“無機化學(xué)實驗”智慧教學(xué)模式的探索、策略與實踐

苑 蕾 張靜玉 姜莉莉 張 林 付曉偉 馬志研 李 娜 劉海燕

(營口理工學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,遼寧 營口 115000)

隨著化學(xué)學(xué)科的發(fā)展和社會的進步,實驗技術(shù)和方法在不斷豐富、更新,對人才培養(yǎng)的要求也在不斷調(diào)整和發(fā)展。我國高等教育已進入內(nèi)涵式發(fā)展新時期,建設(shè)和發(fā)展“一流本科教育”的目標對實驗教學(xué)提出了新的更高要求[1]。傳統(tǒng)的“無機化學(xué)實驗”課程面臨著學(xué)生課前缺少預(yù)研、教學(xué)內(nèi)容陳舊、資源體驗感差、手段匱乏、考核機制缺乏系統(tǒng)性等一系列問題。按照國家一流課程“兩性一度”的建設(shè)要求,遵循在線學(xué)習(xí)與課堂教學(xué)內(nèi)容的互補性原則,智慧教學(xué)已成為新時代教育教學(xué)變革和創(chuàng)新的主旋律,因而“無機化學(xué)實驗”智慧教學(xué)是大數(shù)據(jù)背景下教學(xué)改革的必然選擇?；谝陨媳尘昂汀盁o機化學(xué)實驗”教學(xué)發(fā)展的趨勢,我們擬對營口理工學(xué)院“無機化學(xué)實驗”課程進行“多位一體”的改革與探索。以“注重能力、引導(dǎo)創(chuàng)新”為課堂教學(xué)基本原則,以“以學(xué)生為中心”為核心理念,以“實時動態(tài)、全過程、多元化學(xué)習(xí)評價”為顯著特點,將先進的信息技術(shù)與傳統(tǒng)教育教學(xué)方法深度融合,從整體教學(xué)流程、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式方法、考核評價方式4個層面分別進行改革以進一步滿足課堂教學(xué)活動的延伸,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,引導(dǎo)學(xué)生內(nèi)化新知,發(fā)展高階思維與綜合能力,促進科學(xué)與人文素養(yǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 革新教育理念

革新教育理念,以學(xué)生為中心,以產(chǎn)出為導(dǎo)向,“教為主導(dǎo)、學(xué)為主體、因材施教”[2]。實驗教學(xué)目標從傳授知識和技能過渡到能力與素質(zhì)的培養(yǎng)。在加強宣傳和引導(dǎo)的同時,先從點上突破,而后通過示范帶動進行推廣,并通過適合營口理工學(xué)院學(xué)情的自編實驗講義及時固化改革成果。在實驗教學(xué)設(shè)計過程中教師由講授者轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)者,有意識地引導(dǎo)和鼓勵學(xué)生自主思考和設(shè)計實驗,并通過小組討論、方案現(xiàn)場展示交流等互動方式,讓學(xué)生大膽參與表達自己的看法和意見,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性,培養(yǎng)學(xué)生主動探究、深入思考的創(chuàng)新精神。

2 實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化

目前,營口理工學(xué)院“無機化學(xué)實驗”教學(xué)存在實驗項目內(nèi)容陳舊,與科研實際、生產(chǎn)生活脫節(jié),缺乏創(chuàng)新性、高階性和挑戰(zhàn)性等問題,亟待改革。部分實驗內(nèi)容占據(jù)大量時間,阻礙了新方法、新技術(shù)的引入[3]。因此,對較為陳舊的實驗內(nèi)容進行合并、精簡、淘汰,將實驗內(nèi)容設(shè)置與日常生活、崗位技能、科研實際等問題相結(jié)合,使實驗內(nèi)容前沿化、系統(tǒng)化,同時增加環(huán)保、綠色化和創(chuàng)新設(shè)計等內(nèi)容。

2.1 加強實驗教學(xué)與生產(chǎn)實際的聯(lián)系

保留原教材中與生產(chǎn)實際有關(guān)的實驗,同時選擇性地增加葡萄糖酸鋅的制備及鋅含量測定、明礬制備及定性檢驗、高錳酸鉀制備及純度分析等選做內(nèi)容的新實驗,旨在使學(xué)生接觸實際,了解生產(chǎn),開拓視野。

2.2 增加綜合、設(shè)計性實驗項目比例

要發(fā)揮綜合、設(shè)計和創(chuàng)新實驗的高階性和挑戰(zhàn)性,強調(diào)學(xué)生自主思考和設(shè)計,團隊研討修改、總結(jié)評價的教學(xué)模式。增加未知液定性分析、混合陰陽離子鑒定等實驗,力求融基礎(chǔ)性、新穎性、探索性、實用性、趣味性等特色于一體,使學(xué)生在實驗中了解生產(chǎn)與科研的曲折性,開拓其視野,培養(yǎng)其科研興趣和對化學(xué)學(xué)科的情感。

2.3 對現(xiàn)行實驗講義呈現(xiàn)方式進行修改

修訂無機化學(xué)實驗講義,同時以二維碼形式提供課程配套的教學(xué)課件、微課操作視頻等豐富的教學(xué)資源。將實驗操作“視頻化”、實驗用品“實景化”,并提供二維碼鏈接,教材使用者可隨時隨地通過掃描二維碼,可在移動終端上直接觀看視頻、照片、文字等信息。實驗視頻資源中覆蓋基本的實驗操作內(nèi)容,包括加熱(水浴加熱)、溶解、傾瀉、過濾(包括減壓過濾、常壓過濾)、離心、蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶、干燥等基本操作[4]。新形態(tài)教材也是演示實驗資源的有效載體,對資源建設(shè)與積累起到了促進作用。2020年初新冠疫情時期,由于線下實驗無法開展,這些演示實驗資源在幫助學(xué)生理解化學(xué)原理和元素、化合物性質(zhì)方面發(fā)揮了很大的作用。

3 創(chuàng)新教學(xué)方法

提升實驗教學(xué)質(zhì)量、發(fā)揮實驗教學(xué)育人作用的關(guān)鍵是實驗教學(xué)方法改革。傳統(tǒng)實驗教學(xué)采取教師講授實驗內(nèi)容、演示實驗操作,學(xué)生聽講、跟做和模仿的填鴨式教學(xué)方式,學(xué)生往往未對實驗原理進行深入思考,只是機械地效仿,無法實現(xiàn)自主探究和創(chuàng)新思維。本次改革過程中我們采用遞進型教學(xué)方法流程,學(xué)生課前線上完成預(yù)研,取消了紙質(zhì)實驗報告,課中線下實踐探究,課后拓展延伸。

3.1 提高實驗預(yù)習(xí)程度和要求

為了解決學(xué)生課前缺少預(yù)研的問題,我們通過超星學(xué)習(xí)通平臺建立線上課程,上傳教學(xué)講義、演示視頻、測試題、拓展資料等教學(xué)資源、發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù),組織教學(xué)活動,獲取學(xué)習(xí)成果分析數(shù)據(jù)。學(xué)生接收任務(wù)后進行課前線上預(yù)習(xí),在課前對實驗項目有總體的把握,掌握實驗原理、厘清實驗?zāi)康?通過觀看視頻可以很直觀地了解到校外名師的課堂精髓,完成了易學(xué)知識點的前移工作。教師準備了豐富題庫、擴展閱讀、名人故事等多媒體資源,減少了學(xué)生自己盲目收集資料的時間,很大程度上提高了學(xué)習(xí)效率,同時使學(xué)生養(yǎng)成了深入、系統(tǒng)思考的習(xí)慣。教師參照后臺學(xué)情數(shù)據(jù),決定教學(xué)的起點,為課堂及時調(diào)整教學(xué)側(cè)重點提供依據(jù),拓展了教學(xué)時間的寬度和教學(xué)內(nèi)容的深度。

3.2 革新教學(xué)方法

以學(xué)生為中心,基于學(xué)生自主學(xué)習(xí)進行教學(xué)設(shè)計,從“手把手”到教師指導(dǎo)下的自主學(xué)習(xí),變教師講授為學(xué)生的主動探究,采用問題式教學(xué)法、探究式教學(xué)法、協(xié)作式教學(xué)法、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法等,加強師生、生生的討論和互動,教師為主導(dǎo)學(xué)生為主體,加強討論與分享。例如,在粗鹽提純實驗中選用問題式教學(xué)法(思維導(dǎo)圖+問題引領(lǐng)),使學(xué)生達到從探究到思辨再提高的學(xué)習(xí)效果。在鉻錳鐵鈷鎳和硼碳硅氮磷性質(zhì)實驗中使用“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)方式,引導(dǎo)學(xué)生課前預(yù)習(xí)元素及化合物性質(zhì),組織學(xué)生課上根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)的差異設(shè)計鑒別實驗并動手實踐,最后歸納鑒別實驗原理,找出物質(zhì)間相互轉(zhuǎn)化的方法,從而建構(gòu)物質(zhì)性質(zhì)的知識體系。

3.3 完善實驗室開放制度

突出學(xué)生的自主性,使學(xué)有余力的學(xué)生沖刺高階層次的學(xué)習(xí)和研究,培養(yǎng)可研、愛研、會研、能研的應(yīng)用型化學(xué)人才。例如在未知液定性分析、混合陰陽離子鑒定等選做實驗中由學(xué)生自行設(shè)計實驗內(nèi)容和實驗思路,與指導(dǎo)老師溝通并預(yù)約實驗時間后即可進入實驗室完成實驗操作,教師對實驗報告進行反饋和評價[5]。

3.4 價值引領(lǐng),課程思政

情感是認知的“催化劑”,也是認知的“動機”。我們分別從中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、化學(xué)實驗中的傳奇故事、化學(xué)史上的優(yōu)秀科學(xué)家故事、生產(chǎn)生活中的化學(xué)知識等幾個方面充分挖掘化學(xué)實驗教學(xué)中蘊含的思政元素,讓大學(xué)新生在獲得知識的同時學(xué)生潛移默化地接受思政教育,有利于學(xué)生實現(xiàn)立德樹人、潤物細無聲,樹立正確的價值觀、人生觀和世界觀。使教師講授和學(xué)生自我教育有機結(jié)合,將“課程思政”的目標與大學(xué)新生的學(xué)習(xí)生活融會貫通。

4 多維度實行過程性評價

以往“無機化學(xué)實驗”課的考核以預(yù)習(xí)報告、實驗報告、操作考查為主,缺少過程考核,這使部分書寫工整、數(shù)據(jù)處理好的同學(xué),即使操作不正確,也能得到很高的分數(shù)。因而我們在學(xué)習(xí)考核評估層面,改變唯實驗報告結(jié)果的考評方法,建立多層次考核評估指標體系和考核方法,取消紙質(zhì)實驗報告部分,建立學(xué)生實驗成績綜合評價系統(tǒng),真實、公平、合理地評價學(xué)生的實驗成績。整個課程的成績實行百分制,其中線上實驗預(yù)習(xí)與測試、團隊協(xié)作等成績占20%,線下成績占80%。線下成績中出勤5%,實驗操作50%,實驗報告40%,衛(wèi)生5%。

在實驗課程考核方案設(shè)計過程中,我們同時重點落實了無機化學(xué)實驗報告書寫規(guī)范化和課程評分標準規(guī)范化。將實驗教學(xué)每一個環(huán)節(jié)中的各項內(nèi)容,如實驗報告中的實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗步驟、結(jié)果與討論、習(xí)題等各占多少比重進行了更詳細的規(guī)定,制定了無機化學(xué)實驗評分標準,所有指導(dǎo)教師參照執(zhí)行。對實驗教學(xué)全過程的信息進行綜合分析評價,從多環(huán)節(jié)、多維度考查學(xué)生的學(xué)習(xí)投入、學(xué)習(xí)成果和差異化能力,促進學(xué)生自主學(xué)習(xí),提升學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力。

5 結(jié)語

本研究將信息技術(shù)與實驗教學(xué)深度融合,從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式方法、考核評估等層面進行改革,探索了智慧教學(xué)模式在無機化學(xué)實驗課程中的應(yīng)用,以期扭轉(zhuǎn)實驗教學(xué)中“照方抓藥”“思考不足”的現(xiàn)象,提高無機化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量,助力“新工科”背景下的人才培養(yǎng),為實驗課程的智慧教學(xué)提供參考依據(jù)。