MOOCs與工科類有機化學實驗融合的教學模式探索

溫 娜，呂海霞，李寶銘

(福州大學材料科學與工程學院，福建 福州 350116)

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MOOCs與工科類有機化學實驗融合的教學模式探索

溫 娜，呂海霞，李寶銘

(福州大學材料科學與工程學院，福建 福州 350116)

針對高校工科類專業有機化學實驗學時少且對解決復雜工程問題的能力要求高等實驗教學現狀，借助學校的課程網絡中心教學平臺，提出了以MOOCs教學為主，傳統實驗教學引導協助為輔的“協助式”教學方式，將MOOCs微視頻、虛擬仿真實驗技術和“翻轉課堂”有機結合，通過設立課外科研小分隊及構建合理的考核體系來加強教學改革，極大地激發了學生的學習興趣，更好地培養了學生的動手能力，教學實踐取得了較好的效果。

MOOCs；“翻轉課堂”；實驗教學；教學模式

實驗教學是高等院校工科類專業學生能力培養的重要組成部分，是培養學生的專業能力和實踐能力的主要途徑。有機化學實驗作為材料、化學、化工類等專業實驗教學體系中的重要組成部分，是培養學生工程能力和創新能力的一門重要課程。以工科為主的福州大學為例，作為國家211工程重點建設及省部共建高校，就有化學、石油化工、材料、生工、環資、礦業等六個學院的近12個專業獨立開設了該門實驗課程，授課人數每年將近一千五百人。但是，按照目前的實驗教學方式，有機化學實驗中普遍存在著積極性不高，按部就班的重復試驗，缺乏獨立解決問題的能力，教師的教學方式多年一成不變，學生實驗的興趣和實際效果大打折扣[1]等問題。隨著技術手段和教學理念的不斷創新，如何高效的培養復合應用型人才，已經成為目前實驗教學改革的研究熱點[2-3]。

近年來，慕課(Massive open online course,MOOCs)的教學理念浪潮般席卷全球，受到MOOCs對高等教育的強烈沖擊，國內外各大知名高校積極推動“MOOCs”背景下的課程教學改革。上海交大校長張杰說“MOOCs與實體課堂各有優勢和不足，兩者的結合是未來教育改革的方向。”[4]因此，如何緊緊抓住信息技術高速發展的國際化機遇，更新工科類專業實驗教學理念，探索創新的教學模式與方法，提高教師教學水平和教學質量，推動MOOCs時代下工科類專業實驗的教學理念與模式創新，是高校工科類創新教育可持續發展亟待解決的問題。

1 工科類專業有機化學實驗采用“協助式”教學新模式的必要性

MOOCs體現了一種以學生為中心，以“學”為本的教育價值取向，重視激發學生主動學習的積極性，強調學生獨立自主學習的能力。我們的課程如果還是采用傳統的灌輸式的教學方法，學生就有可能用耳朵和眼睛投票，人在課堂心卻不在，拿著電腦、手機在看國外名校教師的課程。因此，借鑒MOOCs思維，取長補短，以MOOCs教學方式為主導，在傳統實驗教學方式的引導協助下，完成實驗操作內容，以此來探索MOOCs理念下有機化學實驗課程教學的“協助式”新模式，對提高相關學科的人才培養質量具有重要的實際意義。

福州大學材料科學與工程實驗教學中心是省級示范教學中心，有機化學實驗課作為獨立設課課程，其現狀是：

1.1 受到傳統實驗教學思想和方法制約，缺少能力拓展，限制了學生的創新性

由于有機化學是一門專業基礎課，一般在大學一年級第二學期開設，有機化學實驗也是基礎性試驗、驗證性試驗，學生基本上不具備基礎的操作知識和技能。因此，目前，有機化學實驗教學主要是采用傳統的“灌入式”實驗操作模式，先由教師組織安排，提前配制溶液，調好儀器，上課后介紹實驗目的、原理和儀器設備；對易出現的問題提出注意事項，對實驗中出現的現象提出理論解釋，學生按教師的講解按部就班的步驟重復實驗，獲取數據，驗證規律。使用實驗規定的儀器設備，按照規定的實驗方法和步驟，在規定的時間內，完成規定的實驗內容，然后按規定的格式完成實驗報告。它提倡嚴謹、認真、規范的學習態度，有利于學生掌握有機化學實驗操作要領，打下扎實的基礎。但卻往往會使學生缺少獨立解決問題的意識，挫傷學生的創造性和積極主動性，完全把他們放在了被動接受的位置上，不能主動地去消化實驗所涉及到的知識，嚴重地束縛了其思維能力和創新能力。

而MOOCs作為當前教育領域出現的一種新型的在線教育模式，可進一步實現學生的自主學習，結合MOOCs的優質資源與學生對網絡信息化的熱情，在以往的實驗教學“引導協助”下，將“學”的主動性最大限度的交還給學生，讓學生通過MOOCs，學會分析問題，敢于表達自己的主張，形成探究型學習習慣,培養學習的創新能力，這無疑是目前高等院校實驗教學改革最先要攻克的問題。

1.2 課時少，解決復雜工程問題的能力要求高

目前我校獨立設課的有機化學實驗有12門，除了化學創新實驗班等專業外，大部分工科類專業學時數都不多。如材料科學與工程專業的《有機化學實驗》課程總學時數僅為12學時，根據《有機化學實驗》教學大綱要求，除了鞏固學生的基本操作技術和技能，介紹有機化學實驗的一般知識，還要較全面培養學生的動手能力和學會分析問題和解決問題的能力。尤其是2016年6月中國成為“華盛頓協議”的正式成員國，正在積極構建與國際實質等效的工程教育專業認證體系，我校作為工科為主的院校，也正在積極推進我校的工程教育改革，加強工程實踐教育，進一步提高工程教育質量。以材料科學與工程專業為例，經歷了認證專家進校現場考查環節并進行了考查意見反饋等，專家在對畢業生的培養等方面提出了很多具體的指導建議，強調了對學生工程能力的培養。對學生的畢業要求第一條是即要滿足“掌握材料制備、生產、應用的基本原理和相關知識，并結合數學、自然科學、工程基礎知識，用于解決本專業的復雜工程問題。”并要求“掌握化學的基本原理和相關知識，能夠就簡單的工程問題進行求解或分析，選擇正確方法，對所研究的對象進行合理優化。”這就要求我們不得不改變以往的教學模式，從學時數少要求高等實際情況出發，借助MOOCs資源，實行線上學習和線下實踐結合，現代慕課技術與傳統教學方法結合，理想與現實相結合的教學模式，老師作為“引路人”，引導學生形成良好的自主學習能力，使學生從積極地聽從老師的講授，過渡到獨立思考，有所創新,并能在學習中體會到創新的快感，從而產生更大的興趣和熱情。

2 工科類專業有機化學實驗課實施“協助式”教學模式的設計

有機化學實驗具有操作性強、技能要求高的特點。它的主要任務不僅使學生鞏固和理解有機化學理論知識和基本技能，更重要的是較全面地培養學生的動手能力、提升學生的創新思維、增強學生安全和環保意識、培養實事求是的科學態度、嚴謹細致的工作習慣。大量的反應器皿和表征儀器操作、反應機理的動畫模擬、視頻等多媒體教學內容的使用貫穿著整個實驗，本文采用MOOCs線上學習為主，傳統實驗教學方式的引導協助為輔的“協助式”教學方式，對有機化學實驗教學進行了初步的探索。

2.1 整合利用資源，共享MOOCs微視頻

融合福州大學的課程網絡中心教學平臺及清華大學“學堂在線”等MOOCs平臺，教師以“小視頻+小測驗”的模式，讓十分鐘左右的微視頻作為MOOCs 主要載體，為每一個有機化學實驗共享或制作一個或多個有主題的微視頻，在視頻中，除了教會學生基本的實驗操作外，還要引導學生通過不斷改變實驗條件，以獲得更佳的實驗結果。此外，要求學生在實驗之前進行預習，在預習過程中要認真觀看微視頻，對實驗過程做到心中有數，這樣可以極大地提高預習效率，這樣，還可以摒棄在具體操作時邊看書邊做實驗的壞習慣。微視頻是一對一的學習，促使學生充分利用課前時間獨立思考，針對老師在視頻中提出的問題，學生在課程網絡中心提交預習答案并在實驗中尋求解決的方法，克服了以前“照方抓藥”的依賴心理。從而達到學習知識、掌握技能和培養能力的目的。

如從茶葉中提取咖啡堿的實驗中，索氏提取器中虹吸原理一般同學很難理解，通過觀看MOOCs平臺“學堂在線”上清華大學李艷梅教授的微視頻后，就很容易理解，此外，我們還自己拍攝制作了符合MOOCs規范的微視頻，對索氏提取器進行了細致的講解，共享在對應的課程網絡上。通過對微視頻的多角度直觀學習后，學生還可以通過課程網絡和MOOCs資源學習虹吸原理在船舶、化工生產中的應用，屋面虹吸式雨水排放系統的新型技術，魚缸底濾中虹吸原理的運用等相關視頻，從而跟生產實踐聯系結合起來。通過各種實際生活及工程案例應用，加深學生對虹吸原理的了解，進而舉一反三，從而完全掌握索氏提取器的要領，這對提高工科類學生的工程實踐認識能力,培養其創新意識,提高其綜合素質有明顯的益處。

2.2 結合虛擬仿真實驗技術，豐富網絡教學資源

在MOOCs背景下研究實驗課程教學的改革,虛擬仿真實驗技術的應用必不可少。它是運用計算機軟硬件構建的一種整體或者局部的可以代替真實實驗的各種可視化操作情景，學生進入仿真虛擬情景后，可以進行實驗內容和實驗操作的學習，在理解實驗原理和操作步驟的基礎上繼而提高真實實驗的操作技能，使學習者獲得更好的學習環境。針對有機化學實驗不同的操作，得到的結果往往大相徑庭，且學生多無法一一驗證和實施。另外，根據工科類專業對復雜工程問題解決能力要求高的特點，通過MOOCs資源學習和了解化學實驗室中實驗的仿真模擬操作，讓學生加深了解，同時實現了節能減排。 對此，我們從實際條件出發，利用省大學城共享網絡系統，借助兄弟院校福建師范大學生物技術與生物化工虛擬仿真實驗教學中心的虛擬仿真實驗技術，對“紫外-可見光分光光度計”等的仿真表征實驗，為基礎較扎實、求知欲較強、對有機化學有濃厚興趣、不只滿足于學習課堂知識的學生提供了訓練實驗技能的平臺，他們可以把實驗課中提取出的咖啡堿進行模擬測試訓練，從而完成樣品成分分析和表征的步驟，這是課堂教學活動的延伸，得到了很多同學的喜愛。

2.3 轉化師生課堂角色，實現翻轉實驗教學

由于工科類專業對學生的手動能力和實踐活動要求高，但實驗課學時數不足，實驗臺套數不足、公共實驗室開放時間有限等教學條件的限制，與此同時，受到傳統的實驗教學觀念的影響，學生的預習和實驗報告大部分是在翻炒實驗指導書后完成的，最終導致實驗教學效果并不理想。

實踐證明，翻轉課堂在激發學生實驗興趣度和解決問題的能力等方面都具有促進作用[5]。翻轉課堂的教學模式給有機化學實驗教學提供了一個新的思路，MOOCs網絡開放課程資源的興起又為翻轉課堂的實現提供了優質的教學資源和保障，促進了翻轉課堂的真正實現[6]。我們翻轉實驗的實施借助了學校的課程網絡中心教學平臺，MOOCs資源上也有很多老師提早設計好與實驗相關的教學內容，為我們構建以學生為中心，老師來主導的翻轉實驗教學模式提供了技術背景。學生充分利用課前時間，完成老師布置的課程網絡課程上形象生動的微視頻、實驗模擬或者MOOCs在線資源內容自主學習，在線討論、測試，老師在線答疑等，使學生基本了解與實驗相關的內容和流程，或目睹了一次完整的實驗關鍵步驟或過程，比如為什么做這個實驗，所需要的儀器長什么樣子，怎么選擇，試劑是否綠色環保，對環境是安全可靠的嗎，存在哪些安全隱患，操作步驟有哪些等等，獲得老師在線批準，方可進實驗室進行實驗操作。這樣就克服了以往學生抱著實驗指導書或密密麻麻的預習報告“臨時抱佛腳”和“照方抓藥”的窘境。為實驗室里師生角色轉化,實現翻轉實驗教學準備了條件。如果學生能夠在課前把這些預習的效果做實了，就會減少教師實驗課堂講授的時間，從而留給學生更多的時間進行實驗，允許嘗試多種實驗可能，也有時間思考并帶著問題與老師和其他同學交流實驗、討論或參與討論，老師在學生動手操作的過程中,只要需要講解實驗重點及注意事項，恰如其分地充當“導演”和“引路人”，適時地根據實驗進度,與學生互動,解答問題就可以了。實驗結束后,每位學生要進行實驗討論,總結實驗心得，老師除了批閱實驗報告上傳成績外，還要通過網絡教學平臺給同學們反饋實驗報告的評語，引導學生積極展開思考，讓學生知道哪里錯了，哪里需要改進，哪里值得肯定，繼續線上線下交流，以此形成良性循環，克服了學生做完實驗就做“甩手掌柜”的心態，培養了學生科學思考的能力，顯著的增強了學習效果。

2.4 設立課外科研小分隊，培養創新創業能力

化學實驗具有設計性和探索性，老師除了把最近的科研領域的發展、應用或接地氣的科研成果引入到實驗課當中，把MOOCs上優秀的相關資源成果發布給學生，做好“引路人”。此外，還可以抽出時間讓學生們參觀科研實驗室，激發其對科研實驗的興趣和熱情。比如設立課外科研興趣小分隊，為基礎較扎實、求知欲較強、對有機化學有濃厚興趣、不只滿足于學習課堂知識的學生提供訓練動手能力和實驗技能的平臺。科研興趣小分隊需要有優勝劣汰的激勵機制，做得好的可加學分，做得差的淘汰。教師或學生提出具有科研或開發背景的課題與項目，在教師的指導下學生利用課余時間到實驗室進行獨立性、研究性實驗研究，完成研究工作，提交研究論文或研究報告。學生也可根據自己的興趣愛好選擇到老師的研究室開展研究工作，學生在教師、研究生或高年級學生的帶領下參與課題的研究過程，使學生盡早了解科學研究的基本方法，知道所學的知識和技能在實際科學研究中。通過這種活動可使學生直接介入前沿科學研究和現實科學技術項目開發的活動，強化創新能力訓練，激發其創新思維和意識，培養其追求創新的態度與團隊合作的意識。如近三年來，我院以有機化學實驗創新小分隊為代表的科研創新取得了喜人的進展,學生們發表了各類科研論文并申請授權專利多項，此外參加各類實驗技能和材料設計大賽都取得了較好的成績。

2.5 構建合理的考核體系，提升實驗教學水平

以往的實驗課程考核，在每次實驗結束之后，是考勤、預習報告和實驗報告綜合評分，最后以一個大致的分數和評語的形式體現學生的實驗操作水平的，這就導致部分學生認為實驗課只要出勤并按時提交篇幅多、字跡清晰的報告就可以拿到學分了，對實驗課程的過程不重視不思考，且對部分實驗操作技能把握比較扎實而報告一般的同學而言，卻沒有得到肯定的評價。因此，構建合理全面的考核體系十分重要。

MOOCs 與傳統在線教育相比，增加了一些非常新的后臺技術手段，使學生的學習過程、提交的問題、答案、反饋內容等被全程記錄和跟蹤，例如，詳細的記錄了學生預習課件的時間、回答問題的正確率和其他學習者的評價情況等，老師通過對學生的學習情況進行分析，全面、綜合掌握每個學生的學習行為，作為平時成績打分，從而促進因材施教，能有力提升人才培養質量。

此外，據日常教學的觀察和思考，學生其實更關注老師在實驗現場當場做出的實驗分數評比，這樣能夠很快地回憶起自己哪些方面沒有做好，甚至還有機會在考核之后再一次進行反思、實踐。其實，除了給予評比之外，老師還應該發揮學生的主動性，讓他們自己談一談實驗的感想，比如在實驗中收獲了什么，哪些地方有失誤，有沒有建設性的意見等，可以寫進實驗報告，留言到課程網絡平臺等。這不僅有利于激發學生的學習興趣，提高學習的積極性，而且能夠促進整個教學實驗環節的水平提升。

在MOOCs教學為主的“協助式”教學新模式下，充分利用了我校的課程網絡平臺，有機化學實驗實行以實驗操作考核為主，在線預習、在線練習、在線討論、在線測試記錄及實驗報告等為輔的評分模式，從近兩年的學生實驗成績來看，對激發學生的學習興趣，提高學生實驗的主動性方面都有積極的作用，同時也極大地促進了教師實驗教學水平的提高。

3 結 語

結合高校工科類專業的實際情況，將課程網絡平臺和MOOCs資源應用到有機化學實驗的教學中，采用線上MOOCs教學為主，線下傳統實驗教學引導協助為輔的“協助式”教學新模式，在引導學生積極探索及交流協作精神的培養的同時，也潛移默化地提高了高校工科類學生的自學能力和獨立解決問題的能力，對培養工科類學生運用自然科學、工程基礎知識，用于解決本專業的復雜工程問題的能力有極大的提升。

[1] 溫燕梅.慕課時代的有機化學實驗教學改革初探[J].廣東化工,2014,41(18):180.

[2] 鄭春滿,盤毅,洪曉斌,等.基于雙PBL模式的有機化學實驗教學探索[J].實驗室研究與探索，2013,32(18):178-180.

[3] 林標聲,沈紹新.慕課、微課在地方應用型高校“發酵工程”課程教學中的改革與探索[J].微生物學通報,2015,42(12):2475-2481.

[4] 張男星,饒燕婷.“慕課”(MOOCs)帶給中國大學的挑戰與機遇：訪上海交通大學校長張杰[J].大學:學術版,2014(1):4-15.

[5] 郭文平,陳盈,趙小明.基于翻轉課堂的網絡工程實驗教學設計[J].實驗技術與管理，2015，32(5):35-38.

[6] 王文禮.MOOC的發展及其對高等教育的影響[J].江蘇教育,2013(2):53-57.

Exploration on Teaching Model of Fusion of MOOCs and Organic Chemistry Experiment in Engineering Majors

WENNa,LVHai-xia,LIBao-ming

(College of Materials Science and Engineering, FuZhou University, Fujian Fuzhou 350116, China)

In the course of current chemistry experiments, it is quite common that the ability to solve complex engineering problems by engineering majors students requires high, while the assigned teaching period is insufficient. With the aid of network teaching platform, taking the MOOCs based teaching as the principal thing, assisted supplemented “to assist” teaching methods guided by the traditional experiment teaching was put forward, combined the micro video of MOOCs, virtual simulation experiment technology and flip the classroom organically. At the same time, to strengthen the teaching reform through the establishment of extracurricular scientific research teams and to construct a reasonable evaluation system, the learning interest of the students was greatly stimulated, to better cultivate students' practical ability, the teaching practice had achieved good results.

massive open online course (MOOCs); flipped classroom; experimental teaching; teaching model

福州大學高等教育教學改革工程項目(0360-52001035)；福州大學本科專業核心課程建設項目(0360-52000721)。

G642.423

B

1001-9677(2016)022-0178-03