現(xiàn)代分析化學(xué)課程教學(xué)中的信息化應(yīng)用探討

張連明　聶瑾芳　李建平　阮貴華　袁亞利　杜甫佑　李海云

摘要：由于信息技術(shù)的飛速發(fā)展及學(xué)生獲取資訊的方式多樣化，傳統(tǒng)的分析化學(xué)教學(xué)方式已不能滿足現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)的需求，因而將信息化理論教學(xué)、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)及實(shí)踐訓(xùn)練教學(xué)相結(jié)合，才能進(jìn)一步提高教學(xué)效果。本文就傳統(tǒng)教育的缺陷及現(xiàn)代信息化教育的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了淺析，并對(duì)信息化及傳統(tǒng)教育方式的結(jié)合進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：分析化學(xué)；教學(xué)；虛擬仿真；精品課程

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）52-0182-02

一、分析化學(xué)教學(xué)中普遍存在的問(wèn)題

1.教學(xué)要求與資源不匹配。根據(jù)化學(xué)類教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，分析化學(xué)實(shí)踐內(nèi)容主要包括儀器操作、溶液配置、滴定分析、重量分析法及綜合性實(shí)驗(yàn)等，但是由于教學(xué)資源的限制，實(shí)踐教學(xué)效果很難達(dá)到要求。一方面，由于不同專業(yè)對(duì)課程學(xué)習(xí)的要求不同，大部分院校非化學(xué)專業(yè)實(shí)踐課少于20學(xué)時(shí)，甚至僅有8-10學(xué)時(shí)，且絕大部分專業(yè)僅僅開(kāi)設(shè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，完成多個(gè)任務(wù)的實(shí)踐教學(xué)，則會(huì)產(chǎn)生學(xué)生做實(shí)驗(yàn)像走過(guò)場(chǎng)，獨(dú)立操作機(jī)會(huì)減少，學(xué)生的設(shè)計(jì)能力及創(chuàng)新意識(shí)得不到培養(yǎng)，很難達(dá)到實(shí)踐教學(xué)的培養(yǎng)目的。另一方面，高等教育的普及使得學(xué)生數(shù)量逐年增加，高端現(xiàn)代化儀器發(fā)展迅速但是價(jià)格及維護(hù)費(fèi)用過(guò)于昂貴，國(guó)家和學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的投入速度遠(yuǎn)低于學(xué)生的增速和儀器設(shè)備的發(fā)展速度，從而導(dǎo)致分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室數(shù)量不足，大中型儀器臺(tái)套數(shù)難以滿足國(guó)家教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.教學(xué)及考核方式陳舊。大多數(shù)高校對(duì)理論課的重視程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)課在整個(gè)課程中占比過(guò)少，導(dǎo)致教師對(duì)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的要求也不夠高。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法是教師講解并演示，而后學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立實(shí)驗(yàn)。但是在一些操作的細(xì)節(jié)方面，教師不做過(guò)多的強(qiáng)調(diào)，尤其對(duì)非化學(xué)專業(yè)的學(xué)生則要求更低。同時(shí)，大部分學(xué)生存在實(shí)驗(yàn)前不做預(yù)習(xí)思考、實(shí)驗(yàn)記錄不規(guī)范、抄襲數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后不按要求處理廢液等，這些均反映出學(xué)生、教師甚至學(xué)校層面對(duì)實(shí)驗(yàn)課程不夠重視，違背了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的原則。在實(shí)驗(yàn)考核方面，大多數(shù)高校主要以實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況來(lái)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)，忽略了實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)及實(shí)驗(yàn)完成度的重要性，導(dǎo)致學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性不高，以放松的心情進(jìn)行應(yīng)付課程。

二、現(xiàn)代信息化教育的應(yīng)用

1.信息化“理論”教育。在現(xiàn)代化高校教學(xué)中，網(wǎng)絡(luò)化和信息化技術(shù)對(duì)于建立和探索新型的教學(xué)手段及模式發(fā)揮著重要的作用，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)中的不足。如何整合現(xiàn)代化教育技術(shù)，有效提升教學(xué)質(zhì)量是一個(gè)重要課題。以互聯(lián)網(wǎng)為依托，建立網(wǎng)絡(luò)信息化教學(xué)模式，整合優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，拓寬教學(xué)時(shí)間和空間，提供學(xué)生自主學(xué)習(xí)平臺(tái)張連明，聶瑾芳，李建平，阮貴華，袁亞利，杜甫佑，李海云

（桂林理工大學(xué) 化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西 桂林 541006）和師生交互平臺(tái)，更加有效利用面對(duì)面教學(xué)時(shí)間。

目前“網(wǎng)絡(luò)精品課程”、“慕課”、“雨課堂”等基于信息化技術(shù)和手段的教學(xué)資源及方式集中涌現(xiàn)。豐富的精品教學(xué)資源及平臺(tái)提供了個(gè)性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，擺脫了傳統(tǒng)課堂的教學(xué)束縛，實(shí)現(xiàn)自由學(xué)習(xí)、個(gè)性定制學(xué)習(xí)、實(shí)時(shí)解答、自我測(cè)試等優(yōu)勢(shì)功能。利用豐富的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，教師可以安排課前引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識(shí)框架，而學(xué)生不僅可以利用資源反復(fù)學(xué)習(xí)，還可以通過(guò)平臺(tái)與不同地域的教師及學(xué)生進(jìn)行交流、互動(dòng)及學(xué)習(xí)，通過(guò)多種渠道達(dá)到自主掌握知識(shí)的目的。

2.“虛擬實(shí)訓(xùn)”教育。實(shí)踐教學(xué)要求學(xué)生必須走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室并親自動(dòng)手操作才能獲得感性認(rèn)識(shí)，這個(gè)過(guò)程是在線理論教育所不能替代的。同時(shí)，由于一些客觀原因，比如實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地有限、實(shí)驗(yàn)課時(shí)少、實(shí)驗(yàn)設(shè)備不充足等，尤其是大型儀器設(shè)備臺(tái)套數(shù)不充足，難以滿足人人有效動(dòng)手操作的情況下，學(xué)生對(duì)教師所講授的知識(shí)缺乏直觀的認(rèn)識(shí)，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維和學(xué)以致用的能力培養(yǎng)無(wú)法切實(shí)到位。當(dāng)今社會(huì)對(duì)復(fù)合型、創(chuàng)新性人才的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的教學(xué)模式在有限的課時(shí)內(nèi)難以滿足社會(huì)對(duì)人才技能的要求，行業(yè)層面大型儀器的普及率飛速增長(zhǎng)，改變傳統(tǒng)的試驗(yàn)教學(xué)，引入現(xiàn)代化教學(xué)手段進(jìn)行輔助教學(xué)勢(shì)在必行。

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用可以有效緩解教學(xué)條件限制所帶來(lái)的影響。仿真實(shí)驗(yàn)是借助于仿真、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)創(chuàng)建可視化的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境，利用通用的交互界面，準(zhǔn)確地計(jì)算并模式實(shí)際實(shí)驗(yàn)狀態(tài)和儀器操作狀態(tài)，同時(shí)能夠正確地分析判斷用戶的操作流程，可以不受時(shí)間及空間的限制輔助及部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)的操作環(huán)境及環(huán)節(jié)。學(xué)生通過(guò)對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的反復(fù)多次模擬操作，可以加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理及操作步驟的理解，并能夠糾正學(xué)生操作的規(guī)范性及數(shù)據(jù)記錄的正確性，節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本的同時(shí)提高學(xué)生對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的興趣。利用虛擬仿真輔助教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)向主動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，還可以節(jié)省大量的時(shí)間進(jìn)行綜合性、設(shè)計(jì)性、探究性的實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了保障。

3.實(shí)踐訓(xùn)練教學(xué)。分析化學(xué)實(shí)踐包括操作和基本分析方法，目的在于培養(yǎng)學(xué)生的操作技能和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治隹茖W(xué)態(tài)度，使學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解，掌握基本操作和基本分析方法。各高校均開(kāi)設(shè)了專門(mén)的稱量、滴定、溶液配置等基本操作及驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有嚴(yán)格的定量要求，學(xué)生的每一步操作必須按照規(guī)定進(jìn)行，以達(dá)到一定的精密度和準(zhǔn)確度要求。由于實(shí)踐課時(shí)的限制，樣品前處理往往被忽略，溶液由老師配置，老師進(jìn)行樣品前處理，學(xué)生照本宣科獨(dú)立操作實(shí)驗(yàn)，這種情況下，學(xué)生缺少在選擇、嘗試和失敗中學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，缺乏科學(xué)的思維訓(xùn)練和創(chuàng)造性的引導(dǎo)，造成學(xué)生基礎(chǔ)訓(xùn)練難以充分進(jìn)行，學(xué)生動(dòng)手能力提高不夠。雖然基本操作技能訓(xùn)練和經(jīng)典基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練在生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值較高，但是新儀器新分析方法不斷涌現(xiàn)，且應(yīng)用日益廣泛，自動(dòng)化儀器在分析化學(xué)實(shí)際應(yīng)用中所占的比重不斷增加。為此，第一，必須在原有的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作之外，增加利用計(jì)算機(jī)虛擬練習(xí)及多媒體教學(xué)，使得學(xué)生盡早地接觸并了解到目前先進(jìn)分析儀器的分析方法和原理，增加學(xué)生的知識(shí)面，開(kāi)拓其視野，強(qiáng)化探索精神和創(chuàng)新意識(shí)。第二，學(xué)生對(duì)儀器分析的認(rèn)識(shí)僅僅存在于表面，因而有必要將報(bào)廢的儀器資源利用起來(lái)，通過(guò)學(xué)生自己動(dòng)手拆卸及組裝儀器，加深對(duì)儀器工作原理、構(gòu)造、應(yīng)用領(lǐng)域、維護(hù)方面的認(rèn)識(shí)。第三，必須在原有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)以外，增設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，以提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的系統(tǒng)能力。在綜合設(shè)計(jì)性試驗(yàn)中，根據(jù)教師指導(dǎo)，學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，加強(qiáng)動(dòng)手能力訓(xùn)練和綜合素質(zhì)培養(yǎng)。

三、展望

現(xiàn)代教育，不能僅僅局限于老師講、學(xué)生聽(tīng)的模式。多媒體技術(shù)及信息技術(shù)的發(fā)展，使得學(xué)生獲取知識(shí)的方式有了多樣化的選擇。教學(xué)方式及教學(xué)手段必須要進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)化理論資源、虛擬仿真訓(xùn)練及實(shí)際實(shí)踐操作相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)“理虛實(shí)”相結(jié)合一站式教育，脫開(kāi)時(shí)間及空間的限制，才能培養(yǎng)滿足現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)需求的高素質(zhì)綜合性人才。

現(xiàn)代信息化教育資源及手段的應(yīng)用，在提高教學(xué)效果的同時(shí)，也有一些問(wèn)題需要注意，比如，信息化教學(xué)過(guò)程中缺乏師生之間的情感交流。教學(xué)不僅僅教導(dǎo)知識(shí)，同樣還需要育人，如何將教育介入于信息化教學(xué)，還需要進(jìn)一步摸索；學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神的培養(yǎng)力度不足。教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中要求基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)均為一人一臺(tái)，在有限的學(xué)時(shí)及快節(jié)奏的實(shí)踐操作中，如何有效提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，同樣值得我們關(guān)注；網(wǎng)絡(luò)資源的學(xué)習(xí)及虛擬仿真的訓(xùn)練不能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)操作技能訓(xùn)練?；瘜W(xué)反應(yīng)是復(fù)雜的，每一個(gè)環(huán)節(jié)及條件都相互影響及相互制約，在擬真度不足的條件下，實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的多樣性需要進(jìn)一步的研究；精品資源的共享力度不夠。各個(gè)高校在教學(xué)軟硬件方面的條件不同，因而信息化教學(xué)資源的擁有情況便不同，實(shí)現(xiàn)精品資源的開(kāi)放和共享非常重要。

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