《有機化學實驗》線上教學探索與實踐

李青原 邵建群 石晨 唐靜成

摘 要：為了探索《有機化學實驗》課程線上教學的方法和模式，文章利用網絡、虛擬仿真項目和微課，開展了《有機化學實驗》線上教學，并采用學生問卷的方式對教學效果進行了調查。研究結果表明：《有機化學實驗》線上教學直觀清晰、互動方便，虛擬仿真項目實現(xiàn)了人機互動，彌補了不能實際操作的不足，教學整體效果較好。

關鍵詞：有機化學實驗;線上教學;虛擬仿真;微課

中圖分類號：G434? ? ? ?文獻標志碼：B 文章編號：1673-8454（2021）12-0052-04

一、引言

新冠肺炎疫情爆發(fā)后 [1][2]，由于學生是易感人群和防控重點，教育部發(fā)布《關于2020年春季學期延期開學的通知》，并印發(fā)《關于在疫情防控期間做好普通高等學校在線教學組織與管理工作的指導意見》（以下簡稱《指導意見》），要求采取政府主導、高校主體、社會參與的方式，共同實施并保障高校在疫情防控期間的在線教學，實現(xiàn)“停課不停教、停課不停學”[3][4]，鼓勵各高校通過網絡形式進行遠程授課，盡力保障春季學期的正常教學秩序。

由于實驗課程的開展實施比理論課要更為復雜，一般需要特殊的場地（規(guī)范的實驗室）和防護（穿戴防護設備）、實驗儀器以及試劑耗材等 [5]。疫情的嚴峻性導致全國大學生居家隔離，實驗課的教學遇到巨大挑戰(zhàn)，學生不能到校、不能進入實驗室、無法使用儀器設備。在學生返校日期不確定的前提下，需要用新的方法來滿足學生線上實驗教學的要求。首都醫(yī)科大學藥學院實驗教學中心依托藥學國家級實驗教學中心、國家級虛擬仿真項目和近幾年建設的微課資源，開展了《有機化學實驗》線上教學，取得了較好的教學效果。

二、《有機化學實驗》線上教學探索

學校在開展《有機化學實驗》線上教學時，經歷了一個不斷探索、磨合和調整的過程，前期發(fā)現(xiàn)在《有機化學實驗》線上教學過程中主要存在以下幾個方面的問題：①《有機化學實驗》課程教學需要用到一些小型儀器設備，比如熔點測定儀、旋光儀和折射儀等，學生見不到實際儀器，對原理和操作理解起來比較困難。②各門課程都進行網絡教學，學生每天從早到晚盯著屏幕，感覺眼睛不舒服，視力下降。③家里線上學習氛圍不如線下教學，學生一個人學習注意力有時無法集中。④上課期間有時會出現(xiàn)網絡擁堵、卡頓等現(xiàn)象。因此，我們根據(jù)《有機化學實驗》課程特點、學生自主學習能力及網絡教學硬件條件三個方面的問題，不斷調整和完善《有機化學實驗》線上教學。

1.《有機化學實驗》線上教學模式探索

首先，網絡教學平臺種類繁多，各具特點，通過不斷嘗試和多次實踐，學校選擇了騰訊會議系統(tǒng)作為網絡教學直播平臺。該系統(tǒng)的優(yōu)勢是網絡流暢、界面簡潔、操作簡單，免費版本可滿足300人同時在線，能夠滿足大班教學的規(guī)模要求。利用屏幕共享功能可以將PPT在學生的手機或電腦終端展示，與教師講解同步。

其次，以班級為單位組建微信群，學生需要通過“學號+實名”認證的方式加入班級微信群，作為上傳課程相關資料、教師和學生討論答疑的溝通交流平臺。每位學生都需要實名注冊到實驗空間——國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺（網址：www.ilab-x.com，以下簡稱iLab），進入首都醫(yī)科大學藥學院國家級金課 “藥學安全實驗教學虛擬仿真項目”， 按照預習、學習、考核、報告和評價等模塊，完成《有機化學實驗》課程虛擬仿真實驗（見圖1）。

授課教師將郵箱地址和QQ號發(fā)送給學生，學生也可以通過發(fā)郵件給教師或單獨通過QQ聯(lián)系教師進行交流溝通、上交實驗報告和答疑等。所以，《有機化學實驗》課程最終采用“騰訊會議平臺+微信+iLab+E-mail+QQ”的混合在線教學模式。

2.《有機化學實驗》線上教學方法探索

《有機化學實驗》在線教學采用“預習+直播+虛擬仿真+微課+討論”的方法進行教學，具體如下：

課前，教師將電子教材、知識重點和教學要求提前一周發(fā)給學生，要求學生做好實驗預習。每堂課均設置督導教師，督導教師全程參與聽課，課前、課中和課后要隨時清點人數(shù)，做好考勤，按照設定的標準對授課效果進行評價，課后立即將考勤和評價上交主講教師，以便其及時改進和調整教學方法。

課中，由于學生不能實際操作儀器，PPT課件應盡量詳細，采用“屏幕共享”的方式展示，講授的時候速度要比實驗室授課稍慢一些，充分采用圖片、表格數(shù)據(jù)和案例等形式進行講解。學生遠程聽課學習，很容易被其他事物干擾和吸引，授課教師要通過課堂提問、點名等多種方式與學生互動，防止學生聽課時走神。直播講授時間控制在1.5個小時（包括對上次實驗報告的講評和新實驗的講授），分配2.5個小時讓學生學習虛擬仿真和微課，剩余0.5個小時回到課堂進行討論和小結。學習完成后，所有學生在微信群打卡，教師掌握學生的學習進度和完成情況。

課后，學生撰寫規(guī)范的Word形式實驗報告，上交任課教師，教師以修訂模式評閱完成后，在下次實驗課之前返還給學生并講評。周末再安排一個小時的統(tǒng)一答疑時間，個別不愿意參加統(tǒng)一答疑的學生可以通過QQ和微信進行單獨答疑?？己朔绞綖檫x取一個虛擬仿真實驗項目，通過機器智能評價操作，預習成績（20%）、操作成績（60%）和報告成績（20%）作為學生的期末考試成績。期末考試成績占最后總成績的25%，平時成績（14個實驗）占總成績的75%。

3.《有機化學實驗》線上教學管理探索

線上教學管理同線下教學管理一樣嚴格要求，采用“主講教師管理制”，每個教學環(huán)節(jié)都一絲不茍地完成。教學任務書、課程表、進度安排、新學期開學教學準備會、每次預實驗及集中備課、研究生助教試講、學生評教、同行評教、學期末教學總結會、教學制度落實到人等，所有環(huán)節(jié)都通過騰訊會議、微信群和E-mail完成，并形成了電子版教學日志，課程結束后連同教學資料（學生成績、教案、PPT課件等）一并上交中心留檔保存。

三、《有機化學實驗》線上教學效果調查與分析

為了全面了解線上實驗教學現(xiàn)狀，本研究設計了5個問題，采用學生問卷調查的方式對教學效果進行調查。參與此次調研的學生有藥學和臨床藥學兩個專業(yè)、 三個班，總計57人，為《有機化學實驗》上課學生總人數(shù)的80%。因此，此次調查結果能夠比較好地反映學校藥學類《有機化學實驗》課程線上教學的開展情況。根據(jù)調查報告深入分析線上實驗教學模式的優(yōu)勢及弊端，可為今后線上實驗教學提供借鑒，以期更好地服務學生，提升線上實驗教學效果。

1.線上實驗教學的整體效果較好

在新冠肺炎疫情爆發(fā)前，大部分教師和學生都沒有完整地參與過線上教學的經驗，只是部分實驗開展過虛擬仿真項目訓練。從調查結果中可以看出（見圖2），有19位學生（33%）認為騰訊會議進行網上遠程直播實驗教學的整體效果非常好，有34位學生（60%）認為實驗教學的整體效果較好，這兩部分比例達到了93%，說明線上直播進行實驗教學的整體效果是比較好的，得到了絕大部分學生的認可。只有4位學生（7%）認為實驗教學的整體效果一般，沒有學生認為網上直播實驗教學效果較差。

2.線上實驗教學的優(yōu)缺點

通過表1的統(tǒng)計可以看出，線上實驗教學的優(yōu)點和缺點都很突出。其中，選擇互動方便的學生有16人（28%），他們認為線上直播時可以隨時向教師提問，參與感較強;而選擇直觀清晰和方便快捷的學生分別為14人（25%）和12人（21%），他們認為通過屏幕共享的方式講解與PPT同步，和線下上課相似、非常清楚，騰訊會議教室進入方便快捷;由于學生不能親自操作，授課教師在講解實驗理論部分的時候要比線下授課講得更細致，所以有12人（21%）認為線上授課比線下講解更詳細;課前一周，授課教師將電子教材、PPT、預習題和視頻等提前發(fā)給學生，其可以充分利用這些資料反復學習，所以有3人（5%）認為同線下教學相比可以獲得更多的學習資料。

對于實驗課來說，61%的學生認為線上直播教學最大的缺點就是不能實際操作，缺乏對實物的真實感受，實驗結果和實驗經驗無法得到，實驗中的很多問題依靠想象、比較抽象，對知識點的記憶不夠深刻;有18%的學生認為網絡信號有時不好，有延遲或卡頓現(xiàn)象，偶爾有雜音;騰訊會議線上直播無錄播功能，基礎較弱或記憶力不太好的學生，或者有因生病不能按時上課的情況，不能在其他時間看課程視頻回放學習;有7%的學生認為一個人聽課有時容易走神，家里學習氛圍不如在教室; 有4%的學生認為線上課程需要一直長時間盯著電子屏幕，眼睛很累，對視力不好;還有1%的學生認為線上實驗教學枯燥、無趣。

3.線上實驗教學能夠掌握實驗內容并達到教學要求

通過圖3的統(tǒng)計可以看到，所有參與問卷調查的學生對實驗內容的掌握程度都在70%以上，說明線上實驗教學能夠達到教學要求。其中，掌握程度在90%～100%之間的有16人（28%）;掌握程度在80%～90%之間的學生最多，有30人（53%），掌握程度在70%～80%之間的有11人（19%）。

4.虛擬仿真實驗對大部分學生的學習具有幫助作用

學生對線上教學缺點提到最多的就是“不能親自動手操作”，而虛擬仿真實驗是針對這一缺憾最好的應對措施，能夠實現(xiàn)人機互動，模擬實驗室真實場景完成實驗任務的學習。很多化學實驗教學涉及到易燃、易爆、有毒、有害或者需要大型儀器設備，如果直接進行真實實驗，危害性很大或成本太高，無法面對大眾本科教學。而這些實驗內容又是專業(yè)所必須掌握的知識點，因此采用虛擬仿真技術為實驗過程的安全性和經濟成本問題提供了有力的技術支撐[6-10]。

為積極響應教育部提出的“停課不停教，停課不停學”號召以及iLab對首都醫(yī)科大學藥學院國家級虛擬仿真項目“藥學安全實驗教學虛擬仿真項目”要面向全國高校免費開放共享、保證實驗平臺聯(lián)通順暢的要求，在學校的統(tǒng)一部署下，學校信息中心反復溝通、細致準備，在開學前調集藥學院所有教師、研究生和本科生同時登錄“藥學院虛擬仿真實驗平臺”進行實際網絡壓力測試，確保了開學后校內、校外兄弟院校近千人學生使用平臺的網絡暢通。

調查結果表明（見圖4），有40%的學生認為虛擬仿真實驗對自己學習有很大的幫助，將近有一半的學生（49%）認為比較有幫助，有7%的學生認為幫助一般，只有4%的學生認為沒有幫助，可能是個別學生操作系統(tǒng)不兼容，無法進入虛擬仿真平臺系統(tǒng)。學生對虛擬仿真實驗也提出了很多寶貴的意見，比如個別實驗步驟的按鍵區(qū)域較小，不易操作;考核有時會卡，卡了再刷新就得重新做，希望有保存進度這一功能;虛擬仿真項目實驗操作的時間可以適當縮短等等。這些建議對以后虛擬仿真實驗項目的建設和改進彌足珍貴，可以讓實驗設計和開發(fā)更加符合學生的心理特征，讓學生主動去體驗虛擬仿真項目，從而獲取實驗知識。

5.微課視頻對實驗學習具有幫助作用

微課是指經過精心的信息化教學設計，以視頻為主要載體，呈現(xiàn)碎片化或集中化學習內容。微課視頻的教學時間較短，因此視頻的發(fā)布形式和學生學習時間都相對比較靈活?！队袡C化學實驗》的基本操作，如實驗室安全知識、熔點測定、簡單蒸餾、重結晶、水蒸氣蒸餾、減壓蒸餾都可以錄制成簡短的微課視頻。

我校藥學院實驗教學中心的微課視頻統(tǒng)一集中放在雨課堂網站上，學生可以隨時訪問學習。微課作為一種新型的學習方式，是對《有機化學實驗》課程學習的一種有效補充，在提高學生實驗積極性的同時又掌握了關鍵操作步驟，有利于更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，提高分析問題、解決問題的能力[11-13]。從圖5的統(tǒng)計可以看出，所有學生都認為微課視頻對自己的學習有幫助，其中絕大部分學生（65%）認為對自己有很大的幫助，有26%的學生認為比較有幫助，9%的學生認為對自己幫助一般。

四、結束語

虛擬仿真實驗線上教學可以提升實驗教學水平，推進實驗教學信息化更好地發(fā)展，也為推動高等教育教學改革和創(chuàng)新人才培養(yǎng)作出了有益的探索[14]。通過《有機化學實驗》線上教學模式、教學方法和教學管理的探索實踐，表明我?！队袡C化學實驗》線上教學的總體效果較好，學生能夠掌握實驗內容，達到教學要求，滿意度較高。線上實驗教學首先要解決的問題是有充足的、符合自己學校課程需要的、優(yōu)質的實驗教學數(shù)字資源。2020年4月，《教育部辦公廳關于啟動部分領域教學資源建設工作的通知》中提出，要聚焦國家重點領域緊缺人才培養(yǎng)，開展教學資源建設，形成優(yōu)質教學資源庫，服務專業(yè)教學活動[15]。這說明在當前新的教育形式下，國家非常重視教學資源的建設工作。根據(jù)學?！队袡C化學實驗》線上教學的實踐可知，虛擬仿真項目和微課視頻對學生的學習幫助很大，是實驗課線上教學開展的重要保證，也是今后實驗教學數(shù)字資源建設的重要發(fā)展方向。

參考文獻：

[1]林碧霞.新冠狀病毒疫情期間化學實驗線上教學探索[J].廣東化工，2020， 47（10）：164+171.

[2]吳璀，王雨婷，黃宇琴.疫情期間居家學習課程的設計與實施——基于成都市龍泉驛區(qū)第五小學校的實踐研究[J].教育與教學研究，2020，34（3）：71-78.

[3]呂海俠，王淵，張莉，等.新冠肺炎疫情防控期間醫(yī)學基礎課程遠程教學的實踐與思考[J].中國醫(yī)學教育技術， 2020，34（2）：135-137+142.

[4]付衛(wèi)東，周洪宇.新冠肺炎疫情給我國在線教育帶來的挑戰(zhàn)及應對策略[J].河北師范大學學報（教育科學版）， 2020，22（2）：14-18.

[5]邵冰莓，劉展.“新冠肺炎”疫情環(huán)境下實驗教學形式多樣化的運用[J].力學與實踐，2020，42（1）：80-84.

[6]周思潔，楊澤亮，董子和，等.基于Unity3D的氣相色譜儀虛擬仿真實驗系統(tǒng)的構建[J].色譜，2016，34（6）：621-624.

[7]宋學英，楊華，趙逸松，等.高效液相色譜儀的應用分析[J].中國醫(yī)學裝備，2015，12（1）：28-30.

[8]唐向陽，馬驍飛，郭翠梨，等.建設高水平“化學化工虛擬仿真實驗教學中心”的思路與探索[J].高等理科教育，2015（6）：102-106+101.

[9]何書英，劉煜，鄭珩，等.生物制藥虛擬仿真實驗教學平臺的建設與應用[J].實驗技術與管理，2017，34（8）：118-120+161.

[10]趙銘超，孫澄宇.虛擬仿真實驗教學的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2017，36（4）：90-93.

[11]盧帥，黃亞天，朱雍，等.藥學類有機化學實驗微課教學探索[J].藥學教育，2019，35（6）：61-63+67.

[12]王壹，左成光，聶勝強，等.有機化學實驗教學微課制作及其應用[J].山東化工，2019，48（16）：214-215.

[13]郭永明，包曉玉，張廉奉，等.基于微課的翻轉課堂在儀器分析實驗教學中的應用研究[J].廣州化工，2017，45（24）：145-146.

[14]賀占魁，黃濤.虛擬仿真實驗教學項目建設探索[J].實驗技術與管理，2018，35（2）：108-111+116.

[15]教高廳函[2020]4號.教育部辦公廳關于啟動部分領域教學資源建設工作的通知[Z].

（編輯：李曉萍）