基于新工科背景下探索有機化學實驗課混合式教學體系的構建

林 覓 關宏宇 葛春華 黃 鵬 馮大明 姜玉春

（遼寧大學化學院 遼寧·沈陽 110036）

1 研究意義和前景

新工科是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、估計競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的我國工程教育改革方向。新工科的內(nèi)涵是以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為理念，以繼承創(chuàng)新、交叉融合、協(xié)調共享為途徑，培養(yǎng)未來卓越工程人才?；瘜W是一門以創(chuàng)新為特色，對諸多新技術、新業(yè)態(tài)的發(fā)展起著基礎性、引導性作用的學科。實驗教學是化學教育體系的一個重要環(huán)節(jié)。理論教學對實驗教學具有指引作用，但如果只重理論、輕實踐，則無異于紙上談兵，畢竟任何新物質都是要靠人們實踐操作才能合成、創(chuàng)造出來的。實驗教學與理論教學是相輔相成，互相促進的。實驗教學有助于學生理解、掌握理論課程所學知識；是理論知識與實際應用的橋梁，有助于培養(yǎng)學生實事求是的工作作風及良好的科學素養(yǎng)；是培養(yǎng)復合型和創(chuàng)新型卓越工程技術人才的重要切入點，其在“新工科”教學理念中發(fā)揮著不可替代的作用。實驗課程的課堂教學中常面臨兩難困境，要么實驗操作太難、儀器緊張，留給學生動手操作的時間少了；要么學生機械地參照講義完成實驗，不去理解其中的原理和知識。因而對化學實驗課的教學內(nèi)容、教學模式、教學手段等的改革勢在必行。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2014年中國大學MOOC上線。為推進信息技術與實驗教學的融合，加強實驗教學優(yōu)質資源建設與應用，提高實驗教學質量和實踐育人水平，目前國內(nèi)各高校紛紛開展虛擬仿真實驗教學項目建設工作。

2018年遼寧大學化學院將虛擬實驗引入有機化學實驗課，通過虛擬仿真與實踐操作相結合的教學手段，實現(xiàn)了有機化學實驗的信息化改革[1]。2020年開始籌建化學實驗在線教學，實現(xiàn)學生、社會學習者的個性化學習。通過線上實驗基本操作視頻和虛擬實驗，可以規(guī)范學生的實驗操作，特別是針對有一定危險和難度的化學實驗，能降低實驗風險，提高實驗成功率和產(chǎn)率，為后續(xù)的相關實驗積累經(jīng)驗，有助于培養(yǎng)學生探索、研究精神。

混合式教學是將傳統(tǒng)的課堂教學與網(wǎng)絡教學相結合，融合二者優(yōu)勢的新型教學模式，是信息化時代教學改革的熱點。“線上”教學模式，突破了時間和空間的限定；“線下”教學模式則將“線上”獲取的碎片化知識整合、內(nèi)化，最終系統(tǒng)掌握知識。這種“線上+線下”的教學模式，使教學個性化、科學化、人性化。混合式教學包括：教學形式的混合，如面授與網(wǎng)絡教學混合；教學手段的混合；教學技術的混合；教學評價的混合，如過程性評價、形成性評價、終結性評價的混合[2]。

有機化學實驗混合式教學立足于新理念、新思路，結合我?；瘜W專業(yè)的現(xiàn)狀，通過升級實驗教學內(nèi)容、改進實驗教學方法等措施，將虛擬實驗和實踐操作相結合，利用優(yōu)質網(wǎng)絡資源，通過錄制理論和操作視頻，開設線上實驗課程，將微信平臺、虛擬實驗、視頻教學和實踐操作有機統(tǒng)一的結合起來，形成四位一體式教學模式。保證了專業(yè)設計的科學性、人才培養(yǎng)的可行性和人才就業(yè)發(fā)展的適應性。

3 線上線下混合式教學的開展

3.1 建設預習、考試題庫

根據(jù)不同的實驗內(nèi)容，可以設置不同題型，試題數(shù)目，試題分值，學生在作答時是系統(tǒng)自動從題庫中隨機抽取，這樣學生的試卷內(nèi)容就各不相同，能夠有效防止學生串通答案；在提交后能夠顯示正確答案，學生可以查看自己的錯題情況，老師也可以及時查看，針對錯誤較多問題的可以在課上集中講解。試題庫一直在不斷完善，每個實驗的試題庫大概在30道題左右，每次考試題目數(shù)維持在10～15道；考試時間一般是5-10分鐘，學生要在規(guī)定時間內(nèi)完成。

實驗試題包括實驗原理，本次實驗涉及基本操作，產(chǎn)物的后處理和實驗安全、環(huán)保等相關知識內(nèi)容。通過預習考試不但可以加深學生對實驗的基本理論、基本原理、實驗儀器、實驗步驟及實驗安全的掌握和理解，還能強化學生的安全意識和對應急事故的處理。

3.2 教學視頻及課件資源建設

傳統(tǒng)課堂教學中，教師在演示實驗操作和儀器使用時，靠后的同學就沒有前排同學觀察的清楚，而采用操作視頻教學時，學生可以清晰地觀察操作重點、難點，甚至可以反復觀摩。

以有機化學實驗為例，根據(jù)每學期所開設的實驗項目涉及到的知識點，在錄制教學視頻時分為基礎操作和理論講解兩大模塊[3]?；A操作類視頻包括常壓蒸餾、減壓蒸餾、萃取、重結晶等7個單元。理論講解部分，為避免因更換實驗題目而導致視頻不適用，我們按知識點進行分類講解和剪輯制作，一些通用部分可以和基礎操作配合觀看。

3.3 課堂開展混合式教學

教師會根據(jù)教學內(nèi)容的難易程度，分類應用混合式教學[4]。簡單的實驗項目比如實驗室基礎知識、安全教育、實驗室規(guī)章制度等可以通過在線學習即可；基礎的實驗操作比如蒸餾、分液、干燥、抽濾等可以在線學習觀摩，線下融合在合成或綜合實驗里，進行練習、強化；對于較難的操作如減壓蒸餾、柱色譜等操作，不但要預先學習、虛擬演練，還要專門單獨進行操作訓練；而對于一些難度大的綜合實驗，就要以線上為輔，線下為主。

通常課前先讓學生利用在線視頻資源和虛擬實驗自學。上課提前十分鐘對學生進行測試，實驗中利用微信群推送正確或錯誤的學生操作，起到示范和警醒作用。預先在微信平臺建立的操作標準，通過微信平臺隨時記錄學生的錯誤操作并及時予以扣分；課后可以引導學生討論為何會出現(xiàn)理論與現(xiàn)象不符、產(chǎn)率低的原因。

圖1：混合式教學方法示意圖

3.4 考核方式

線上與線下相結合，通過考察在線視頻學習時長完成情況，測試習題正確數(shù)量，課后思考題和討論活躍度，虛擬實驗、實踐操作能力和實驗報告等進行綜合考量。

4 有機化學實驗混合式教學實踐成效

4.1 學習方式靈活、新穎

教學形式新穎，更為直觀、立體，打破傳統(tǒng)實驗課僅靠教師講解的局限性，激發(fā)了學生的學習興趣，提高了學習的積極性。由沉默式、問答式教學轉變?yōu)閷υ捠健⑺急媸浇虒W。

通過操作的視頻教學，學生不僅提前看到裝置的搭建，更能觀察到實驗現(xiàn)象與結果，從而在動手操作時能做到心中有數(shù)，大大提高實驗的準確率。建設我校自主實驗線上教學視頻，比虛擬實驗或其他院校的視頻教學，更能符合本校教學環(huán)境與設備要求，更能將高水平MOOC與特色化、差異化SPOC相結合。

4.2 實驗互動，見賢思齊

在學生實驗進行過程中，選擇較為規(guī)范的學生操作，錄制小視頻，在微信群里即時推送，可以提高學生的主體地位和榮譽感，提高學生的學習積極性[5]。批改實驗報告的過程中，選擇表述清晰、現(xiàn)象記錄翔實、數(shù)據(jù)處理規(guī)范、問題討論有獨到見解的實驗報告發(fā)送到微信群，供大家學習，以期發(fā)揮引領作用。教師或學生提出問題，大家共同討論，對于主動提出問題或有效回答問題的學生，視問題水平，獎勵一定分數(shù)。

4.3 提高自學能力、創(chuàng)新能力、綜合應用能力

有機化學實驗混合式教學，以學生為主體，教師為引導者，實現(xiàn)了傳統(tǒng)課堂的翻轉，使被動學習向主動學習轉變，注重知識內(nèi)化與遷移，增強學生動手實踐操作能力，提高學生應變能力，解決理論實際應用問題，有利于實現(xiàn)創(chuàng)新應用型人才培養(yǎng)，符合新工科建設背景要求，使教學從知識傳授轉變?yōu)槟芰ε囵B(yǎng)。