融合信息化手段的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索

姜松，金珊杉，戰(zhàn)瑞瑞，劉暢(北華大學(xué)理學(xué)院，吉林 吉林 132013)

0 引言

伴隨信息化浪潮的沖擊，教育在當(dāng)今社會(huì)仍然肩負(fù)著培養(yǎng)人才的巨大使命。國(guó)內(nèi)外的教育家一致認(rèn)為，樹(shù)立學(xué)生的創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力與創(chuàng)新力是當(dāng)代教育的首要目標(biāo)。因此，知識(shí)創(chuàng)新和科技創(chuàng)新，均離不開(kāi)教育的支撐。對(duì)各個(gè)階段的教育理念、教育模式的優(yōu)化任重道遠(yuǎn)。實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的重要途徑，擔(dān)負(fù)著提升學(xué)生綜合能力的重任，將現(xiàn)代科技手段融入實(shí)踐教學(xué)中，是全球信息化與教育結(jié)合的重要方面。高校作為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的基地，正經(jīng)歷著由傳統(tǒng)教育向創(chuàng)新模式的變革。當(dāng)前高等教育變革正逐步深化，化學(xué)相關(guān)專業(yè)課程隨著新要求的提出取得了較大發(fā)展。其中，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)作為高等學(xué)校教學(xué)結(jié)構(gòu)中的重要組成，在學(xué)生多方面能力的培養(yǎng)中顯現(xiàn)出無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，食品安全和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題隨著化工產(chǎn)業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展表現(xiàn)的尤為突出。因此對(duì)分析化學(xué)人才的需求量不斷加大。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為重要的必修課程，同時(shí)林學(xué)、食品安全、醫(yī)藥衛(wèi)生相關(guān)專業(yè)學(xué)生的限選必修實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程，在分析人才培養(yǎng)體系中，起著重要作用。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)主要以堅(jiān)實(shí)學(xué)生分析化學(xué)相關(guān)理論知識(shí)為基礎(chǔ)，提升分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)操作技能，讓學(xué)生進(jìn)一步深化基本理論；分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)旨在能夠樹(shù)立學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)精神的同時(shí)，促進(jìn)學(xué)生分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力的提升，與此同時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)作是培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才的有效途徑，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)與思維能力的重要載體[1]。伴隨各種自動(dòng)化精密分析儀器的應(yīng)運(yùn)而生，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程在原有計(jì)劃課時(shí)上有一定程度的縮減，在科學(xué)技術(shù)日益進(jìn)步的當(dāng)下，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)也迎來(lái)了新的挑戰(zhàn)[2]。2013年，教育部頒布了有關(guān)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的相關(guān)文件，題為《關(guān)于開(kāi)展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》，根據(jù)文件精神，拉開(kāi)了高校虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的序幕[3]。

1 傳統(tǒng)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在的問(wèn)題

實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的優(yōu)化著眼于教學(xué)思想、課程設(shè)置、教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)方法等方面。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式在課程理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段等方面存在著諸多問(wèn)題，具體表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：(1)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容基本上都是對(duì)課堂理論知識(shí)的補(bǔ)充和驗(yàn)證，多“菜單式”實(shí)驗(yàn)，缺乏綜合性、創(chuàng)新性、不能與生產(chǎn)生活相聯(lián)系。例如分析實(shí)驗(yàn)往往只注重滴定分析結(jié)果，忽略了樣品的來(lái)源與處理等方面。欠缺對(duì)于同一學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)間的結(jié)合與二級(jí)學(xué)科各知識(shí)點(diǎn)的串聯(lián)。缺乏讓學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)地學(xué)習(xí)、綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與技能的主線。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置，不利于學(xué)生求知欲望的產(chǎn)生，缺乏拓展性與探究性，進(jìn)而輕視實(shí)驗(yàn)，不能與教學(xué)預(yù)期目標(biāo)達(dá)成一致。(2)教學(xué)方法缺乏創(chuàng)新，各高校都以教師為主體，學(xué)生疏于思考，“照方抓藥”、“為實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)”的現(xiàn)象普遍存在，缺乏主觀能動(dòng)性。各高校及高校教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和流程也比較相似：即學(xué)生先做預(yù)習(xí)，寫(xiě)好預(yù)習(xí)報(bào)告；按照實(shí)驗(yàn)前完成預(yù)習(xí)報(bào)告，由教師詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)原理、操作步驟、注意事項(xiàng)等方面，最后由學(xué)生進(jìn)行操作，完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程。(3)教學(xué)環(huán)節(jié)過(guò)于單一化、程式化，缺乏學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)的過(guò)程，缺乏開(kāi)放性。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，以按部就班地完成實(shí)驗(yàn)為目標(biāo)，缺乏探究性與拓展性。(4)信息化教學(xué)資源利用不夠，缺乏自主性與共享性。

2 融合信息化手段的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的作用

“信息化”視角下及時(shí)優(yōu)化與完善傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教育模式。本文以大學(xué)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主體，將信息化與實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密結(jié)合，力圖將信息化線上虛擬資源與線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合優(yōu)化，從而推動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新能力與綜合能力的提升。具體體現(xiàn)在以下六點(diǎn)：(1)促進(jìn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變。教學(xué)觀念是教學(xué)改革的先決條件，全新的教學(xué)思想是教學(xué)改革的動(dòng)力，打破原有教師主體的“輸入式”觀念，至關(guān)重要。(2)促進(jìn)適應(yīng)培養(yǎng)目標(biāo)的課程體系建設(shè)。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置偏重基礎(chǔ)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，缺乏綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。(3)促進(jìn)教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式偏重注入式，缺乏學(xué)生的自主性與互動(dòng)性。(4)促進(jìn)教學(xué)手段的信息化構(gòu)建。以往的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段過(guò)于單一，不夠多元化。(5)促進(jìn)教師角色轉(zhuǎn)變。由教師為主體轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生為主導(dǎo)。(6)促進(jìn)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制的完善。

3 融合信息化手段的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的建立

3.1 教學(xué)內(nèi)容多樣化建設(shè)

凝練基礎(chǔ)階段，基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，適當(dāng)增加生活性及探究性題目，使其與理論知識(shí)同步。加強(qiáng)綜合階段，綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，(學(xué)科內(nèi)與學(xué)科間關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn))實(shí)驗(yàn)內(nèi)容表現(xiàn)為至少兩個(gè)二級(jí)學(xué)科之間的交叉，在鞏固實(shí)驗(yàn)操作技能與應(yīng)用，同時(shí)加強(qiáng)各學(xué)科之間的橫向關(guān)聯(lián)。著眼創(chuàng)新階段，研究性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(分析化學(xué)及儀器分析與科學(xué)研究課題相關(guān)實(shí)驗(yàn))以設(shè)計(jì)為主，以大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目為平臺(tái)，進(jìn)一步深化對(duì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問(wèn)題能力的提升，進(jìn)而培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲凶黠L(fēng)。通過(guò)信息化手段，建立實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目信息庫(kù)，學(xué)生通過(guò)線上平臺(tái)選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與環(huán)節(jié)的多元化

抓住課前預(yù)習(xí)，課中實(shí)驗(yàn)，課后鞏固三個(gè)階段相結(jié)合。學(xué)生登錄教師指定的虛擬仿真平臺(tái)，突破了空間限制，在食堂、操場(chǎng)等場(chǎng)所即可完成課前預(yù)習(xí)。如在 “混合堿的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)界面后，出現(xiàn)兩種模式進(jìn)行選擇：訓(xùn)練操作模式和考核操作模式。訓(xùn)練操作模式不計(jì)分?jǐn)?shù)，并附有詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)操作步驟供學(xué)生參考，學(xué)生可完成對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理等的學(xué)習(xí)，還可參考視頻演示。通過(guò)預(yù)習(xí)，學(xué)生即可對(duì)本實(shí)驗(yàn)有初步了解。課中實(shí)驗(yàn)，采用線上虛擬平臺(tái)和線下真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)考核操作模式進(jìn)行后出現(xiàn)的問(wèn)題，在線下真實(shí)實(shí)驗(yàn)中著重解決所發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行分組討論。課后鞏固，建立小組進(jìn)行團(tuán)隊(duì)研討，團(tuán)隊(duì)成員間多設(shè)計(jì)總結(jié)性或有利創(chuàng)新思維的問(wèn)題，將信息化作用充分發(fā)揮，團(tuán)隊(duì)研討可采用以網(wǎng)上平臺(tái)方式進(jìn)行，以學(xué)生為主體，主持研討活動(dòng)。從而提升學(xué)生主動(dòng)參與的意識(shí)。

3.3 多維度實(shí)驗(yàn)考核方式

第一維度——虛擬仿真模擬考核成績(jī)。學(xué)生通過(guò)虛擬仿真平臺(tái)考核操作模式得到成績(jī)。第二維度——線下實(shí)際操作考核成績(jī)。學(xué)生通過(guò)真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)態(tài)度，實(shí)驗(yàn)報(bào)告等方面進(jìn)行考核。第三維度——研究和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的合理性、創(chuàng)新性、實(shí)際操作及問(wèn)題處理能力、實(shí)驗(yàn)成果展示等方面的成績(jī)綜合評(píng)定。最終成績(jī)將三個(gè)維度結(jié)合進(jìn)行加權(quán)。

4 將信息化手段貫穿實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理過(guò)程

建立并健全學(xué)?！合怠獙?shí)驗(yàn)室三級(jí)管理體系，系統(tǒng)建立網(wǎng)格化管理體系。

應(yīng)用信息化手段，將網(wǎng)格化落實(shí)到實(shí)驗(yàn)室安全管理責(zé)任制中，形成逐級(jí)共管的管理合力作用。依托學(xué)校頂層引導(dǎo)的帶領(lǐng)作用，落實(shí)到一線師生對(duì)實(shí)驗(yàn)室制度的實(shí)際執(zhí)行中，切實(shí)推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室安全管理工作落到實(shí)處[4]。

以信息化平臺(tái)為依托，按照三級(jí)管理體系對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全管理工作凸顯快捷、高效、科學(xué)的信息化管理理念與措施的落實(shí)。對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中重要環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)管，(1)建立儀器設(shè)備采購(gòu)與管理系統(tǒng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的采購(gòu)與使用實(shí)行全流程的管理監(jiān)測(cè)。將信息化手段滲透到多機(jī)構(gòu)與多步驟的協(xié)同管理中。設(shè)備購(gòu)置論證信息錄入系統(tǒng)后，由審批、采購(gòu)、使用、轉(zhuǎn)移到報(bào)廢的全過(guò)程必須全流程監(jiān)管辦理，環(huán)環(huán)相扣，避免遺留安全隱患。(2)試劑使用管理平臺(tái)的建立，實(shí)現(xiàn)對(duì)試劑管理全程全方位監(jiān)控。以信息化平臺(tái)為載體，試劑從采購(gòu)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、到回收管理等步驟實(shí)現(xiàn)一站式管理，優(yōu)化管理流程系統(tǒng)，科學(xué)估算實(shí)驗(yàn)廢棄物產(chǎn)生量，及時(shí)監(jiān)督實(shí)驗(yàn)室固廢物的回收，弱化安全隱患和環(huán)境污染物的產(chǎn)生[5]。(3)對(duì)學(xué)生進(jìn)行線上實(shí)驗(yàn)室安全教育及線下實(shí)驗(yàn)安全演練。通過(guò)線上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)安全模擬，學(xué)生通過(guò)線上實(shí)驗(yàn)室安全虛擬平臺(tái)，如身臨其境般體會(huì)實(shí)驗(yàn)室安全的重要性，并且能夠?qū)W會(huì)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)安全隱患問(wèn)題的實(shí)際處理方法，能夠及時(shí)并有效地處理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的安全隱患，保證切身安全。同時(shí)，建立實(shí)驗(yàn)室安全信息題庫(kù)，題庫(kù)中包含實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入制度、常用藥品的使用安全，常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)室安全隱患的排查，實(shí)驗(yàn)室突發(fā)事件應(yīng)急處理等方面的安全知識(shí)，熟練掌握這些知識(shí)，有利于學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)室的安全有一個(gè)比較深入的認(rèn)知。最后，在實(shí)踐階段，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)安全演練。聯(lián)合其他職能部門，對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全，特別是火災(zāi)隱患的突發(fā)情況進(jìn)行安全演練，模擬真實(shí)情況發(fā)生，應(yīng)急處置，師生的有序撤離，應(yīng)當(dāng)通過(guò)演練，指定行之有效的應(yīng)急處置方案。

5 結(jié)語(yǔ)

融合信息化及時(shí)優(yōu)化與完善化學(xué)實(shí)驗(yàn)教育模式。本文以大學(xué)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主體，從傳統(tǒng)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題入手，從融合信息化手段的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的作用、多維度教學(xué)新模式的建立、實(shí)驗(yàn)教學(xué)掛歷過(guò)程的信息化實(shí)施等方面進(jìn)行闡述，將信息化與實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密結(jié)合，力圖將信息化線上虛擬資源與線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合優(yōu)化，構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容多樣化、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與環(huán)節(jié)的多元化、實(shí)驗(yàn)考核方式的多維度，從而推動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新能力與綜合能力的提升。