第24屆IUPAC國際化學(xué)教育大會(huì)上,我們的工作得到國際同行的高度認(rèn)可。

MOOCAP上線時(shí)間緊、任務(wù)重,前期準(zhǔn)備工作紛繁復(fù)雜,而我們同時(shí)承擔(dān)繁重的科研、教學(xué)、行政任務(wù),在整個(gè)創(chuàng)作過程中,學(xué)校、院系(例如學(xué)校開設(shè)了慕課方面的講座、培訓(xùn),學(xué)堂在線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的支持)為教學(xué)的順利進(jìn)行提供了良好保障。由于時(shí)間倉促,工作中還有一些值得繼續(xù)探究之處,我們將繼續(xù)努力,不斷探索MOOC環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的變革之路,提高教學(xué)水平以及教學(xué)效果,培養(yǎng)出具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的學(xué)生[10-11]。

大學(xué)化學(xué)先修課MOOC網(wǎng)址：http://www.xuetangx.com/courses/TsinghuaX/AP000000X/2015_T2/about

感謝清華大學(xué)在線教育辦公室對(duì)本項(xiàng)目的支持。

References)

[1] 謝愛娟,姜艷,羅士平,等.后MOOC時(shí)代SPOC物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)混合教學(xué)模式[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2016,33(8):174-176.

[2] 樊紅霞,柴成文,顧聰,等.借鑒慕課理念,加速高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2014,31(11):26-28.

[3] 劉永貴,孟夏.大學(xué)先修課慕課(MOOCAP)：我國大學(xué)與高中教育銜接的新方式 [J].遠(yuǎn)程教育雜志,2016(3):15-23.

[4] O’Malley P J, Agger J R, Anderson M W.Teaching a Chemistry MOOC with a Virtual Laboratory: Lessons Learned from an Introductory Physical Chemistry Course O’Malley[J]. Journal of chemical education. 2015,92(10):1661-1666.

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[7] Mistry N,Fitzpatrick C . Design Your Own Workup: A Guided-Inquiry Experiment for Introductory Organic Laboratory Courses[J]. Journal of chemical education，2016,93(6):1091-1095.

[8] 王彥沙,劉松艷.翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].大學(xué)化學(xué),2016,31(4):17-21 .

[9] 于世潔.慕課大學(xué)先修課助推教育改革[N].光明日?qǐng)?bào),2016-01-05(013).

[10] 斯蒂芬·哈格德.慕課正在成熟[J].教育研究,2014(5):92-112.

[11] 唐甜甜,張?zhí)N莉,劉永偉,等.慕課在《臨床生物化學(xué)檢驗(yàn)》教學(xué)中的探究[J].中國繼續(xù)醫(yī)學(xué)教育,2016,8(15):15-17.

Exploration and practice of experiment in MOOCAP General Chemistry

Niu Lihong, Li Qiang, Zhou Yun, Yang Jin, Wei Jingzhi, Zong Ruilong, Zhang Sichun

(Department of Chemistry,Tsinghua University, Beijing 100084, China)

Advanced Placement of General Chemistry is the first open MOOCAP course in the Tsinghua University. The experimental content,manufacture features and the influence of the course are summarized. Therefore,it will be of great significance for how to make video in chemical experiments.

MOOC； general chemistry; chemical experiment

10.16791/j.cnki.sjg.2017.04.051

2016-10-20

清華大學(xué)本科教學(xué)改革項(xiàng)目基金(ZY01_02)支持項(xiàng)目

牛麗紅(1977—),女,河北秦皇島,碩士,工程師,研究方向?yàn)槌肿踊衔锏暮铣?、性質(zhì)研究以及大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、管理工作.

E-mail：niulh @tsinghua.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2017)4-0202-03