打造教師教學發(fā)展共同體，多校共上一堂課
——“大學化學實驗課程群虛擬教研室”教研活動初探及成效

朱平平，邵偉，姚奇志，鄭媛，李婉，李玲玲，張萬群，查正根，關明，白希，李厚金，胡昱，原弘，李愷，胡文遠，王愛玲，趙軍龍，翟翠萍，秦川麗，范乃英，胡瑞祥，沈永雯，郝俊生，張越，趙發(fā)瓊，張海波，龔成斌，夏茹，郝海剛，張興文，孫興文，高珍，范勇2，郭棟才2，曹田2，羅時瑋，李紅春，胡萬群，蘭泉，吳紅

1 中國科學技術大學化學與材料科學學院，合肥 230026

2 化學國家級實驗教學示范中心(中國科學技術大學)，合肥 230026

3 新疆師范大學化學化工學院，烏魯木齊 830054

4 中山大學化學學院，廣州 510006

5 南昌大學化學學院，南昌 330031

6 華中師范大學化學學院，化學國家級實驗教學示范中心(華中師范大學)，武漢 430079

7 鄭州大學化學學院，鄭州 450001

8 西南科技大學材料科學與工程學院，四川 綿陽 621010

9 大連大學環(huán)境與化學工程學院，遼寧 大連 116622

10 西北大學醫(yī)學院，西安 710069

11 河南大學化學化工學院，河南 開封 475001

12 黑龍江大學化學化工與材料學院, 哈爾濱 150080

13 湖南師范大學化學化工學院，長沙 410081

14 蘭州大學化學化工學院，化學國家級實驗教學示范中心(蘭州大學)，蘭州 730000

15 山西大學化學化工學院，化學國家級實驗教學示范中心(山西大學)，太原 030006

16 武漢大學化學與分子科學學院，化學國家級實驗教學示范中心(武漢大學)，武漢 430072

17 西南大學化學化工學院，重慶 400715

18 安徽大學化學化工學院，合肥 230601

19 內蒙古大學化學化工學院，呼和浩特 010021

20 哈爾濱工業(yè)大學化工與化學學院，哈爾濱 150001

21 復旦大學化學系，化學國家級實驗教學示范中心(復旦大學)，上海 200433

22 北京大學化學與分子工程學院，化學國家級實驗教學示范中心(北京大學)，北京 100871

23 吉林大學化學學院，長春 130012

24 湖南大學化學化工學院, 化學國家級實驗教學示范中心(湖南大學), 長沙 410082

25 安徽建筑大學材料與化學工程學院，合肥 230601

1 引言

“大學化學實驗課程群虛擬教研室”為教育部首批虛擬教研室建設試點單位[1]，依托化學國家級實驗教學示范中心、化學國家級虛擬仿真實驗教學中心(中國科學技術大學) 2個國家級實驗教學示范中心，由涵蓋中國七大地理地區(qū)的47所高校協(xié)同共建(圖1)，目前共有成員123位。

圖1 本虛擬教研室由47所高校協(xié)同共建

其中，中國科學技術大學(簡稱：中國科大)成員23人，包括：國家級一流課程負責人6人(次)，省級在線開放課程負責人3人，省級線上教學優(yōu)秀課堂負責人1人，省級教學名師2人，省級卓越教學新秀、線上教學新秀、教壇新秀共8人(次)。成員承擔多門大學化學實驗課程。他們長期堅持開展實驗教學研究，廣泛開展“互聯(lián)網+”背景下的教學資源建設和在線輔助教學模式創(chuàng)新，取得明顯成效。

來自華東、華中、華北、華南、東北、西北和西南七大地理地區(qū)46所高校的教師成員有100人。包括多位國家級一流本科課程負責人、化學國家級實驗教學示范中心負責人、國家級規(guī)劃教材主編和骨干教師等，他們具有豐富的化學實驗教學和教研經驗，為虛擬教研室工作的開展打下了扎實的基礎。

2 教研活動概況

“大學化學實驗課程群虛擬教研室”緊密圍繞教育部關于開展虛擬教研室試點建設的建設目標(參照教高司函[2021]10號、教高司函[2022]2號文件)[1,2]，在大學化學實驗教學、實驗教學改革、課程思政建設、教師隊伍建設、創(chuàng)新性人才培養(yǎng)和化學科普教育等方面開展多元探索，切實開展了創(chuàng)新教研形態(tài)、加強教學研究、共建優(yōu)質資源以及開展教師培訓等一系列工作，已初顯成效。

本虛擬教研室一直強化隊伍的建設。目前成員由申報時的11所高校、56位教師成員，增至47所高校、123位教師成員，涵蓋華東、華中、華北、華南、東北、西北和西南七大地理地區(qū)，特別是吸引中西部高?；瘜W實驗教學一線教師積極參與。截至2023年7月底，本教研室中高校成員分布數(shù)據參見表1，其中，45歲以下青年教師占比為40.5%。

表1 本虛擬教研室中高校成員分布情況

充分運用信息技術，探索形式多樣、線上線下相結合的教師教研模式，教研室開展了多次圍繞一流課程建設、課程思政建設等多類主題的教學研究活動，如示范教學活動(圖2，詳見第3小節(jié))，以打造教師教學發(fā)展共同體，促進人才培養(yǎng)能力與教學質量的共同提高。

圖2 多校共上一堂課 共享教學云資源

通過平臺工具，我們已構建知識圖譜8個，內含多層級的知識模塊，相關知識單元和知識點分別是618個和2194個(圖3)。另共建共享文件236個，分門別類建于平臺資源庫中(圖4)。

圖3 知識圖譜頁面截圖

目前在全部657個虛擬教研室中，本虛擬教研室在教研活動、知識圖譜和教學資源三項活躍度監(jiān)測指標均進入排行榜Top50 (圖5，注：數(shù)據是動態(tài)更新的)。

圖5 三項活躍度監(jiān)測指標均進入排行榜Top50 (2023年8月19日數(shù)據)

3 典型案例

以示范教學直播課活動為例。

借助虛擬教研室(A版)新版客戶端在線會議，本虛擬教研室以直播形式開展了多主題的示范教學活動(表2)，為打造教師教學發(fā)展共同體、促進人才培養(yǎng)能力與教學質量的共同提高積累了一定的經驗。

直播課內容的選取主要基于以下幾個原則。

3.1 原則一：基于虛實結合和線上線下混合的實驗教學——依托一流課程建設的堅實基礎

以邵偉老師主講的“儀器分析實驗”課程為例[3,4]。2022年4月12日下午，在中國科大化學實驗教學中心的儀器分析教學實驗室和新疆師范大學的智慧教室，一次特別的共享課堂正在進行。中國科大的邵偉老師和2名學生(圖6a)，與新疆師范大學在線的白希老師和35名學生(圖6b)，正在共同參與“氣質聯(lián)用法測定飲料中塑化劑的含量”實驗教學課堂。同時來自北京大學、吉林大學、復旦大學、南昌大學、黑龍江大學、安徽大學、安徽建筑大學等18所高校100余位教師在線全程參與線上教學，并適時與邵偉老師互動。中國科大教學督導在線觀摩。

圖6 “氣質聯(lián)用法測定飲料中塑化劑的含量”教學課堂(邵偉主講)

由于大型儀器操作的高度自動化、內部器件又大都被封閉，學生在一個教學單元內很難做到熟練操作儀器并深刻理解儀器工作原理。示范教學直播中，邵偉老師利用由報廢儀器改建的教學模具和自制的虛擬仿真實驗教學項目(圖6c)，對于氣質聯(lián)用儀進行拆解式教學，讓線上線下的學生們充分了解儀器內部結構，深化對于儀器工作原理的理解。在中國科大學生進行線下實驗的同時，新疆師范大學的學生通過虛擬仿真實驗同步完成了儀器方法設置、進樣、數(shù)據分析等實驗流程。

在儀器分析實驗等待的間隙，線上線下進行了廣泛的師師、師生、生生互動。邵偉老師還介紹了與質譜發(fā)展相關的主要Nobel獎成果以及獲得者的故事。最終，中國科大的同學與線上師生分享了實測結果(圖6d)，線上同學可以根據共享的數(shù)據來分析實驗結果。

基于國家級一流本科課程(虛擬仿真實驗教學、線上線下混合式和線下一流課程)建設的良好基礎[5,6]，我們還開展了“重金屬離子的性質與鑒定虛擬仿真實驗(雙語教學)”[7](圖7)、“多相二氧化鈦粉末X射線衍射綜合分析實驗——從大型儀器科研表征方法出發(fā)”[8](圖8)和“線上線下相結合的‘茶葉中咖啡因的提取’探討式教學”[9,10](圖9)示范教學直播活動。

圖7 “重金屬離子的性質與鑒定虛擬仿真實驗(雙語教學)”教學課堂(李婉主講)

圖8 “多相二氧化鈦粉末X射線衍射綜合分析實驗——從大型儀器科研表征方法出發(fā)”教學課堂(張萬群主講)

圖9 “線上線下相結合的‘茶葉中咖啡因的提取’探討式教學”教學課堂(鄭媛主講)

3.2 原則二：基于“教學內容與學科前沿相結合”理念的實驗教學——以Nobel獎成果的融入為例

中國科大化學實驗教學秉持“教學內容與學科前沿相結合”的理念，將諾貝爾獎工作、本學科最新進展、本校代表性科研成果轉化為實驗內容，確保教學內容的先進性和高階性。

如，“有機化學實驗”課程負責人查正根老師主講的一次示范教學直播課“有機小分子催化的不對稱Aldol反應實驗設計”[9,11](圖10)，該項目由2021年Nobel化學獎成果轉化而成，為設計性實驗，學生自行設計方案，課堂上先由學生分享方案，師生就可行性展開討論，再調整方案，進行探究。

圖10 “有機小分子催化的不對稱Aldol反應實驗設計”教學課堂(查正根主講)

3.3 原則三：基于“以學生發(fā)展為中心”理念的實驗教學——注重學生的實驗方案設計能力的提升

“從紙上到躬行：基于有機化學理論和文獻的實驗設計及優(yōu)化之低年級本科教學初探”，這是中國科大化學實驗教學青年教師李玲玲的教研心得，發(fā)表在《大學化學》[12]。正如文中所述“初步探索出適合低年級本科生的以理論知識和文獻指導實驗設計和優(yōu)化的教學策略”“鼓勵學生對教材提出質疑并自主設計和開展驗證實驗，對教材中的經典方法持續(xù)優(yōu)化。學生深度參與實驗路線設計和關鍵參數(shù)設置，沉浸學術研究氛圍，敢于質疑并驗證，提升了將已學理論轉化為解決實際問題的能力，一定程度上有利于其科學思維和科研執(zhí)行力的培養(yǎng)，提高其從事化學專業(yè)技術職務或相關科研工作的核心競爭力”。

虛擬教研室特邀請李玲玲老師以示范教學的形式與大家共享教研心得(圖11)。

圖11 “乙酰二茂鐵的合成、純化與表征——從科研的思路出發(fā)”教學課堂(李玲玲主講)

事實上，注重培養(yǎng)學生的實驗方案設計能力已有很好的傳統(tǒng)，以落實和深化“以學生為主體、以教師為主導”的教學理念。以“分析化學實驗”教學為例，教研室開展了2次學生對自行設計方案答辯的直播活動[13,14](圖12)。

圖12 “含鉻廢液的綠色處理和分析”“海藻酸鹽微膠囊制備及緩釋的全過程探究”教學課堂(姚奇志主講)

4 建設成效與特色

經過一年多的建設，本虛擬教研室在教師教學發(fā)展、實驗教學改革、課程思政建設、一流本科課程建設、人才培養(yǎng)等方面，已初顯成效，形成較為鮮明的特色。

據不完全統(tǒng)計，本虛擬教研室成員單位共獲批第二批國家級一流本科課程9門[5]、省級一流課程5門、省級課程思政示范課程(或樣板課程) 4門。獲批省級課程思政建設示范中心1個。教研室成員榮獲省級及以上教學成果獎10項。

教研室成員積極參加多項教師教學能力競賽賽事，以賽促教，以賽促建，推動教學改革和創(chuàng)新。如，參加高校教師教學創(chuàng)新大賽和混合式教學設計創(chuàng)新大賽等賽事，獲獎7人(次)。其中，第二屆全國高校教師教學創(chuàng)新大賽部屬高校正高組一等獎1項，第二屆全國高校教師教學創(chuàng)新大賽安徽省選拔賽、第三屆全國高校教師教學創(chuàng)新大賽湖北省選拔賽正高組一等獎各1項。

注重學生創(chuàng)新意識和實踐能力的培養(yǎng)，已產生良好實效。在2022年8月舉辦的我國化學學科競賽的A類賽事——“第三屆全國大學生化學實驗創(chuàng)新設計大賽”中，由本虛擬教研室成員指導學生獲特等獎6項(分屬6所高校，共計8人次)[15-18]，占總決賽所設的18項特等獎的1/3。而在前半賽程(2022年6、7月)舉辦的七個分賽區(qū)競賽中，本教研室成員指導學生獲一等獎10項(分屬8所高校，共計14人次)。此外，教研室成員指導學生參加“第八屆中國國際‘互聯(lián)網+’大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”“第十六屆全國大學生化工設計競賽”“第一屆全國仿真創(chuàng)新應用大賽化學化工仿真創(chuàng)新賽道本科組”等賽事，均取得優(yōu)異成績。

教研室成員受邀在全國性實驗教學研討會、中國化學會學術年會(高等化學教育分會場)以及化學學科協(xié)作組虛擬教研室之間開展了14人次的交流分享(表3)。在《大學化學》發(fā)表教研論文5篇。

表3 教研經驗和虛擬教研室建設經驗交流與推廣情況

(續(xù)表3)

5 結語

正如新疆師范大學化學化工學院白希老師所言：“面向西部高校(如新疆師范大學)的教師及學生開展實驗直播教學，為我校實驗教學改革提供了可借鑒、可復制的典型案例，為我校青年教師在實驗教學中的成長起到引領和師范作用，同時也使學生身臨其境般領略到了名校教師的風采，激發(fā)了學生的學習興趣?！蔽髂峡萍即髮W材料科學與工程學院胡文遠老師認為：有幸作為首批虛擬教研室的教師成員全程參與和見證了虛擬教研室的建設和運行。在短短一年多的運行期間，“多校共上一堂課”等多種形式的教研活動，對積極探索跨校、跨地域的教研交流新形態(tài)，共享優(yōu)質教學資源提供了有價值的參考。特別對于西部高校的學生實時在線共享優(yōu)質課程資源提供了可以復制范例。

打造化學實驗教學研究共同體，打造一線實驗教師教學發(fā)展共同體，是我們努力的目標。我們已嘗試開展“大學化學實驗課程群虛擬教研室西部行——走進新疆師范大學”活動，繼續(xù)共同探討基于數(shù)字化背景的化學實驗教學設計、開展教研活動的有效途徑以及示范輻射。如何促進和實現(xiàn)虛擬教研室的化“虛”為“實”，是我們共同前進的方向[19,20]。

致謝：感謝合肥亞慕信息科技有限公司對虛擬教研室示范教學直播活動提供的技術支持。