可視化3D模型構建微課在中職藥物化學教學中的應用

蔣超意　湯艷榮

[摘 要] 目前，普遍認為使用可視化3D模型組（球棒模型）對學生學習藥物化學是有益的。然而在現實的教學環境中，學生沒有足夠的時間在課堂上使用模型組進行學習。因此利用學生自主拍攝的3D模型構建微課，輔助學生學習和掌握藥物化學課程中的相關知識點。通過考核發現，通過自主微課觀看與學習的學生，在藥物化學課程中的立體空間知識點上成績較為突出。

[關 鍵 詞] 3D模型；微課；藥物化學

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）14-0204-02

一、引言

中職學生要在藥物化學課程中取得成功，學生必須學習化學物質的名稱，化學物質相互反應的方程式以及多種表達方法的使用，這些學習的目的旨在使學生掌握化學物質三維分子的各種性質及表示[1]。對中職學生來說，他們缺乏將化學物質的結構從二維空間向三維空間進行轉換的技能。同時，中職學生因為化學基礎相對比較薄弱，他們在學習藥物化學相關知識，尤其是課程中所涉及的立體化學空間知識時有相當大的難度[2]。因此，目前很多學校都使用各式教具，無論是虛擬的還是通過3D球棍模型，向學生介紹和展示分子的立體結構與性質[3]。然而鑒于現在的教學環境，教師很難在所有的教學時間和課程內容中讓每位學生嘗試使用這些教學工具。因此，本研究的目的就是要開發一個能夠普及3D模型構建的方法，方便學生課后及時觀看與復習。

讓學生參與到課堂教學的活動中，可以有效地激勵學生構建他們的3D模型，并利用3D模型進行藥物化學相關知識點的學習[4]。在這個教學模式中，教師為學生提供必要的工具掌握分子3D模型的構建與使用，但是這個過程占用了寶貴的課堂時間，并且對所有學生而言，每個學生學習風格和接受能力也不是完全相同，造成他們從中獲得的益處也不完全相同。因此本研究就使用一種直接的方法來培訓學生，讓學生自己拍攝分子模型構建的微課視頻，并且上傳視頻到相關的視頻網站，學生可以在課外時間使用的這些微課視頻進行學習和復習。利用這種方式，學生將能夠做到按需查看視頻，并且還可以根據需要暫停和重播視頻。其中暫停視頻的功能特別有意義，因為構建3D模型的初學者需要慢慢進行操作，這個功能可以幫助學生學習分子形成速度的表達。

二、研究方法與內容

為了使微課視頻盡可能地適合新手學習者，二年級已經完成藥物化學課程的學生被招募為腳本作者和演員進行訓練。撰寫腳本的學生能夠從新手的角度，利用他們新獲得的知識關注如何構建和使用3D模型，腳本撰寫的目的是讓新學生輕松創建和了解與分子模型相關的結構和概念。為了保持學生的注意力，制作的微課視頻簡潔，不超過7分鐘。對教學過程分析發現，學生模仿已建立的分子3D模型進行分子構建學習，這種積極學習的方法對學生理解分子的構建和可視化至關重要。同時在微課視頻中，教師可以向學生提供復雜結構和概念問題的例子，以增強學生學習的經驗并獲得更多知識。教師還可以插入圖像以提供關于多種分子構象的更多細節和解釋。

本研究使用了2016級藥劑班共180名學生，他們接受的藥物化學課程授課時間是相同的，包括每周兩次的理論課程（每次40分鐘），每隔一周進行的實驗課程（1小時20分鐘）。二年級學生將制作的5個短片上傳到優酷網上（YouKu），這5個短片涵蓋以下主題：烷烴模型、烯烴的3D建模和立體化學、環烷烴的3D模型、環烷烴的立體化學和手性中心的立體化學。視頻的鏈接通過班級QQ群發布到學生的手機上并且教師將相關材料打包上傳到班級QQ群中。學生可以在課后時間按需觀看和訪問視頻。從觀看人數數據中也可以發現學生表現出對觀看和參與微課視頻的積極性。

為了考核該研究項目，在兩個不同的學期收集學生的考試成績和其他學習成果，其中一個通過視頻（2017年春季）提供視頻培訓，其中一個只接受了上課培訓（2016年秋季）。由于視頻訓練免除了學生課堂中的操作時間，這使教師能夠在2017年春季的課堂教學中講授更多的理論材料。為了能夠比較兩個教學手段，將兩個學期的期末考試成績和評估材料進行統計計算。收集和整理數據后，統計分析軟件包SPSS用于計算二項式平均值和標準誤差。計算了兩組數據集的以下內容：接收微課視頻訓練的學生的答對率以及接受課堂教學的學生的答對率，以比較每種類型教學的有效性，同時計算Cohens d值以確定每種教學方法的效果大小。

三、結果與討論

從視頻分享網站上的統計發現，學生自制的微課視頻自從首次發布以來，已經被觀看了近3500次，這證明微課視頻確實有學生進行訪問與觀看，并對該網站上的視頻觀看順序進行了核實，發現觀眾數量的增加與課程涵蓋的時間順序一致。這也說明開放式共享平臺可以幫助學生在課后廣泛地觀看和使用這些視頻。一旦學生熟悉了分子模型的構建，教師在上課中就可以用較多的時間增強學生通過視頻學到的知識點。

評估了有無使用微課視頻教學模型組學生的期末考試成績。結果發現，兩個學期使用的培訓方式對學生成績有顯著差別。對考查的第一個問題（二取代的環己烷構象異構體的穩定性），在課堂上訓練使用球棍模型的學生中有29%的人正確地回答了這個問題，而通過學生自學微課視頻培訓后學生正確率達到76%。在第二個問題（烯烴中的E/Z異構體）中，正確答案的百分比分別為26%和57%，最后一個問題（R/S立體化學具有兩個手性中心的化合物）的正確率分別為27%至60%。這些結果表明，學生制作的微課視頻能夠有效地幫助學生在藥物化學課堂中學習相關知識。

結果評估的另一種方法是基于兩個學期實施了不同的模型構建和學習方法后期末考試的最終成績。比較兩個學期期末考試的最終成績的平均成績發現，2017年春季學期平均成績提高了32分。另外，進行了t檢驗和計算了Cohens d值，發現最終成績平均值之間有著顯著差異，證實了微課視頻訓練方法是較為優越的，也可以使學生能夠成功掌握分子結構的概念。微課視頻的制作過程也增加了學生參與課堂學習的可能性，微課視頻可以通過屏幕提示的視覺強化和可用的閉路字幕增加學生的理解，并且這是一個積極的演示過程而不是靜態的圖像。同時，這些素質在獲得和保持學生的注意力上也被認為是必不可少的，它們能最大限度地使學生理解學習內容，并保持自身學習的信念。

對教師的課堂記錄進行分析表明，通過使用自制的分子構建視頻，對幫助學生理解分子建筑技術和立體化學概念來說是理想的。因為學生更熟悉他們同伴之間提出的觀點，利用這些有針對性的教學內容，可以彌補自身知識的不足之處，成為學生持續不斷進步的基礎。雖然沒有正式對學生使用培訓視頻進行調查，但在教師的課堂記錄中也可以發現學生對該視頻應用的積極評價：

在YouKu上鏈接的視頻是很好的補充材料；真正幫助我了解分子的立體模型；用微課視頻模型創建分子真的是一種有效的教學手段。

教師有很多時間和機會通過有效的視頻教程和實際操作來幫助學生學習書本資料。

四、結論

使用學生自制的模型構建微課視頻作為藥物化學學習的培訓工具可以有效地替代教師提供的課堂培訓，同時也不會對學習成果產生任何不利影響。當學生被鼓勵學習如何使用培訓視頻建立模型時，視頻學習的應用節約了教師在課堂中使用分子模型的時間，這使教師可以將教學重點放在其他重要的藥物化學學習目標上。一旦學生熟悉了分子模型構建，教師在上課時也可以借助微課視頻增強學生已經學到的知識。同時從考核結果中也發現，通過使用3D模型構建微課進行主動學習的學生，在考核中的結果也明顯優于之前未使用時的結果。使用培訓微課視頻將給學生足夠的時間學習如何以自己的速度來構建分子模型，從而提高學生學習藥物化學的興趣，培養學生自主學習的能力。

參考文獻：

[1]劉慶苗.中職衛校藥物化學課程有效教學策略的應用探析[J].當代教育實踐與教學研究（電子版），2015（9X）.

[2]謝應龍.中職化學學習方法探討[J].科研，2016（8）.

[3]蔣超意，趙超.移動應用軟件Chem Draw在藥物化學教學中的應用[J].衛生職業教育，2017，35（19）：51-53.

[4]韋洪.中職化學教學如何激發學生學習的興趣[J].考試周刊，2014（A0）：153.