分析化學網絡教學系統的開發*

李德亮 常志顯 張凌 賀月紅

(河南大學化學化工學院環境與分析科學研究所 河南開封 475004)

分析化學課程是化學、化工、環境、醫藥、生命和材料等專業的必修基礎課，具有信息量大、發展迅速、多學科交叉、應用廣泛、學習者多等特點。為了滿足社會發展的需求以及繼續教育和函授教育的需要，有必要加強分析化學網絡課程建設。同時，網絡教學的創新型教學模式能彌補傳統的 “教師講授-學生學習”模式交流不足的缺點，既為學生提供了個性化的學習環境，又為協作化學習提供了強有力的支持，已逐步成為現代教育的重要組成部分[1]。據此，我們在原河南省分析化學精品課程的基礎上，開發了河南大學分析化學網絡教學系統，利用網絡教學跨時空、大容量、共享性、交互性的特征，集網絡化教學、多媒體教學、課件制作與研究性學習于一體，為學生創建了一個可供其自主學習的環境，以推動“以教師為中心向以學生為中心轉變”的教學模式的改革[2]。

1 分析化學網絡教學的現狀和應用價值

分析化學網絡教學在國外與我國情況類似，都是與本地區的網絡發展趨勢一致。發達國家特別是北美地區的分析化學網絡教學發展較好。他們的研發比我國略早，其基本框架與我國的分析化學網絡教學基本相同，一般都包括影音動畫、講義、電子教案、試卷庫等部分，這些在學校的網頁上一般都能找到。其教學內容和國內的分析化學網絡教學也比較接近，但所提供的彩圖、Flash動畫和教學視頻往往比國內略多一些；其教學語言通常比較規范，表現形式很豐富，值得學習。其發展趨勢是向優質視頻、豐富多彩頁面、師生對話方面發展。

目前，我國一些高等院校(如：中山大學、大連理工大學、華南理工大學、廣西中醫大學等)已經開始研究和實施分析化學網絡教育，開設了一些網絡課程，但總體較少。很多院校的教師也正在積極探索校園網在高等教育中的應用模式，紛紛設立教學網站，讓自己的課程上網，使得正在學習這門課程的學生可以在網上學習。然而，這些網絡教育多是立足于本系或本校，以學習這門課程的學生為對象，以改進教學手段、提高教學效率為目標，故不同于遠程教育的獨立的網絡課程，而是有自身的一些特點[3]。然而，對大多數已經工作的人而言，他們一方面希望能夠再返回學校充電以彌補在工作中發現的不足，但另一方面他們因為工作忙碌而沒有足夠的時間來進行正規學校教育。網絡教育最初正是從成人教育開始的。近年來，雖然成人教育招生規模有所增加，在校學生人數增多，但一般的成人教育院校仍舊運用傳統的教學模式組織教學，而且受自身辦學條件的限制，教學設施和資源往往顯得過于緊張；這就使得管理者必須在硬件和軟件上都要加大投入，尋求更廣闊的辦學空間，而建設現代遠程教育中心，發展網絡化教學是一條很有效的途徑。

網絡教學是一種以學生為主體的教學模式，強調對學生自主性和創造力的培養和以資源為基礎的學習；具有個性化、支持協作、強調交互和反饋等特點，是不同于傳統教學的新教學模式。它打破了傳統教學模式在時空上的限制，采用先進的教學手段和教學方法，可以實現個性化教學，不僅可以提高教師、學生工作和學習的效率，降低教師的工作壓力，減輕學生的學業負擔，增強學生的自主學習積極性，發揮計算機和網絡在教學中的作用，而且也有助于學習者及時了解自己的學習狀況，重新調整學習計劃。

2 分析化學網絡教學系統的結構和特點

分析化學理論課的不少內容是抽象、概括的知識，對于這些內容，單靠語言和文字的描述讓學生充分理解并留下深刻印象是比較困難的。采用網絡教學能實現用傳統教學方法效果不理想或難于達到的教學目的，把分析化學中的抽象問題形象化、動態化，充分調動學生的耳、眼、手等器官，提高學生學習的主動性和積極性[4]。關于分析化學方面的網絡課程越來越多，各有特色，我們之所以開發這個系統，主要是為了彌補已有系統在內容上的不足(如大多數網絡課程沒有智能組卷及自我測試系統)，探索新的分析化學教學模式。

2.1 開發理念

我們的開發理念是：體現以學生為本，激發學生的學習興趣，突出分析化學的實踐性，實現資源共享。據此，我們堅持布局合理、風格簡潔、構架大方、主次分明、重點突出、功能齊全、操作方便的原則。(1) 完善已有的分析化學多媒體教學課件；增加試題數據庫；編寫Web界面的網上學習程序，開發一個較完善、通用性較好的網絡教學系統。(2) 建立了分析化學在線自學與自測系統，完善了該系統的教-學網絡交互功能，使其既可作為學校發展遠程教育的重要平臺，又能使學生方便地通過校園網和Internet，對分析化學課程進行學習和自測，以達到輔助教學。(3) 建立一個開放的虛擬網絡分析化學積件庫，使分析化學工作者在使用本資源的同時也成為該資源的建設者，以實現多人輔導、豐富教學的現代網絡化教學模式，優化教師資源配置。盡量使所開發的體系具有科學性和實用性。

2.2 體系結構及主要特點

教學平臺設計成一體化結構，在欄目設定上做到界面簡潔、分類清晰、操作簡單，使師生能容易地運用教學平臺開展網上教學和學習。在系統設計和開發上確保性能穩定，注重資源安全保護[5]，運用模塊優化結構，設計并提供不同功能的模塊，讓教師根據教學的需要選用。這些不同功能的模塊能支持多種教學模式、多種媒體格式和多種課程開發工具，兼容性好，并采用通用文件存儲格式，支持局部的更新和擴充。

我們開發的教學平臺主要包括課程簡介、教師簡介、教學大綱(包括化學分析、儀器分析、化學分析實驗和儀器分析實驗教學大綱)、教學研究(包括教材與資料、教學改革和教研成果)、考試考核、教學效果、在線輔導和使用說明等8個欄目。學員可以通過這8個欄目訪問平臺的相關內容(圖1)。

圖1 分析化學網絡教學平臺層次結構圖

通過平臺首頁的各個欄目，學員可選擇自己想要進入的界面，對教學系統進行初步了解，以便有效地進行接下來的學習，如我校分析化學課程及教師簡介、教學大綱、教學研究、考試考核及教學效果等。在線輔導則為教師和學生提供了交流平臺，學生通過提出疑問，寫出自己不明白或不理解的問題，由相關的教師來解答，從而營造了一個真實、互動的學習環境。

教學內容包括化學分析和儀器分析兩大部分，各種分析方法既自成體系，又相互聯系。在教學過程中，我們堅持以學生為本的理念，以教育理論為指導，以激發學生學習興趣為切入點，以培養人才為目標，以計算機技術為輔助手段，以科技的發展及社會需求為動力，使學生通過對本課程的學習，掌握分析化學的基本原理和測定方法，建立起嚴格的量的概念和創造性思維方法，為后續課程的學習和工作奠定了基礎。

分析化學網絡教學系統構建的功能模塊主要有：電子教案、網絡課件、視頻教學、實驗教學、課件素材、習題解答、試題庫與模擬試題等(圖2)，幾乎包括了分析化學課程的整個教學過程，因此可以輔助分析化學的教學，幫助學生完成學習任務。

圖2 分析化學網絡教學模塊層次結構圖

(1) 電子教案和網絡課件涵蓋了所有理論教學內容。電子教案相當于課本內容的再現，通過選擇所要學習的章節，學員可以自由學習；網絡課件則采用PPT形式，將課本內容展示給學生，重難點突出且清晰明了；在PPT的左側設有目錄欄，可以選擇相應條目進行學習。化學分析部分包括：緒論、定量分析概述、酸堿滴定法、絡合滴定法、氧化還原滴定、重量分析與沉淀滴定法、吸光光度法、分析化學中的數據處理、常用的分離與富集方法、定量分析的一般步驟；儀器分析部分包括：引言、氣相色譜分析、高效液相色譜分析、電位分析、極譜分析、電解分析和庫侖分析、原子發射光譜分析、原子吸收光譜分析、紫外吸收光譜分析、紅外吸收光譜分析、質譜分析、核磁共振波譜分析。

(2) 視頻教學和實驗教學能生動形象地展示教學的整個過程。這個模塊是按教學大綱規定的理論教學和實驗內容來設計的。每個實驗都有實驗原理、實驗操作、實驗視頻，有些實驗還有動畫模擬。這些能為學生自學提供很大的方便。分析化學實驗的模擬教學比單純的課堂講解更能給學生留下深刻的印象，具有豐富的表現力、良好的交互性，有助于提高學生興趣，幫助學生掌握重點難點知識。

(3) 習題解答、試題庫和模擬試題都設有多種題型，分別用于檢測和鞏固學生的基礎知識。在習題解答中，每一章節的每一道習題都有相應答案，有助于學生在線學習。在試題庫(智能組卷)中，學生可以自由選擇練習的類型題庫，提交后就可及時檢查答案是否正確；這樣學生可以很方便地檢測自己對所學內容的掌握情況，及時調整自己的學習方法和進度。另外，對于檢驗教學效果和教學質量也能起到積極作用。

試題庫(智能組卷)是我們設計的分析化學網絡教學系統有別于其他教學平臺的突出特點。由于試題庫建設是一項工作量大、專業性強、復雜而又繁瑣的工作，所以大部分教學平臺缺乏此項內容。首先，我們積極組織教師共同商討考試大綱的制定，對于知識點的覆蓋進行全面探討；其次，根據學生對于知識點練習題的掌握情況，進行試題庫試題的編寫制作；最后給出合理的評價方案。目前我們的智能組卷收集了國內主要高校使用的化學分析、儀器分析教材和習題集，共收集整理習題8000余個，其中化學分析和儀器分析各約占一半，基本涵蓋了目前分析化學教學的各類題目。

為了讓學生循序漸進地掌握各章的重點和難點，教師在講好每堂課的前提下，組織力量完善每章的題目，按章節、題型、知識點的深度、難易程度等組建試題庫。這樣既能綜合考察學生的基礎知識、創新意識和綜合能力，也降低了教師出題的工作強度，節省了教師的時間和精力。

(4) 豐富的課件素材庫能激發學生的學習興趣。各個素材都對應有生動的動畫，形象地展示了實驗及反應發生的現象。

(5) 在以上所介紹內容的基礎上，我們還在首頁設置了留言簿和會員登錄界面。學生需先注冊并設定自己的個人信息后，才能登錄進入各個界面進行學習。留言簿主要是為學生設定，登錄進入后可以交流學習經驗，談論學習中所遇到的問題。這也是大家對我們所做系統的一個交流評價的平臺，可進行師生交流、師師交流和生生交流。該系統能促進師生的溝通，打破了時間和空間的限制來發表見解，實現自由交流。

在課堂上，教師要面對眾多的學生，每個學生在學習上除了表現出諸多共性外，還有許多個性化的問題。如每個學生對學習中不理解的方面可能不盡相同，理解問題的角度、感興趣的方面也可能各異，甚至有的學生會對教學中的某些問題有自己的不同看法。我們開辟的留言簿等欄目，可以增加學生與教師之間進行交流的可能性，使教師能關注不同學生的體驗及個性。

(6) 形成學生在網絡課程中的中心地位。在整個教學過程中，將教學內容按知識點劃分為基本單元后編寫網頁。全課程分為五大功能網頁庫(后臺管理網頁庫，數據處理網頁庫，留言評論網頁庫，投票評論網頁庫，登錄注冊網頁庫)和八大功能模塊(電子教案、網絡課件、視頻教學、實驗教學、課件素材、在線輔導、試題庫與模擬試題)，構成了以學生為中心的課程資源配置。

綜上所述，基于多媒體和網絡技術的分析化學網絡教學系統將需要呈現的課程內容，以多媒體、超文本等方式進行集成、加工處理，并轉化為數字化學習資源。這樣一是有利于培養學生的創新能力，調動學生學習的主動性和積極性，使他們能鞏固理論知識，掌握實驗操作技能；二是能減少教師的授課壓力，提高教學效率；三是可改善資源缺乏的現狀。

3 結束語

我們的分析化學網絡教學系統從2008年開始試運行，并逐年進行修改和完善。幾年來，在我們的分析化學教學過程中起著重要的作用，不僅推動了教師的教學，而且激發了學生的學習興趣，較好地調動了教師和學生兩方面的主動性、積極性。正如一位函授生所言：“此系統的應用，節省了我們的不少時間和電話費、交通費，直觀地了解了一些分析儀器和分析實驗的操作，及時地檢測了我的學習效果，提高了我的學習興趣，擴大了我的視野”。該系統也得到了校內外同行和學校管理部門的贊譽。他們認為：像我們這樣逐年修改和完善的分析化學網絡教學系統將是一個經久不衰的系統，是實現研究性學習和自主學習新型教學模式的好形式；作為課堂教學的延伸，其克服了傳統課堂教學的局限性，形成了一種開放式的教學模式，并采取有互動交流的教學方法，可以真正起到教學輔助和拓展知識途徑的作用，實現個性化學習。這些為在新形勢下探索現代化分析化學教學開辟了一條新的道路。

[1] 張華.現代有機波譜分析.北京:化學工業出版社,2005

[2] 高雷,任慧玉.江蘇高教,2009(2):88

[3] 居來提·沙比爾.中國遠程教育,2005(15):30

[4] 葉漢俠,夏靜芬,林建原,等.實驗室研究與探索,2009,28(5):64

[5] 范曉莉.實驗室研究與探索,2006,25(8):939