互聯(lián)網(wǎng)支持的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)混合模式教學(xué)研究

李 霞，劉 偉

(河南城建學(xué)院 材料與化工學(xué)院，河南 平頂山 467044)

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是我?；?、生物、材料、環(huán)境等相關(guān)專業(yè)普遍開設(shè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程。然而，隨著大學(xué)的擴(kuò)招、高考制度的改革，以及全社會(huì)信息化進(jìn)程的推進(jìn)，課程的教學(xué)對(duì)象發(fā)生了顯著的變化，表現(xiàn)在學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能參差不齊，信息化使學(xué)生關(guān)注學(xué)習(xí)時(shí)間越來越短。如何應(yīng)對(duì)時(shí)代變化，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)學(xué)生，這給一線教學(xué)人員的教學(xué)工作帶來了巨大挑戰(zhàn)。

虛擬實(shí)驗(yàn)作為數(shù)字化和虛擬化新技術(shù)，借助于多媒體、仿真等技術(shù)通過程序化設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)上營(yíng)造可實(shí)現(xiàn)模擬傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室各基礎(chǔ)操作環(huán)節(jié)的動(dòng)畫操作環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者可以通過電腦操作便可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目過程操作的認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)。目前在各運(yùn)行虛擬平臺(tái)的高校中使用效果反饋良好。對(duì)比傳統(tǒng)課堂，其所展示傳遞的內(nèi)容聚集，主題突出，同時(shí)短小精悍的課程特點(diǎn)，使學(xué)生可不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，利用碎片化的時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)觀摩，很好地適應(yīng)了目前信息化時(shí)代的特點(diǎn)。微課作為一種新的授課模式，借助流媒體精悍短視頻等手段已廣泛應(yīng)用于中小學(xué)及大學(xué)等各個(gè)不同階段理論課教師的輔助教學(xué)中?；诖?，通過三年教學(xué)實(shí)踐，探索了基于互聯(lián)網(wǎng)支持的“微課+虛擬實(shí)驗(yàn)+課堂實(shí)踐”混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，目前在學(xué)生中使用反映良好。

1 微課的制作及應(yīng)用

隨著社會(huì)信息化的發(fā)展，Wifi網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在我校全覆蓋，現(xiàn)在入校的學(xué)生智能手機(jī)已成為標(biāo)配，將有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中涉及到的各種單元操作通過PPT、視頻及動(dòng)畫等形式做成十幾分鐘的微課，可方便學(xué)生在課下利用碎片化的時(shí)間隨時(shí)觀摩學(xué)習(xí)，并且可通過微課將實(shí)驗(yàn)過程操作及現(xiàn)象進(jìn)行重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，通過反復(fù)多次觀看，無疑比課堂上有限的時(shí)間急匆匆地被動(dòng)聽講，其效果要好得多。為此我們通過精心設(shè)計(jì)制作了多個(gè)微課視頻，通過實(shí)驗(yàn)課前2周推送至學(xué)生手機(jī)端，讓學(xué)生充分主動(dòng)學(xué)習(xí)，掌握實(shí)驗(yàn)中重點(diǎn)操作和注意事項(xiàng)。微課制作實(shí)踐如下：

1.1 按實(shí)驗(yàn)單元操作設(shè)計(jì)內(nèi)容

按照有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的單元操作分類進(jìn)行微課制作，分別分為蒸餾裝置、回流反應(yīng)裝置、反應(yīng)蒸出裝置、減壓蒸餾、水蒸氣蒸餾、索氏提取、重結(jié)晶、固液分離和干燥等，每個(gè)單元操作都錄制成10～15 min的微課，用于有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在單元操作設(shè)備的基礎(chǔ)構(gòu)架中可根據(jù)不同反應(yīng)體系在微課視頻中提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，操作裝置能否根據(jù)反應(yīng)體系的需要進(jìn)行調(diào)整及改進(jìn)？思路如何？如何實(shí)現(xiàn)？同時(shí)在最后幾分鐘提供操作裝置改進(jìn)優(yōu)化后的實(shí)例。借此來培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維。例如：在回流反應(yīng)裝置內(nèi)容設(shè)置中，如果反應(yīng)體系對(duì)水敏感，這時(shí)應(yīng)該加配干燥管使反應(yīng)體系與外界空氣中存在的水隔離；如果體系對(duì)空氣敏感，此時(shí)應(yīng)該加裝液封裝置完成空氣環(huán)境的隔絕，甚至可以進(jìn)一步加裝惰性氣體包，進(jìn)行緩慢通氣營(yíng)造惰性反應(yīng)環(huán)境。通過上述做法重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生遇到問題，解決問題的能力，改變以往傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中學(xué)生只知道照搬參考裝置，不知道裝置使用應(yīng)用范圍及局限性的問題。這樣改變以往具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生在面對(duì)具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，自己選擇不同階段合適的單元操作裝置，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程的安排和設(shè)計(jì)。該嘗試引導(dǎo)學(xué)生思考不同單元操作間的聯(lián)系，對(duì)學(xué)生樹立初步的放大工藝思想有積極影響。

1.2 錄制教學(xué)過程

在制作微課時(shí)，先將單元操作結(jié)構(gòu)用操作動(dòng)畫配以語音講解的形式簡(jiǎn)潔呈現(xiàn)。教師使用學(xué)校購置的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)應(yīng)單元操作訓(xùn)練項(xiàng)，在電腦端進(jìn)行演示，用錄屏軟件進(jìn)行錄制。然后附以具體的實(shí)驗(yàn)室操作過程的錄像，該錄像可用手機(jī)或?qū)I(yè)攝像機(jī)進(jìn)行錄制，錄制過程，可采用多角度錄制，以方便后期制作過程中不同角度展示需要，可以略去實(shí)驗(yàn)過程中的等待時(shí)間。錄制中抽取上一屆已進(jìn)行實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練過的學(xué)生參與錄制過程，這樣可以現(xiàn)身說法，并能夠直接反映出學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中容易出現(xiàn)的問題及存在的誤區(qū)。此外，后期微視頻制作中還可以適當(dāng)穿插一些操作的判斷糾錯(cuò)，可以校驗(yàn)學(xué)生對(duì)具體操作掌握的程度，強(qiáng)化自學(xué)過程的交互性。微課視頻經(jīng)過剪輯處理，最終形成具有動(dòng)畫、視頻、背景音樂等多元素的形象生動(dòng)的小視頻，大大增加對(duì)學(xué)生的吸引力。

2 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的使用

目前許多高校通過自己開發(fā)或購買，上線了各類版本的虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。且近年來隨著產(chǎn)品軟件的升級(jí)，畫面的生動(dòng)性、真實(shí)性和操作的互動(dòng)性得到了很大提升，使參與實(shí)驗(yàn)者浸入感也越來越得到滿足，學(xué)生的參與熱情得到很好的調(diào)動(dòng)，獲得了較好的教學(xué)效果。學(xué)院自2015年從大連理工大學(xué)購置了化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，該系統(tǒng)可通過訪問學(xué)院二級(jí)網(wǎng)站實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)頁獲得使用和操作權(quán)限。在有機(jī)化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的使用中，該系統(tǒng)能夠較為簡(jiǎn)潔地反映操作過程，除了提供單元操作裝配及工作狀態(tài)界面，且界面生動(dòng)，還提供了如：無水乙醇的制備、乙酸乙酯的合成等經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作練習(xí)，此外系統(tǒng)還附有測(cè)試功能。要求學(xué)生在通過微課視頻學(xué)習(xí)后，登錄本系統(tǒng)，配合單元操作裝配學(xué)習(xí)進(jìn)一步了解各類單元操作結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)的功能使用，結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)課實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的預(yù)習(xí)，在系統(tǒng)上選擇合適的裝置組合完成實(shí)驗(yàn)各步裝置的模擬搭建，在系統(tǒng)上學(xué)生如同玩游戲一樣，通過簡(jiǎn)單虛擬操作便可以對(duì)實(shí)驗(yàn)單元操作和具體項(xiàng)目的操作過程有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，通過虛擬操作也加深了對(duì)微課視頻中重點(diǎn)闡述的操作要點(diǎn)的認(rèn)識(shí)和了解。

3 課堂實(shí)踐

具體課堂實(shí)踐上，針對(duì)目前高校實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)不斷被壓縮，而在人才培養(yǎng)中實(shí)驗(yàn)課能力培養(yǎng)要求卻越來越高的矛盾，進(jìn)一步整合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇上做到特點(diǎn)鮮明，強(qiáng)調(diào)不同單元操作的復(fù)合運(yùn)用，盡量使學(xué)生在盡可能少的實(shí)踐學(xué)時(shí)下，掌握盡可能多的單元操作原理及操作技能。借助“微課+虛擬實(shí)驗(yàn)”在課前的使用和練習(xí)，學(xué)生在課前完成預(yù)習(xí)報(bào)告，預(yù)習(xí)報(bào)告要求強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)中可能遇到的注意事項(xiàng)的剖析。這樣上實(shí)驗(yàn)課時(shí)，指導(dǎo)教師不再需要詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作步驟，大大降低了授課老師的授課強(qiáng)度，授課老師只用進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過程中安全注意事項(xiàng)，通過解答學(xué)生疑問，解決學(xué)生在互聯(lián)網(wǎng)線上資源學(xué)習(xí)過程不能很好地理解和解決的問題。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，要求學(xué)生2人一組，自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)獨(dú)立和團(tuán)隊(duì)合作精神，要求學(xué)生如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后需指導(dǎo)老師簽字，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生要在一周內(nèi)上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，強(qiáng)調(diào)要求在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中發(fā)掘?qū)嶒?yàn)中不足的地方，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程遇到的問題及現(xiàn)象提出自己合理的解釋和解決辦法，并在此基礎(chǔ)上提出對(duì)已有策略方法的優(yōu)化和對(duì)新裝置、新操作思路的探討，從而激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

4 結(jié)論

通過近兩年的使用反饋，發(fā)現(xiàn)使用“微課+虛擬實(shí)驗(yàn)+課堂實(shí)踐”網(wǎng)上學(xué)習(xí)和課堂實(shí)踐有機(jī)結(jié)合的新模式，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性提高了不少，能主動(dòng)課下利用互聯(lián)網(wǎng)完成線下學(xué)習(xí)和虛擬訓(xùn)練，上課時(shí)已經(jīng)具備初步動(dòng)手實(shí)踐技能，在獨(dú)立操作能力上提高不少，整個(gè)實(shí)驗(yàn)具體操作實(shí)踐過程效率變得更加高效。學(xué)生和教師均對(duì)該種新模式下的教學(xué)效果感到滿意，該實(shí)踐為全國(guó)高校信息化工作推進(jìn)，尤其在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的信息化改革工作提供參考。