互聯(lián)網(wǎng)支持有機(jī)化學(xué)實驗混合模式教學(xué)
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摘要:隨著信息化的推進(jìn)，基于互聯(lián)網(wǎng)支持的新的教學(xué)方法和模式不斷涌現(xiàn)，為進(jìn)一步調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，將網(wǎng)上學(xué)習(xí)和課堂實踐兩部分有機(jī)結(jié)合，以“微課+虛擬實驗+課堂實踐”的新型混合實驗教學(xué)模式應(yīng)用于本校有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)。實踐表明，該模式激發(fā)了學(xué)生有機(jī)化學(xué)實驗學(xué)習(xí)興趣，降低了授課教師的勞動強(qiáng)度，達(dá)到了較好的教學(xué)效果。該實踐對于普通工科院?；A(chǔ)化學(xué)實驗的信息化改革具有較好的促進(jìn)性。
關(guān)鍵詞:有機(jī)化學(xué)實驗;互聯(lián)網(wǎng);微課;虛擬實驗;課堂實踐
有機(jī)化學(xué)實驗是我?；ぁ⑸?、材料、環(huán)境等相關(guān)專業(yè)普遍開設(shè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)實驗課程。然而，隨著大學(xué)的擴(kuò)招、高考制度的改革，以及全社會信息化進(jìn)程的推進(jìn)，課程的教學(xué)對象發(fā)生了顯著的變化，表現(xiàn)在學(xué)生化學(xué)實驗技能參差不齊，信息化使學(xué)生關(guān)注學(xué)習(xí)時間越來越短。如何應(yīng)對時代變化，提高實驗教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)學(xué)生，這給一線教學(xué)人員的教學(xué)工作帶來了巨大挑戰(zhàn)。虛擬實驗作為數(shù)字化和虛擬化新技術(shù)，借助于多媒體、仿真等技術(shù)通過程序化設(shè)計在計算機(jī)上營造可實現(xiàn)模擬傳統(tǒng)實驗室各基礎(chǔ)操作環(huán)節(jié)的動畫操作環(huán)境，實驗者可以通過電腦操作便可實現(xiàn)實驗項目過程操作的認(rèn)識和學(xué)習(xí)。目前在各運行虛擬平臺的高校中使用效果反饋良好。對比傳統(tǒng)課堂，其所展示傳遞的內(nèi)容聚集，主題突出，同時短小精悍的課程特點，使學(xué)生可不受時間、地點的限制，利用碎片化的時間進(jìn)行學(xué)習(xí)觀摩，很好地適應(yīng)了目前信息化時代的特點。微課作為一種新的授課模式，借助流媒體精悍短視頻等手段已廣泛應(yīng)用于中小學(xué)及大學(xué)等各個不同階段理論課教師的輔助教學(xué)中?；诖?，通過三年教學(xué)實踐，探索了基于互聯(lián)網(wǎng)支持的“微課+虛擬實驗+課堂實踐”混合式實驗教學(xué)模式，目前在學(xué)生中使用反映良好。
1微課的制作及應(yīng)用
隨著社會信息化的發(fā)展，Wifi網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在我校全覆蓋，現(xiàn)在入校的學(xué)生智能手機(jī)已成為標(biāo)配，將有機(jī)化學(xué)實驗課程中涉及到的各種單元操作通過PPT、視頻及動畫等形式做成十幾分鐘的微課，可方便學(xué)生在課下利用碎片化的時間隨時觀摩學(xué)習(xí)，并且可通過微課將實驗過程操作及現(xiàn)象進(jìn)行重點強(qiáng)調(diào)，通過反復(fù)多次觀看，無疑比課堂上有限的時間急匆匆地被動聽講，其效果要好得多。為此我們通過精心設(shè)計制作了多個微課視頻，通過實驗課前2周推送至學(xué)生手機(jī)端，讓學(xué)生充分主動學(xué)習(xí)，掌握實驗中重點操作和注意事項。微課制作實踐如下:
1．1按實驗單元操作設(shè)計內(nèi)容
按照有機(jī)化學(xué)實驗的單元操作分類進(jìn)行微課制作，分別分為蒸餾裝置、回流反應(yīng)裝置、反應(yīng)蒸出裝置、減壓蒸餾、水蒸氣蒸餾、索氏提取、重結(jié)晶、固液分離和干燥等，每個單元操作都錄制成10～15min的微課，用于有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)。在單元操作設(shè)備的基礎(chǔ)構(gòu)架中可根據(jù)不同反應(yīng)體系在微課視頻中提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，操作裝置能否根據(jù)反應(yīng)體系的需要進(jìn)行調(diào)整及改進(jìn)?思路如何?如何實現(xiàn)?同時在最后幾分鐘提供操作裝置改進(jìn)優(yōu)化后的實例。借此來培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維。例如:在回流反應(yīng)裝置內(nèi)容設(shè)置中，如果反應(yīng)體系對水敏感，這時應(yīng)該加配干燥管使反應(yīng)體系與外界空氣中存在的水隔離;如果體系對空氣敏感，此時應(yīng)該加裝液封裝置完成空氣環(huán)境的隔絕，甚至可以進(jìn)一步加裝惰性氣體包，進(jìn)行緩慢通氣營造惰性反應(yīng)環(huán)境。通過上述做法重點培養(yǎng)學(xué)生遇到問題，解決問題的能力，改變以往傳統(tǒng)實驗中學(xué)生只知道照搬參考裝置，不知道裝置使用應(yīng)用范圍及局限性的問題。這樣改變以往具體實驗項目的教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生在面對具體實驗項目時，自己選擇不同階段合適的單元操作裝置，進(jìn)行實驗過程的安排和設(shè)計。該嘗試引導(dǎo)學(xué)生思考不同單元操作間的聯(lián)系，對學(xué)生樹立初步的放大工藝思想有積極影響。
1．2錄制教學(xué)過程
在制作微課時，先將單元操作結(jié)構(gòu)用操作動畫配以語音講解的形式簡潔呈現(xiàn)。教師使用學(xué)校購置的虛擬實驗平臺對應(yīng)單元操作訓(xùn)練項，在電腦端進(jìn)行演示，用錄屏軟件進(jìn)行錄制。然后附以具體的實驗室操作過程的錄像，該錄像可用手機(jī)或?qū)I(yè)攝像機(jī)進(jìn)行錄制，錄制過程，可采用多角度錄制，以方便后期制作過程中不同角度展示需要，可以略去實驗過程中的等待時間。錄制中抽取上一屆已進(jìn)行實驗訓(xùn)練過的學(xué)生參與錄制過程，這樣可以現(xiàn)身說法，并能夠直接反映出學(xué)生在實驗中容易出現(xiàn)的問題及存在的誤區(qū)。此外，后期微視頻制作中還可以適當(dāng)穿插一些操作的判斷糾錯，可以校驗學(xué)生對具體操作掌握的程度，強(qiáng)化自學(xué)過程的交互性。微課視頻經(jīng)過剪輯處理，最終形成具有動畫、視頻、背景音樂等多元素的形象生動的小視頻，大大增加對學(xué)生的吸引力。
2虛擬實驗平臺的使用
目前許多高校通過自己開發(fā)或購買，上線了各類版本的虛擬化學(xué)實驗室系統(tǒng)。且近年來隨著產(chǎn)品軟件的升級，畫面的生動性、真實性和操作的互動性得到了很大提升，使參與實驗者浸入感也越來越得到滿足，學(xué)生的參與熱情得到很好的調(diào)動，獲得了較好的教學(xué)效果。學(xué)院自2015年從大連理工大學(xué)購置了化學(xué)虛擬實驗室系統(tǒng)，該系統(tǒng)可通過訪問學(xué)院二級網(wǎng)站實驗中心網(wǎng)頁獲得使用和操作權(quán)限。在有機(jī)化學(xué)虛擬實驗的使用中，該系統(tǒng)能夠較為簡潔地反映操作過程，除了提供單元操作裝配及工作狀態(tài)界面，且界面生動，還提供了如:無水乙醇的制備、乙酸乙酯的合成等經(jīng)典實驗項目的操作練習(xí)，此外系統(tǒng)還附有測試功能。要求學(xué)生在通過微課視頻學(xué)習(xí)后，登錄本系統(tǒng)，配合單元操作裝配學(xué)習(xí)進(jìn)一步了解各類單元操作結(jié)構(gòu)特點和實現(xiàn)的功能使用，結(jié)合具體實驗課實驗項目的預(yù)習(xí)，在系統(tǒng)上選擇合適的裝置組合完成實驗各步裝置的模擬搭建，在系統(tǒng)上學(xué)生如同玩游戲一樣，通過簡單虛擬操作便可以對實驗單元操作和具體項目的操作過程有了進(jìn)一步的認(rèn)識，通過虛擬操作也加深了對微課視頻中重點闡述的操作要點的認(rèn)識和了解。
3課堂實踐
具體課堂實踐上，針對目前高校實驗課學(xué)時不斷被壓縮，而在人才培養(yǎng)中實驗課能力培養(yǎng)要求卻越來越高的矛盾，進(jìn)一步整合實驗項目，實驗項目的選擇上做到特點鮮明，強(qiáng)調(diào)不同單元操作的復(fù)合運用，盡量使學(xué)生在盡可能少的實踐學(xué)時下，掌握盡可能多的單元操作原理及操作技能。借助“微課+虛擬實驗”在課前的使用和練習(xí)，學(xué)生在課前完成預(yù)習(xí)報告，預(yù)習(xí)報告要求強(qiáng)調(diào)實驗中可能遇到的注意事項的剖析。這樣上實驗課時，指導(dǎo)教師不再需要詳細(xì)講解實驗內(nèi)容和操作步驟，大大降低了授課老師的授課強(qiáng)度，授課老師只用進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)實驗過程中安全注意事項，通過解答學(xué)生疑問，解決學(xué)生在互聯(lián)網(wǎng)線上資源學(xué)習(xí)過程不能很好地理解和解決的問題。在整個實驗過程中，要求學(xué)生2人一組，自主進(jìn)行實驗，培養(yǎng)獨立和團(tuán)隊合作精神，要求學(xué)生如實記錄實驗原始數(shù)據(jù)，實驗結(jié)束后需指導(dǎo)老師簽字，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。實驗完成后，學(xué)生要在一周內(nèi)上交實驗報告，強(qiáng)調(diào)要求在實驗報告中發(fā)掘?qū)嶒炛胁蛔愕牡胤?，鼓勵學(xué)生對實驗過程遇到的問題及現(xiàn)象提出自己合理的解釋和解決辦法，并在此基礎(chǔ)上提出對已有策略方法的優(yōu)化和對新裝置、新操作思路的探討，從而激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。
4結(jié)論
通過近兩年的使用反饋，發(fā)現(xiàn)使用“微課+虛擬實驗+課堂實踐”網(wǎng)上學(xué)習(xí)和課堂實踐有機(jī)結(jié)合的新模式，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性提高了不少，能主動課下利用互聯(lián)網(wǎng)完成線下學(xué)習(xí)和虛擬訓(xùn)練，上課時已經(jīng)具備初步動手實踐技能，在獨立操作能力上提高不少，整個實驗具體操作實踐過程效率變得更加高效。學(xué)生和教師均對該種新模式下的教學(xué)效果感到滿意，該實踐為全國高校信息化工作推進(jìn)，尤其在基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)的信息化改革工作提供參考。
作者：李霞 劉偉 單位：河南城建學(xué)院
