醫(yī)用化學線上實驗教學模式探索

蔡玉興,金玉杰,李 寧,謝一凡,姚莉韻△

(1上海交通大學醫(yī)學院基礎醫(yī)學實驗教學中心， 上海 200025；2上海交通大學醫(yī)學院藥物化學與生物信息學中心； △通訊作者)

醫(yī)用化學實驗是本校臨床醫(yī)學專業(yè)學生重要的基礎實驗課程，它是基礎化學、有機化學、分析化學實驗根據(jù)其內(nèi)在規(guī)律和聯(lián)系進行重組、交融、整合而建立的一個全新實驗體系。作為醫(yī)用化學理論課教學的重要組成部分，醫(yī)用化學實驗對鞏固學生掌握化學的基本理論知識，提升學生的實驗操作技能，培養(yǎng)學生運用理論知識解決實際問題和科研創(chuàng)新能力等起著重要的作用[1]。醫(yī)用化學實驗包括動手操作、觀察記錄實驗現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)實驗中問題并思考和解決問題等，雖然動手操作難以通過在線課堂實現(xiàn)，但線上教學在打破時空限制、互動模式和教學資源等方面有相對優(yōu)勢[2]。教師可以充分利用線上教學優(yōu)勢，如優(yōu)化實驗方案設計、科教融合、學科背景研究和實驗拓展等方面[3]，并建立健全線上實驗教學體系，最大程度地保證醫(yī)用化學實驗線上教學質(zhì)量。

1 研究方法

本研究對象是本校2020級臨床醫(yī)學專業(yè)五年制留學生，分為實驗組和對照組。實驗組為因故無法到校參加實驗課程的留學生，22人；對照組為在校參加實驗課程的留學生，20人。實驗組全部采用線上實驗教學模式，對照組采用線下實驗教學模式。實驗組和對照組由相同教師授課，教學大綱、實驗內(nèi)容、教學目標完全相同，學生類別以及知識基礎基本一致。我們通過分析實驗組和對照組學生成績，并設計調(diào)查問卷，比較研究醫(yī)用化學線上與線下實驗教學質(zhì)量的優(yōu)劣。

2 線上實驗教學設計

根據(jù)醫(yī)用化學實驗的教學目標(實驗安全、課程思政、實驗技能、實驗素質(zhì))，我們整合已有的電子資源，設計完善線上電子教學資源，并以超星學習通平臺及學校課程中心網(wǎng)站為依托，構(gòu)建以目標為導向、以探究為中心的線上醫(yī)用化學實驗教學模式，保證線上課程在內(nèi)容上具備學科前沿性、在學習環(huán)節(jié)上具備高效互動性。教學方法能有效培養(yǎng)學生創(chuàng)新性和能力素質(zhì)，充分體現(xiàn)以學生為主體、教師為主導的教育教學理念，以期達到在線學習與線下課堂教學質(zhì)量基本等效的教學目標。

2.1 以目標為導向

實驗安全目標：醫(yī)用化學實驗作為醫(yī)學生重要的基礎實驗課程，使學生掌握了醫(yī)用化學實驗室的安全相關知識，能為后續(xù)進入專業(yè)、科研實驗室打下良好的實驗安全意識。教師在學生開始課程前設置安全準入內(nèi)容考核測試，并在課程中加強安全宣教。

課程思政目標：我們在醫(yī)用化學實驗線上教學中融入人文教育，以培養(yǎng)醫(yī)德高尚、身心健康的醫(yī)學人才，尋找實驗課程中專業(yè)教學知識與思政元素的有效整合點，在教學資源以及互動教學過程中，順其自然地引入思想教育，激發(fā)學生對專業(yè)的熱愛。教師通過滲透科學實驗方法，培養(yǎng)學生嚴謹求真的精神[4]；通過有目的的教學情境設計，激發(fā)學生的求知欲望，以達到啟發(fā)學生深入思考及思政教育的目的；挖掘、引入與實驗內(nèi)容息息相關的事跡作為榜樣，充分激發(fā)學生的情感共鳴，起到示范和激勵作用[5]，構(gòu)建全過程“浸潤式”的醫(yī)用化學實驗線上思政教學模式[6]。

實驗技能目標：根據(jù)醫(yī)用化學實驗課程教學大綱，學生需要掌握物質(zhì)分離、物質(zhì)理化性質(zhì)測定、物質(zhì)提取和鑒定技術以及物質(zhì)制備、物質(zhì)定性定量分析方法。教師在線上教學資源與教學互動中加強實驗技能的傳授，發(fā)揮線上教學的優(yōu)勢[7]，體現(xiàn)實驗技術的前沿性，充分調(diào)動學生學習相關操作技術、技能的積極性和主動性，同時講清實驗技能的原理，呈現(xiàn)實驗技能的真實場景，讓學生更好地掌握實驗技能的重點、難點。

實驗素質(zhì)目標：學生通過系統(tǒng)的線上教學資源學習以及探究性的教學互動，掌握醫(yī)用化學實驗的基本操作技能，加深對醫(yī)用化學理論課中基本原理和基本知識的理解[8]，同時培養(yǎng)自身的觀察能力、思考能力，提高運用所學知識分析問題、解決問題的能力[9]，養(yǎng)成獨立思考和積極進取的科學精神以及學生創(chuàng)新與實踐意識。

2.2 以探究為中心

科學探究起源于20世紀初，經(jīng)歷數(shù)百年的發(fā)展，在當今世界各國的教育中占有及其重要的地位[10]。當前，我國的科學探究教學更多偏向于對學生操作能力的培養(yǎng)，忽視學生的思維發(fā)展，造成學生解決復雜問題以及創(chuàng)新能力的不足[11]。

醫(yī)用化學實驗線上教學改變傳統(tǒng)以教師為中心的線下教學模式，充分發(fā)揮線上教學知識覆蓋面廣、互動模式多樣等優(yōu)點，開展以探究為基礎、以學生為中心的主動學習教學理念。教師根據(jù)教學目標，以問題為引導、設置探究點，并采用問題引導探究的方式實施線上教學，在科學探究教學中創(chuàng)設能夠引起學生認知沖突的問題作為教學場景[12]，促進學生主動學習，激發(fā)學生積極思考問題，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力，進而以思維能力的培養(yǎng)為核心，引領核心素養(yǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2.3 線上教學課程設計流程

醫(yī)用化學線上實驗教學課程設計流程如圖1。

圖1 醫(yī)用化學線上實驗教學課程設計

2.3.1 課程前 教師在線上公布課程簡介、課程電子教學日歷、電子教材、教學大綱等信息。學生可在課程前通過超星學習通平臺及校課程中心網(wǎng)站查閱，以便了解課程定位、目標、內(nèi)容等信息，為后期更好地開展線上教學提供基礎。

教師設置實驗安全準入制度。學生必須觀看線上實驗室安全宣傳視頻，通過實驗室安全知識測試題考核后方可進入課程。

課程前，教師設置課程思政板塊。學生需要觀看與實驗誠信、名人故事相關的視頻。所制作的視頻以輕松詼諧的方式展現(xiàn)給學生，如關于實驗誠信的微視頻《學海中的貝殼》引用電影《阿凡達》片段為開篇，通過主人公講述“詳細記錄任何你所看到的，這是科學研究的一部分”。教師結(jié)合化學分析實驗的數(shù)據(jù)記錄要求，引導學生樹立實事求是、誠信為本的觀念。又如視頻《青蒿素》以屠呦呦獲得諾貝爾獎為切入點，介紹屠呦呦生平及其提取合成青蒿素的過程，引導學生要有艱苦奮斗、重視基礎、研究探索、勇于創(chuàng)新的科學素養(yǎng)。

2.3.2 課前 教師線上發(fā)布教學實驗PPT和以實驗內(nèi)容為基礎的微視頻，內(nèi)容包括拓展信息、實驗技術發(fā)展史、應用前景等，同時有機融入思政元素。通過布置課前拓展思考題，我們讓學生了解實驗的同時，激發(fā)學生的實驗興趣，引導學生進行探究學習，并建立規(guī)范的實驗思路。

2.3.3 課中 學生先觀看實驗講解視頻(30 min左右)，充分理解實驗目的、原理、操作步驟、注意事項等；然后，觀看操作視頻，通過具體實驗掌握實驗的操作內(nèi)容、實驗現(xiàn)象、可能出現(xiàn)的問題及解決方案等。最后,根據(jù)學生學習進程，教師在超星平臺布置探究思考題，開設討論板塊進行討論，此過程中引導學生自主學習相應實驗技術及實驗知識。對于實驗操作部分，教師可按照實驗操作難易程度，截取各個視頻片段分段發(fā)布，要求學生簽到觀看并討論，同時回答實驗操作流程、注意事項等問題，旨在最大程度地鼓勵學生參與其中，以更好地掌握實驗操作技能。

2.3.4 課后 教師通過布置課后習題，檢驗學生掌握實驗操作情況；布置虛擬實驗教學任務，檢驗學生學習情況，同時起到復習的作用；最后要求學生查閱教材、文獻等資料，設計完成實驗報告，考查學生知識掌握情況、實驗設計能力以及書面表達能力，引導學生進行探究學習，培養(yǎng)學生的科研思維。

2.3.5 實驗考核 學生學習完所有實驗項目后，教師發(fā)布測試習題、設置考核性實驗，要求學生完成虛擬仿真測試，以考查其課程學習情況?？己诵詫嶒炓髮W生查閱文獻、教材自主設計實驗路線，完善實驗流程，明確實驗操作的所有步驟、現(xiàn)象等，最終完成實驗設計報告并在線提交。

3 線上實驗教學評價

3.1 完善線上實驗教學考核體系

線上實驗的考核與評價貫穿整個教學過程，在實驗任務資源的觀看、安全準入、討論互動、探究題、實驗習題、虛擬實驗、設計報告等多方面、全維度進行評價。我們嚴格實行實驗教學過程的監(jiān)督與控制，保證實驗教學評價的客觀性和合理性，提高實驗教學質(zhì)量；在實驗教學過程考核評價中，采用加權法評定實驗成績，借助實驗教學信息化管理平臺，分別給予各實驗考核部分一定的權重，然后將各項成績加權，最終獲得學生的線上實驗成績(見圖2)。

圖2 醫(yī)用化學線上實驗考核評價體系

3.2 線上實驗教學質(zhì)量分析

3.2.1 實驗成績分析 我們對實驗組和對照組學生進行期末測試。測試包括客觀題(總分100)和虛擬仿真測試(總分100)。學生直接在超星平臺上完成客觀題，內(nèi)容主要涉及實驗的基礎理論知識(占50%)、實驗操作(占30%)和實驗探究(占20%)三部分。同時在實驗中心網(wǎng)絡平臺完成虛擬仿真操作測試，由平臺直接給分。實驗組和對照組學生的期末測試平均成績見圖3。結(jié)果表明，實驗組學生的客觀題總分成績高于對照組，其中基礎理論知識及實驗探究部分成績明顯高于對照組，但客觀題中實驗操作部分以及虛擬仿真測試成績得分顯著低于對照組。

圖3 實驗組和對照組期末測試平均成績比較

我們從學生實驗成績分布可以看出，采用以目標為導向、探究為中心的線上醫(yī)用化學實驗教學模式，能夠很好幫助學生掌握實驗理論知識，拓展學習的廣度及深度。但由于學生未親自動手完成實驗，僅僅依靠觀看操作視頻，學生對于實驗操作細節(jié)和實驗過程的印象會淡化很多。

3.2.2 調(diào)查問卷分析 為了更好地了解學生參與線上、線下課程的情況，我們以問卷星形式調(diào)查了本研究對象2020級臨床五年制留學生對于實驗課程的感受體會，反饋結(jié)果見表1。

表1 線上與線下實驗教學學生調(diào)查問卷反饋 (%)

反饋結(jié)果顯示，學生對線上實驗教學與線下實驗教學的課程滿意度與學習興趣評價差異性不大。參與線上實驗教學的學生對于實驗知識點理解、查閱文獻能力、促進自主學習以及分析問題、解決問題、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的評價明顯優(yōu)于參與線下實驗教學的學生。

當前，如何采用合適的實驗教學方式給教師帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。本文采用以目標為導向、以探究為中心的線上醫(yī)用化學實驗教學模式，充分發(fā)揮了線上教學在教學互動、科教融合、實驗拓展等方面的優(yōu)勢，有利于學生對實驗基礎知識的理解，對于學生自主學習、文獻查閱及創(chuàng)新能力等科學素養(yǎng)的培養(yǎng)有一定優(yōu)勢，但是缺少實驗操作訓練，學生的動手能力無法得到提升。紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。對于實驗而言，線上教學不能完全替代線下實驗，在動手能力培養(yǎng)方面，最佳的教學方式仍是線下實驗教學。對于參與線上醫(yī)用化學實驗教學的學生，如能在后期輔助一些具體的實驗操作課程，將極大提升線上實驗課程的教學效果。