虛擬仿真實驗融合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在化學(xué)實驗課程中的創(chuàng)新與實踐

郭琳，主曦曦

（山東科技大學(xué)化工學(xué)院，山東青島 266590）

1 當前高校實驗教學(xué)中存在的困難

1.1 實驗教學(xué)方法單一，創(chuàng)新能力不足。長期以來，傳統(tǒng)基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)模式一直是以教師為主體，由教師完成知識的講授和傳遞過程，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中處于被動接受狀態(tài)，無法主動聯(lián)系理論知識來解決實驗中遇到的問題，其創(chuàng)新精神及實踐技能等方面都存在明顯缺陷。與此同時，實驗教師只是單純講解實驗步驟，教授學(xué)生具體實驗操作方法，很少能將思政教育與實驗教學(xué)相結(jié)合。盡管近年來各高校在人才培養(yǎng)過程中均強調(diào)實踐創(chuàng)新能力的重要性，而傳統(tǒng)教育模式下的學(xué)生，只是單方面地接受實驗操作技能，很少去思考各種實驗產(chǎn)生的淵源，由于不了解實驗發(fā)展的當前狀態(tài)，因此很難滿足當前科學(xué)，技術(shù)和社會發(fā)展的需要。

1.2 實驗設(shè)備緊缺，無法滿足讓每一個學(xué)生都能隨時動手操作，從而存在“部分學(xué)生圍觀”的情況，進而影響學(xué)生的實踐動手能力培養(yǎng)。與此同時，學(xué)生重視不足，動手能力差。一直以來，學(xué)生都認為理論學(xué)習(xí)比實踐環(huán)節(jié)更重要，加上實驗設(shè)備緊缺，學(xué)生們對實驗操作不重視，久而久之，導(dǎo)致學(xué)生動手能力差。實際上，基礎(chǔ)化學(xué)實驗是高?；瘜W(xué)實驗操作技能的基礎(chǔ)，是開展綜合性開放實驗的前提。沒有良好的基礎(chǔ)實驗操作的技能，會嚴重影響工科學(xué)生的就業(yè)與考研等。

1.3 實驗教學(xué)考核模式單一化，不適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”的教學(xué)發(fā)展模式。傳統(tǒng)的實驗評估方法是讓學(xué)生根據(jù)老師的解釋重復(fù)實驗，記錄數(shù)據(jù)并編寫實驗報告，而老師則將學(xué)生的實驗報告標記為主要報告，這導(dǎo)致學(xué)生僅關(guān)注實驗報告。學(xué)生無法學(xué)會主動提出問題、分析問題和解決問題。此外，有關(guān)實驗的傳統(tǒng)報告已由老師更正，也沒有再發(fā)給學(xué)生進行查看與修改，學(xué)生對自己實驗報告的對與錯，都無從知曉。沒有溝通的教與學(xué)，無法滿足當前高等教育的要求。

2 虛擬仿真實驗融合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在化學(xué)實驗課程中的實踐

2.1 以知識為基礎(chǔ)，以德育為根本，將課程思政融入實驗教學(xué)中，重視工科學(xué)生科學(xué)思維方法的發(fā)展與教學(xué)，灌輸學(xué)生精益求精的大師精神。在馬克思主義理論和實踐方法論的指導(dǎo)下，注重科學(xué)思維的教學(xué)方法，提高學(xué)生正確理解，分析和解決問題的能力，并在學(xué)生中發(fā)展求實，探索真理的責(zé)任感和使命感。同時，在實驗授課過程中，將化學(xué)家的歷史故事融入課程教學(xué)中，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生科技報國的家國情懷。

2.2 改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，以學(xué)生為中心，以雙創(chuàng)教育為引導(dǎo)，在虛擬仿真實驗教學(xué)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，遵循教學(xué)相長、因材施教、理論聯(lián)系實際的原則，實踐翻轉(zhuǎn)課堂。為了進一步提高實驗教學(xué)效果，將單一的傳統(tǒng)實驗室教學(xué)，向多邊交流互動的教學(xué)模式過渡，搭建多形式、多層次的培養(yǎng)平臺。課前，將提前制作好的化學(xué)實驗項目教學(xué)視頻上傳超星學(xué)習(xí)通平臺，并在視頻中設(shè)置彈題功能，同時，使用虛擬模擬實驗平臺為學(xué)生定制實驗預(yù)覽，實時記錄學(xué)生課前實驗操作情況，幫助學(xué)生對實驗知識及儀器形成感性認知；課中，結(jié)合學(xué)生在學(xué)習(xí)通的視頻觀看記錄，以及在虛擬仿真平臺的實踐操作情況，針對視頻彈題和操作中出錯率較高的題目，分析并說明試點項目的重點和難點，并回答學(xué)生進行實驗時遇到的問題；課后，通過學(xué)習(xí)通設(shè)置實驗反思，從而讓學(xué)生對每一個實驗項目做到“會學(xué)、會做、會講、會創(chuàng)新”，構(gòu)建“教、學(xué)、做、創(chuàng)”一體化的教學(xué)模式，真正實踐翻轉(zhuǎn)課堂。

2.3 以專業(yè)為基礎(chǔ)，博采眾家之長，融合線上線下的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，針對我?；A(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)的特點，為全校各工科專業(yè)的普通化學(xué)實驗、基礎(chǔ)化學(xué)實驗（I）、基礎(chǔ)化學(xué)實驗（II）和基礎(chǔ)化學(xué)實驗（III）等實驗課程制作不同實驗項目的教學(xué)視頻，并上傳超星學(xué)習(xí)通平臺，允許學(xué)生隨時隨地通過手機觀看教學(xué)視頻。

2.4 以O(shè)BE理念為引導(dǎo)，強化過程考核和成果導(dǎo)向的考核機制。通過在超星在線平臺上進行視頻培訓(xùn)以及在實驗虛擬仿真平臺上進行實驗操作，記錄學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課中內(nèi)化、課后深化的情況，將考核內(nèi)容系統(tǒng)化與科學(xué)化，使得考核結(jié)果能夠更科學(xué)、更全面、更及時的反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

2.5 增加開放式試點項目的數(shù)量，以提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。開放實驗是一門全面的體驗式課程，由老師指導(dǎo)并由學(xué)生自行開發(fā)。教育部在《關(guān)于進一步加強高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見》中提到，“擴展復(fù)雜而創(chuàng)新的實驗，幫助學(xué)生理解各種學(xué)術(shù)觀點并主持討論，跟蹤學(xué)科領(lǐng)域的最新發(fā)展，并提高獨立學(xué)習(xí)和獨立研究的能力。大學(xué)生需要以各種形式開展初步研究工作，例如參加學(xué)術(shù)研究項目或自行確定研究主題”。因此，在學(xué)生掌握了驗證性實驗的內(nèi)容和基本化學(xué)實驗的方法之后，教師可以創(chuàng)建開放的復(fù)雜實驗項目，使學(xué)生可以根據(jù)對課程的專業(yè)知識獨立開發(fā)實驗程序。在實驗室中付諸實踐。它可以進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高他們的科學(xué)和技術(shù)創(chuàng)新能力，并發(fā)展他們的綜合分析、設(shè)計和解決問題的能力。

通過將虛擬仿真實驗教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合，不僅可以在課前讓學(xué)生能夠通過虛擬仿真平臺自主學(xué)習(xí)基礎(chǔ)實驗步驟，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求；在課堂上，教師將花費時間和精力在實踐和問答環(huán)節(jié)上與學(xué)生進行實驗環(huán)節(jié)和步驟上的知識交流，從而改善與學(xué)生的互動并促進他們的深入學(xué)習(xí)，從而進一步提高學(xué)習(xí)質(zhì)量，加速高校雙創(chuàng)教育的步伐。

3 后疫情時代對虛擬仿真實驗教學(xué)的思考

隨著時代的發(fā)展，云計算、互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)為高校提供了新的實驗教學(xué)手段，特別是在疫情期間，基于現(xiàn)代信息技術(shù)的虛擬仿真實驗教學(xué)已經(jīng)成為大學(xué)教學(xué)實驗的重要組成部分。今年疫情下，雖然各學(xué)校實現(xiàn)了運用虛擬仿真平臺進行化學(xué)實驗教學(xué)，但由于軟件價格都比較高，它暫時無法滿足不同專業(yè)的不同學(xué)習(xí)需求和不同學(xué)生的自尊心。

同時，針對有留學(xué)生培養(yǎng)的專業(yè)實驗項目，虛擬仿真軟件平臺也存在欠缺。由于疫情期間，留學(xué)生大都在國外，導(dǎo)致這些學(xué)生無法登陸國內(nèi)的虛擬仿真軟件平臺，只能由任課教師在實驗室進行實驗操作展示。這樣一來，虛擬仿真實驗教學(xué)就成了虛設(shè)，學(xué)生沒有了實驗數(shù)據(jù)，也就無法完成實驗教學(xué)任務(wù)。

由此看來，進行虛擬仿真實驗教學(xué)可能是我們學(xué)習(xí)的重要工具，但卻不能成為我們教學(xué)的全部。面對面的實驗操作教學(xué)，在實驗教學(xué)中有著不可比擬的重要性。授課教師可以通過觀察學(xué)生的實驗操作技能來不斷改進實驗教學(xué)項目和條件，以更好地提高學(xué)生動手能力。

后疫情時代，當我們都回到教室和實驗室教學(xué)時，與其限制學(xué)生玩手機，不如改變我們的教學(xué)手段，繼續(xù)通過虛擬仿真實驗和翻轉(zhuǎn)課堂來加強教學(xué)中教與學(xué)的溝通。我們可以讓虛擬仿真實驗教學(xué)成為課堂教學(xué)的補充，授課教師可以通過設(shè)置課前或課后的虛擬仿真實驗操作來檢驗學(xué)生預(yù)習(xí)或復(fù)習(xí)的效果，從而不斷提升課堂教學(xué)效果，提升教育教學(xué)質(zhì)量。