多途徑開(kāi)展分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程線上教學(xué)

于永麗　趙爽　劉梅英　楊春光　楊婷　陳明麗

摘 ?要：在抗擊新冠肺炎疫情期間，按照教育部“停課不停學(xué)”的要求，主要通過(guò)以下途徑開(kāi)展分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程線上教學(xué)：1.依托分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)SPOC課程，讓學(xué)生在線學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目視頻、在討論區(qū)答疑、完成在線測(cè)驗(yàn);2.依托騰訊會(huì)議平臺(tái)和學(xué)生開(kāi)展一對(duì)一的課堂討論，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，學(xué)生間交流學(xué)習(xí)體會(huì);3.給學(xué)生發(fā)送電子版教材;4.向?qū)W生開(kāi)放虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在實(shí)踐中，線上教學(xué)取得了良好的教學(xué)效果，得到學(xué)生的好評(píng)。化學(xué)類(lèi)實(shí)驗(yàn)課程與演示類(lèi)實(shí)驗(yàn)不同，線上學(xué)習(xí)不能代替學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室自主操作，但在非常時(shí)期，線上教學(xué)解決了學(xué)生“看不見(jiàn)，無(wú)法學(xué)”的問(wèn)題，同時(shí)也為學(xué)生返校后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展動(dòng)手操作做好知識(shí)儲(chǔ)備。

關(guān)鍵詞：分析化學(xué)實(shí)驗(yàn);SPOC;線上教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2020）31-0113-04

Abstract： During the special period of the coronavirus， according to the policy of "classes suspended but learning continues" from the Ministry of Education， the Analytical Chemistry Experiment Course was carried out online through the following channels： 1. relying on the analytical chemistry experiment SPOC course， making students learn experimental project videos online and in the discussion area Answer questions and complete online quizzes; 2. relying on the Tencent conference platform to conduct one-on-one classroom discussions with students to understand students' learning conditions and exchange learning experiences among students; 3. teachers send electronic version of textbook to students; 4. teachers let students carry out the analytical chemistry virtual simulation experiments， and so on. In the teaching practice， online teaching has achieved good results. The chemistry experiment course is different from the demonstration experiment. Online learning cannot replace the experimental operation in person， but online learning can solve the problem of "unable to learn without seeing" at the unusual times and lay a good foundation for the following experimental operation.

Keywords： analytical chemistry experiments; small private online course; online teaching

2020年初，一場(chǎng)突如其來(lái)的新冠肺炎疫情打亂了中國(guó)人民生活的節(jié)奏，打亂了教育教學(xué)的節(jié)奏。在這個(gè)特殊的時(shí)期，如何做到停課不停教、延期開(kāi)學(xué)不延期開(kāi)課，同時(shí)還要保證教學(xué)質(zhì)量，這是每個(gè)學(xué)校以及廣大師生面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)，許多學(xué)校都在積極采取措施迎接挑戰(zhàn)[1-5]。

按照原教學(xué)計(jì)劃，在2020學(xué)年春季學(xué)期，由東北大學(xué)理學(xué)院開(kāi)設(shè)的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程面向理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)六個(gè)班、冶金學(xué)院環(huán)境科學(xué)專(zhuān)業(yè)一個(gè)班的學(xué)生開(kāi)課，是學(xué)生的必修課。2月中旬，校院兩級(jí)組織分別下發(fā)了本科教學(xué)工作實(shí)施方案的文件。文件要求，為應(yīng)對(duì)疫情影響，要積極開(kāi)展線上授課，將課堂建在學(xué)生身邊。按照文件的要求，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教師對(duì)本學(xué)期該課程的授課方案進(jìn)行了認(rèn)真的討論。眾所周知，實(shí)驗(yàn)課教學(xué)和理論課教學(xué)不同，學(xué)習(xí)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的主要目的是培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的能力，使學(xué)生能夠正確和熟練地掌握分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作和實(shí)驗(yàn)技能，為學(xué)生以后從事科研工作打下良好的基礎(chǔ)。因此，如果完全以線上教學(xué)代替實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手操作，將達(dá)不到課程的教學(xué)目標(biāo)，不能保證教學(xué)質(zhì)量。但同時(shí)，如果在學(xué)生返校前不開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，對(duì)學(xué)生是一個(gè)很大的損失，也會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在返校后課業(yè)壓力太大的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)討論，教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教師達(dá)成共識(shí)，本學(xué)期對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程實(shí)行線上線下混合教學(xué)，即，在學(xué)生返校前開(kāi)展線上教學(xué);在學(xué)生返校后，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

為保證線上授課的順利開(kāi)展和教學(xué)質(zhì)量，團(tuán)隊(duì)教師均通過(guò)在線直播或線下自學(xué)的方式接受了線上教學(xué)的培訓(xùn)，能較熟練地通過(guò)中國(guó)大學(xué)MOOC、雨課堂、騰訊會(huì)議等平臺(tái)開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。在充分討論的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)教師對(duì)線上教學(xué)進(jìn)行了細(xì)致的計(jì)劃和組織。

一、依托中國(guó)大學(xué)MOOC平臺(tái)開(kāi)展線上授課

（一）授課安排

學(xué)習(xí)該課程的學(xué)生來(lái)自全國(guó)各地，且大部分同學(xué)的居住地是農(nóng)村，通訊條件和電子學(xué)習(xí)設(shè)備有限。考慮到以上情況，線上學(xué)習(xí)以非實(shí)時(shí)線上授課為主。東北大學(xué)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)SPOC課程于2018年3月在中國(guó)大學(xué)MOOC網(wǎng)站上線，已經(jīng)運(yùn)行了四個(gè)學(xué)期（分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)MOOC于2020年3月上線[6]）。課程的主要內(nèi)容包括分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)、14個(gè)實(shí)驗(yàn)操作視頻、9個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目課件視頻、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單元測(cè)試等，實(shí)驗(yàn)操作視頻列表見(jiàn)表1。在以往的教學(xué)實(shí)踐中，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)SPOC課程受到學(xué)生的歡迎，教師也積累了較豐富的線上線下混合教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)。因此，團(tuán)隊(duì)教師對(duì)于這學(xué)期開(kāi)設(shè)線上授課信心十足。

本學(xué)期線上開(kāi)課時(shí)間定為第一教學(xué)周第一天，非實(shí)時(shí)授課可以避開(kāi)網(wǎng)絡(luò)的擁堵，學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間方便靈活。為保證特殊時(shí)期的教學(xué)效果，開(kāi)課前，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)老師重新錄制了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的講課視頻。課程講授不是簡(jiǎn)單的“朗讀”ppt，而是要做到深入淺出的講解，用理論知識(shí)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)操作，如實(shí)驗(yàn)一基本操作練習(xí)，以HCl滴定NaOH時(shí)選擇甲基橙為指示劑，由此引出理論課教學(xué)中酸堿滴定指示劑選擇的知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)，講授中注意將課堂教學(xué)和實(shí)際生產(chǎn)生活相結(jié)合，如測(cè)定鐵礦石中鐵含量的實(shí)驗(yàn)，在講解中首先對(duì)鐵礦石的知識(shí)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。另外，在每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的最后，增加了本實(shí)驗(yàn)中所涉及化學(xué)試劑的介紹和安全使用，如K2Cr2O7的性質(zhì)、危害及安全使用。

學(xué)生登陸SPOC網(wǎng)站后，要求首先學(xué)習(xí)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)（包括實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)、實(shí)驗(yàn)室意外事故的急救措施等）。每周學(xué)習(xí)一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，具體內(nèi)容包括課件視頻、實(shí)驗(yàn)操作視頻等。在學(xué)習(xí)中有任何問(wèn)題，可以隨時(shí)在課程學(xué)習(xí)頁(yè)面的討論區(qū)留言提問(wèn)，每天有教師上網(wǎng)答疑。

為加強(qiáng)學(xué)習(xí)記憶，要求同學(xué)在完成每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)習(xí)后撰寫(xiě)預(yù)習(xí)報(bào)告。考慮到撰寫(xiě)電子版預(yù)習(xí)報(bào)告可能存在同學(xué)之間復(fù)制粘貼的問(wèn)題，要求同學(xué)必須手寫(xiě)預(yù)習(xí)報(bào)告。寫(xiě)完預(yù)習(xí)報(bào)告后，同學(xué)用手機(jī)拍照，發(fā)送給教師，教師對(duì)預(yù)習(xí)報(bào)告進(jìn)行評(píng)閱。學(xué)生寫(xiě)完的預(yù)習(xí)報(bào)告需要留存，返校后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展實(shí)驗(yàn)時(shí)需攜帶作為實(shí)驗(yàn)記錄本使用。

為考察學(xué)習(xí)情況，要求學(xué)生在每周五完成本周所學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的單元測(cè)驗(yàn)。題庫(kù)中的測(cè)驗(yàn)題是由任課教師針對(duì)具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目編寫(xiě)，題型有判斷題、單選題和多選題。學(xué)生在線測(cè)驗(yàn)有兩次機(jī)會(huì)，每次8分鐘，每次的測(cè)驗(yàn)題是系統(tǒng)從題庫(kù)中隨機(jī)選取，最后記錄學(xué)生兩次測(cè)驗(yàn)的最高分。

考慮到同學(xué)們返校后學(xué)習(xí)時(shí)間比較緊張，所以，返校后線下課堂學(xué)習(xí)是學(xué)生動(dòng)手操作，原則上不再進(jìn)行和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)的理論知識(shí)學(xué)習(xí)與討論。

（二）學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

線上開(kāi)課的第二天，7個(gè)班學(xué)生全部參加中國(guó)大學(xué)MOOC網(wǎng)站東北大學(xué)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)SPOC課程的學(xué)習(xí)。對(duì)實(shí)驗(yàn)一（基本操作練習(xí)）、實(shí)驗(yàn)二（醋酸總酸度的測(cè)定）、實(shí)驗(yàn)三（水樣中Pb2+含量的測(cè)定）和實(shí)驗(yàn)四（自來(lái)水水硬度的測(cè)定）的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，學(xué)生學(xué)習(xí)視頻的人數(shù)大于98%，這表明學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度積極，能夠珍惜和充分利用線上資源自主學(xué)習(xí)。對(duì)于個(gè)別沒(méi)有上線學(xué)習(xí)的同學(xué)，教師會(huì)及時(shí)與其溝通，了解情況，督促改正。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中有任何問(wèn)題都可以在線上學(xué)習(xí)頁(yè)面的討論區(qū)留言提問(wèn)，教師每天上線答疑。

為檢查學(xué)習(xí)情況，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)后完成單元測(cè)驗(yàn)，學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)一到實(shí)驗(yàn)四測(cè)驗(yàn)的成績(jī)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖1。測(cè)試成績(jī)滿分為10分，從實(shí)驗(yàn)一到實(shí)驗(yàn)四，分?jǐn)?shù)在6分以下的學(xué)生人數(shù)百分比分別為0.5%、4%、4%和1%;9分以上的人數(shù)百分比分別為68%、62%、78%和86%。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，絕大多數(shù)學(xué)生能夠認(rèn)真在線學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效果良好。并且，隨著課程學(xué)習(xí)時(shí)間的延長(zhǎng)，優(yōu)秀以上成績(jī)的學(xué)生人數(shù)越來(lái)越多，說(shuō)明學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容掌握得越來(lái)越好。

二、依托騰訊會(huì)議開(kāi)展實(shí)時(shí)課堂討論

在開(kāi)展了二周非實(shí)時(shí)線上授課之后，根據(jù)班級(jí)學(xué)委的反饋和MOOC后臺(tái)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)有些同學(xué)的學(xué)習(xí)情況很好，測(cè)驗(yàn)成績(jī)優(yōu)秀;同時(shí)也有個(gè)別同學(xué)的測(cè)驗(yàn)成績(jī)不及格。為及時(shí)了解和督促同學(xué)的學(xué)習(xí)，在第三教學(xué)周，依托騰訊會(huì)議平臺(tái)，與7個(gè)班的同學(xué)開(kāi)展實(shí)時(shí)課堂討論。為保證討論課效果，每次限定一個(gè)班級(jí)，教師逐一和每個(gè)同學(xué)直接對(duì)話。

7個(gè)班同學(xué)參加線上討論課的人數(shù)百分比為97～100%。在討論課中，學(xué)習(xí)好的同學(xué)介紹了自己的經(jīng)驗(yàn)，如，在觀看和學(xué)習(xí)課件視頻和實(shí)驗(yàn)操作視頻時(shí)，遇到重要的內(nèi)容，會(huì)按視頻暫停鍵，記錄筆記;看完一遍后如果有不清楚的內(nèi)容，會(huì)再次學(xué)習(xí)觀看。另外，由于每個(gè)同學(xué)有兩次測(cè)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，所以，有的同學(xué)會(huì)在完成一次測(cè)驗(yàn)后，再次觀看和學(xué)習(xí)視頻，這對(duì)第二次測(cè)試時(shí)取得好的成績(jī)很有幫助。有的班級(jí)還建立了課程討論群，同學(xué)間彼此答疑互動(dòng)。對(duì)于成績(jī)不好的同學(xué)，教師也詢(xún)問(wèn)了原因，這些同學(xué)的主要原因是學(xué)習(xí)時(shí)不夠認(rèn)真，對(duì)一些細(xì)節(jié)沒(méi)有重視，如使用滴定管時(shí)應(yīng)該如何讀數(shù)，用移液管移液時(shí)的正確操作等。開(kāi)展分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能要求較高，為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度，要求學(xué)生必須做到科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真細(xì)致。

在學(xué)生不能返校上課這種特殊的情況下，通過(guò)這種一對(duì)一對(duì)話的方式，教師可以將關(guān)心和問(wèn)候傳遞給每一個(gè)同學(xué)。在討論課中，教師簡(jiǎn)要地向同學(xué)們介紹了科學(xué)人員在抗疫中的重要作用，從新冠病毒的定性、到檢測(cè)新冠病毒核酸試劑盒的研制、再到新冠病毒疫苗的研制。將思政教育融入到課程教學(xué)中，鼓勵(lì)同學(xué)們努力學(xué)習(xí)，用科學(xué)知識(shí)武裝自己，作一個(gè)有責(zé)任心和有擔(dān)當(dāng)?shù)拇髮W(xué)生，畢業(yè)后更好地為國(guó)家和人民服務(wù)。

三、發(fā)送電子版教材

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教材是由東北大學(xué)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教師編寫(xiě)，于2019年3月出版[7]。因?qū)W生尚未返校，沒(méi)有紙質(zhì)版教材，這給學(xué)習(xí)帶來(lái)不便。為此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)和出版社老師溝通，在出版社的大力支持下，教師將教材中和本學(xué)期相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目匯編，給學(xué)生發(fā)送了分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材節(jié)選的電子版。以最大程度滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)要求。

四、開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)

安全是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重中之重，安全教育是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的第一堂課。東北大學(xué)“化學(xué)實(shí)驗(yàn)安全教育情景互動(dòng)式虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目”是國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，學(xué)生登陸國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享平臺(tái)[8]，通過(guò)沉浸式虛擬仿真學(xué)習(xí)和實(shí)景模擬操作，可以直觀地看到化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的危險(xiǎn)，演練如何安全操作和實(shí)驗(yàn)。通過(guò)課程學(xué)習(xí)，在學(xué)生頭腦中牢固地樹(shù)立安全實(shí)驗(yàn)的意識(shí)。

東北大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目于2018年開(kāi)始建設(shè)，邊建設(shè)邊使用。在疫情期間，項(xiàng)目平臺(tái)對(duì)不能返校的東北大學(xué)學(xué)生開(kāi)放[9]，網(wǎng)站上有近20個(gè)分析化學(xué)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中一些經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都在其中，如工業(yè)純堿中總堿度的測(cè)定、水硬度的測(cè)定、氯化物中氯含量的測(cè)定等。學(xué)生用學(xué)號(hào)登陸網(wǎng)站，可以開(kāi)展虛擬實(shí)驗(yàn)操作。圖2是食用醋總酸度測(cè)定虛擬仿真實(shí)驗(yàn)截圖。

五、推薦優(yōu)秀線上學(xué)習(xí)資源

考慮到學(xué)生不能返校，缺少教學(xué)資源，教師特別整理了優(yōu)秀的線上學(xué)習(xí)資源推薦給學(xué)生。包括：中國(guó)大學(xué)MOOC網(wǎng)站東北大學(xué)分析化學(xué)課程（國(guó)家精品在線課程）[10]、高教社電子教材網(wǎng)站[11]、科學(xué)出版社的科學(xué)文庫(kù)[12]、化學(xué)工業(yè)出版社電子書(shū)網(wǎng)站[13]、中國(guó)大學(xué)MOOC網(wǎng)站上大連理工大學(xué)和武漢大學(xué)的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)秸n等[14，15]。

六、結(jié)束語(yǔ)

在抗擊新冠肺炎疫情期間，通過(guò)多種途徑開(kāi)展了分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程線上教學(xué)。線上學(xué)習(xí)具有不受時(shí)間和地點(diǎn)限制的特點(diǎn)，方便學(xué)生根據(jù)自己的情況靈活地開(kāi)展自主學(xué)習(xí)，隨時(shí)隨地開(kāi)展課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。但是，線上學(xué)習(xí)要求學(xué)生具有較強(qiáng)的自我約束能力，教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，有個(gè)別同學(xué)會(huì)忘記參加學(xué)習(xí)，或?qū)W習(xí)效果不好。為此，需要教師隨時(shí)跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題。

在互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的今天，單一的線下教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足學(xué)生的需求，多元化的線上教學(xué)、線上線下混合教學(xué)受到學(xué)生的歡迎。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的線上教學(xué)不僅是目前特殊時(shí)期的教學(xué)手段，在以后的教學(xué)實(shí)踐中，我們將繼續(xù)探索和實(shí)行分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的線上線下混合教學(xué)，不斷總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，豐富教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)手段，為建設(shè)國(guó)家線上線下混合式一流課程而努力。

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[14]https：//www.icourse163.org/course/DLUT-1206225810[EB/OL].

[15]https：//www.icourse163.org/course/WHU-1003076007[EB/OL].

基金項(xiàng)目：2018年遼寧省普通高等教育本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目立項(xiàng)一般項(xiàng)目“化學(xué)實(shí)驗(yàn)安全教育虛擬仿真項(xiàng)目建設(shè)”（遼教函[2018]471號(hào)）

作者簡(jiǎn)介：于永麗（1962-），女，漢族，遼寧沈陽(yáng)人，博士，副教授，研究方向：光譜分析。

通訊作者：陳明麗（1979-），女，漢族，河南焦作人，博士，教授，研究方向：樣品預(yù)處理方法與技術(shù)。