信息時代下有機化學實驗教學方法的探索

關 玲， 馬鍇果， 邊 磊， 徐烜峰

(北京大學 化學與分子工程學院，化學國家級實驗教學示范中心，北京 100871)

0 引 言

有機化學實驗是各高等院校化學化工專業(yè)以及近化學類專業(yè)的重要專業(yè)基礎課程。它在加深學生對有機化學知識的理解，培養(yǎng)實驗技巧和動手能力，提高分析問題和解決問題能力等方面起著不可替代的作用[1]。傳統(tǒng)模式下的有機化學實驗受制于有限的學時，難以系統(tǒng)講解各個實驗細節(jié)，加之實驗操作演示空間有限，學生很難觀察到，導致在實驗中出現(xiàn)各種問題。實驗課與理論課難以無縫銜接，學生常因理論知識的不足而對實驗的理解不到位，難以達到理想的教學效果。此外，傳統(tǒng)模式下的有機化學實驗課教學方法呆板，互動性和生動性不夠，并不能充分調動學生的學習興趣。上述問題常導致有機化學實驗課達不到預期的教學效果[2]。

我校化學與分子工程學院自2001年起開始使本院研究生參與本科生教學，目前研究生助教已經(jīng)成為本科生實驗教學的主力。有機化學實驗課中，經(jīng)實驗課主講教師培訓的研究生助教直接指導本科生實驗。由于研究生助教與本科生年齡相近，師生關系融洽，有利于課堂教學，同時對研究生助教自身也有多方面的能力培養(yǎng)。不過研究生助教自身也常存在一些問題，例如教學經(jīng)驗少，流動性大，個別助教對實驗教學工作重視度不夠，這些都會影響有機化學實驗課的教學質量。主講教師如何調動研究生助教的積極性、加強實驗培訓力度，以彌補研究生助教制度的不足一直是我們探索的目標[3-4]。

移動互聯(lián)技術的成熟和發(fā)展，智能手機、PAD等移動終端的推廣和升級，各種APP的方便獲取，極大地拓展了學生群體的學習和生活方式，學生可以利用課間、行走、等候、睡前等眾多的零散時間高效、快捷、方便地獲取所需信息[5]。移動互聯(lián)技術越來越在教學過程中體現(xiàn)出獨特優(yōu)勢，使學生主動且隨時學習有機化學實驗相關知識并獲取教學通知。

以化學國家級實驗教學示范中心有機化學實驗室為例，借助新信息技術手段對有機化學實驗室傳統(tǒng)有機化學實驗教學模式進行了改進探索，以期調動學生主動學習的積極性，彌補傳統(tǒng)實驗教學模式的不足，達到提高教學質量的目的。

1 建立微信群，便于及時交流

微信是騰訊公司推出的一個為智能終端提供即時通信服務的應用程序。微信群功能可以在可控范圍內(nèi)群發(fā)課內(nèi)通知、投票，學生容易及時獲取最新通知，不易被眾多的網(wǎng)絡資源淹沒。如，“XX級有機實驗通知群”包含主講教師、研究生助教、學生、實驗室教輔人員等145人，所有實驗相關人員都能參與到教學中。主講教師做出指示，其他所有人員均能立即響應，群內(nèi)發(fā)布實驗內(nèi)容說明及補充參考資料、學生實驗數(shù)據(jù)匯總資料、實驗報告總結講評、實驗圖片和視頻資料、優(yōu)秀學生實驗數(shù)據(jù)資料、有機實驗知識總結資料及調查問卷等方面的信息，學生也可以通過微信群隨時與主講教師直接交流，不必受時間地點限制。各實驗室助教也建立班級微信群，能及時解決教學中出現(xiàn)的問題，方便解答學生提出的疑問。

2 建立微信公眾號，便于資料推送

微信公眾號在學生中的使用度高，操作便捷、交流高效、形式豐富，支持移動學習。借助公眾號，有機化學實驗室可以推送學習資料，分享優(yōu)秀范例及點評，也可以通過模塊建設，搭建實驗室介紹、實驗室規(guī)章制度、基礎操作知識、安全知識宣傳、實驗室最新信息等窗口，讓學生迅速了解實驗室最新的情況，快捷地找到需要的學習內(nèi)容[6-9]。

3 建立微課，便于主動學習

微課是以微型視頻為載體，針對某個知識點(重點、難點、疑點)或教學環(huán)節(jié)開展教學活動的新型教學形式。微課教學具有：①內(nèi)容短小，針對性強，著重說明一個知識點的精華，時間在5～8 min之間，學生的注意力較容易集中。②以視頻為載體，是教學內(nèi)容的精華，有利于學生反復學習。

有機實驗課內(nèi)容較為瑣碎，低年級學生接觸的化學實驗比較少，如果沒有課前充分預習，只依賴于課堂上的講解和演示，實驗中難免會顧此失彼，即使做完也對一些實驗操作、方法不夠了解。如果將基礎操作、儀器的使用方法、錯誤操作以及可能發(fā)生的危害等制作成微課，借助網(wǎng)絡平臺分享給學生，幫助學生有效預習和復習，可以更好地幫助學生規(guī)范實驗操作和掌握實驗技巧[10]。規(guī)范的實驗操作也對實驗結果起著至關重要的作用。

4 建立錄播系統(tǒng)，便于教學的標準化

利用網(wǎng)絡和多媒體技術搭建智能錄播系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的演播室延伸到了普通實驗室，用于常規(guī)實驗教學。本系統(tǒng)高度自動化，不需要專業(yè)人員的輔助，教師自己可以很方便地將授課過程錄制下來，并且同時轉化為數(shù)字信號在網(wǎng)上同步直播[11-14]。

本實驗室采用的智能錄播系統(tǒng)由硬件及軟件兩部分組成，其中硬件主要包含高清錄播一體機、視頻圖像采集設備、課堂教學音頻采集設備，軟件主要包括錄播系統(tǒng)軟件和教學資源管理平臺(見圖1)。

本校有機化學實驗室的教學模式為1名主講教師帶領多名研究生助教組成教學團隊，1位助教指導1間實驗室約16名學生，多間實驗室同步進行實驗教學活動。主講教師在錄播實驗室錄制并同時進行網(wǎng)上教學直播，其他實驗室可同時收看。當主講教師發(fā)現(xiàn)實驗中的共性問題，可以通過廣播系統(tǒng)立即通知到每間實驗室，統(tǒng)一解決問題。此外還可以利用錄播系統(tǒng)錄制教學視頻，保存教學資料，供教師和助教觀摩，提高教學水平，也為微課、MOOC等課程模式提供教學素材。不同實驗室的學生可利用資源管理平臺同時觀看教學視頻。學生可以登錄資源管理平臺點播教學視頻，隨時預習和復習教學內(nèi)容。錄播系統(tǒng)跨平臺的設計支持學生在移動端和PC端學習，滿足了移動學習和自主學習的需求。

圖1 實驗室錄播系統(tǒng)框圖

5 建立在線測試系統(tǒng)，便于考查學習情況

定期隨堂測試和期末考試是考查學生有機實驗技能掌握情況與教學效果的必要手段。由于紙質試卷較依賴人力，較難常態(tài)化進行實驗知識與能力測試，也難以長期跟蹤和統(tǒng)計學生的學習效果。在線測試與學習系統(tǒng)可以根據(jù)設置的評測指標隨機組卷，生成全面或有側重試題的電子試卷，適應常態(tài)化測試。同時依據(jù)標準化的試題建設，系統(tǒng)可以實時完成試題判卷和錯題分析，并推送相關知識點或學習資料。此外，系統(tǒng)可以對收集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，教師及時了解學生的學習情況并調整教學內(nèi)容，有利于實驗教學的改進。系統(tǒng)為跨平臺設計，學生隨時使用手機或者電腦進行測試和學習，適應當前學生的學習特點[15]。

6 結 語

傳統(tǒng)有機實驗教學注重課堂講授，忽視了學生學習能力和主動性的培養(yǎng)。實驗教學方法應更加科學化，緊跟互聯(lián)網(wǎng)+的步伐，將高速發(fā)展的信息技術手段應用到有機化學實驗教學中。教學方法生動靈活、互動性強，能激發(fā)學生的學習興趣，使學生更容易接受，不受時間地域限制，能加強學生對實驗技術方法的掌握，能彌補助教在教學經(jīng)驗方面的不足，也能加強有機實驗教學的統(tǒng)一規(guī)范管理。

教學中也應引導學生運用信息技術學習的意識，積極參與教學課件內(nèi)容的制作，提出個性化的需求和建議。教學團隊除了進行高水平的實驗課程教學和制作高質量的化學實驗教學資源，也要引入新技術、新理念和新的教學方式，推動信息化技術在有機化學實驗教學中的應用。