可視化互動教學模式在分析化學實驗教學中的應用

◆

(蘇州衛生職業技術學院)

《分析化學》課程主要研究物質組成的分析方法、有關理論和技術的一門自然科學，它是高職醫藥衛生類專業的必修課程，為后續專業核心課程奠定必要的理論和實驗基礎。分析化學實驗在分析化學課程教學中占有十分重要的地位，一方面通過分析化學實驗教學可加深學生對分析方法的基本原理及有關理論的理解，另一方面通過靈活運用所學理論知識指導實驗操作，能增強學生對“量”的概念的認識，能有效提升學生分析問題解決問題的能力，彌補理論教學的不足。然而分析化學實驗要求高，細節多，特別是滴定分析實驗，學生很難達到精密度的要求(精密度≦0.2%)，如何規范學生操作、激發學生興趣、提高教學效率、合理評估教學效果，需要深入研究和探討。經實踐發現，利用現代信息化技術，在分析化學實驗課程中開展可視化互動教學，效果顯著。

一、分析化學實驗教學的現狀

目前，我國高職醫藥衛生類院校分析化學實驗課程教學大多仍然采用傳統的教學模式：在一間寬敞的實驗室，一到兩位老師和一批學生，老師講授原理、示范操作，學生觀摩學習，再分組進行實驗。該傳統教學模式存在諸多弊端，弊端一：教師集中講授和示范操作時，學生被動聽講，注意力容易分散；學生分組實驗時，老師難以集中指導，缺乏互動，難以調動學生實驗的積極性和主動性；弊端二：老師示范操作細節和關鍵之處，因教室布局等原因，容易造成僅有一小部分同學能夠觀察到，由于無法重復觀看，細節觀察有困難，往往有許多學生一時掌握不了，實驗無從入手；弊端三：學生在分組實驗時，老師無法對每個同學進行一對一指導，學生在實驗操作過程中存在問題，無法及時發現并加以糾正；弊端四：學生做完實驗，如果沒有達到預期效果時，無法準確回顧實驗的每個細節，無法找到實驗過程中問題所在；弊端五：在實驗教學過程中，教師難以進行過程性評價。因此，分析化學實踐課程教學改革和創新勢在必行。

二、“可視化互動實驗”教學設計

教學可視化(Teaching visualization)是指運用一系列可視化手段將教學的關鍵環節呈現出來，使其清晰可見的過程。互動式教學(Interactive teaching)是指教師“教”和學生“學”兩個過程互相作用的整體性動態過程。根據分析化學實驗的特點，利用現代化的教學手段，融合了這兩種教學的優勢，設計了可視化互動實驗教學新模式。該模式實體要素包括：教師、學生、實驗場景、可視化設備、互動設備；過程要素包括：實驗操作、實驗教學、操作指導、過程評閱、互動反饋。主要開展三個關系的研究，即：教師-學生-場景(實驗室——移動環境)之間關系；可視化——互動——實驗教學之間關系；課前導學——操作指導——過程評閱——互動反饋之間的關系。

借助江蘇省高等職業教育產教深度融合實訓平臺建設(2016年10號文)的支持，藥學院在分析化學實驗室構建了可視化互動教學平臺，該平臺具有點播、直播、錄制和電腦與手機互動等功能。利用可視化互動教學平臺、手機APP和校園無線網絡全覆蓋等條件，在高職分析化學實驗教學中開展“可視化互動教學”新模式，實現“可視化互動實驗”教學三部曲：可視化互動式課前導學、可視化互動式操作指導和可視化互動式過程評閱。現以水的總硬度測定實驗為例，介紹如下。

1.“可視化互動實驗”課前導學

課前，教師與學生雙方之間借助于直觀的、立體的影像呈現平等、自由地相互討論、相互交流、答疑解惑，實現“可視化互動實驗”課前導學。上課前，教師整合教學資源，將實驗知識碎片化，制作成案例、視頻、動畫、微課等可視化素材。以水的總硬度測定實驗為例，實驗課前，教師制作PPT和思維導圖各1個，介紹水的總硬度測定原理；收集案例2個：硬水與鍋爐爆炸、硬水與人體健康；拍攝規范化操作視頻多個：分析天平的使用，移液管、滴定管和容量瓶的洗滌、準備和使用，滴定速度的控制，近終點的操作等；制作微課3個：直接法配制EDTA滴定液、水的總硬度測定和實驗數據處理及結果評價；課前預習測試題1套。教師課前將這些可視化素材上傳到可視化互動教學平臺的資源管理系統中，通過終端發布將上傳的可視化素材定時發布，學生打開手機APP下載后，利用零碎時間，根據自己學習基礎和時間等情況，隨時隨地進行課前預習并完成課前測試，學生預習過程中可通過手機APP，在互聯網環境下輕松實現師生相互討論、相互交流、答疑解惑。

2.“可視化互動實驗”操作指導

在教與學的過程中，教師與學生雙方之間借助于直觀的、立體的影像呈現平等、自由地相互討論、相互交流、答疑解惑，實現“可視化互動實驗”操作指導。上課時，教師先將本次實驗的重點、難點及學生在預習過程中共性問題進行講解，將實驗操作要點進行示范。本次實驗成敗的關鍵在于：滴定速度的控制、近滴定終點時一滴甚至半滴的操作及溶液顏色由酒紅變紫色再變純藍色等操作，主講教師進行示范，學生通過講臺前LED大屏和自己實驗臺前液晶顯示屏(同步直播)清楚觀摩老師的示范操作。實驗過程中，副帶老師在實驗教室巡視，主講老師通過控制中心觀察每個同學的實驗操作，一旦發現某同學有操作錯誤(如移液管吸溶液或者放溶液的姿勢不正確或者滴定速度太快等)，可通過對講機實現一對一的操作指導；另外，學生在做實驗的過程中如有疑惑(如半滴不會操作、終點顏色不會判斷等)，可通過電腦點播回放老師的規范化操作視頻及示教錄屏，并可通過觸摸屏將細節放大仔細地反復地觀摩；還可通過呼叫系統，利用對講機獲得老師的一對一的現場指導等多種途徑獲得老師的指導。

3.“可視化互動實驗”過程評閱

利用可視化教學互動系統，學生的操作過程可以直觀地呈現，教師可以對學生的實驗進行過程性評閱，實現“可視化互動實驗”過程評閱。在實驗過程中，主講教師通過控制中心可看到每一位同學的實際操作情況，同時每一位學生的操作過程已通過實驗操作臺上的固定機位現場全程拍攝并保存，實驗結束后，老師通過觀察實驗現場、觀看學生的操作過程錄播、并根據學生提交的無紙化作業(硼砂含量測定思維導圖、終點顏色截圖、實驗結果及評價word文檔)等，進行評分。利用可視化教學互動系統，采用教師評價、小組互評和學生自評的方式，輕松實現實驗過程和實驗結果的全方位評價。

另外，老師還可以挑選出精密度高(相對平均偏差小于0.2%)且操作規范的學生操作作為案例讓學生觀摩學習，挑選出精密度太低(相對平均偏差大于0.5%)且操作失誤較多的學生操作作為案例讓學生找錯糾錯；學生也可以回放自己的操作過程反復觀看，也可與老師標準化操作進行對比，通過過程回看和誤差分析，找出實驗中存在的問題，提高自己的操作水平。

三、“可視化互動實驗”教學效果分析

以可視化互動教學平臺的分析化學實驗教學改革，克服了傳統教學模式的諸多弊端，實現了“可視化互動實驗”教學的新模式。通過“可視化互動實驗”課前導學，充分利用了學生課余時間，可以隨時隨地根據情況進行碎片化學習，體現了學生個性化的學習過程，發揮了學生學習的主體作用；通過“可視化互動”操作指導，學生通過可視化直播、點播等能隨時觀察老師的規范化操作，通過控制中心能得到老師一對一的指導，從而提高學生的實驗操作技能；通過“可視化互動”過程評閱，教師實現了對每位學生實驗的過程性評價，學生也通過自評互評、相互學習過程中得到提升。

終上所述，“可視化互動實驗”教學的新模式應用到分析化學實驗課教學中，充分發揮了信息化教學的優勢，實現教學各環節的可視化呈現和師生互動式教學，實現實驗教學的過程化考核，調動學生的學習興趣，建立良好的師生關系，提高課堂教學的有效性，有利于培養學生的實踐技能，進一步提高學生精密實驗的能力，為高職應用型、創新型人才培養提供可行參考。