虛擬仿真實驗融合翻轉課堂教學模式在化學實驗課程中的創新與實踐

郭琳，主曦曦

（山東科技大學化工學院，山東青島 266590）

1 當前高校實驗教學中存在的困難

1.1 實驗教學方法單一，創新能力不足。長期以來，傳統基礎化學實驗教學模式一直是以教師為主體，由教師完成知識的講授和傳遞過程，學生在學習過程中處于被動接受狀態，無法主動聯系理論知識來解決實驗中遇到的問題，其創新精神及實踐技能等方面都存在明顯缺陷。與此同時，實驗教師只是單純講解實驗步驟，教授學生具體實驗操作方法，很少能將思政教育與實驗教學相結合。盡管近年來各高校在人才培養過程中均強調實踐創新能力的重要性，而傳統教育模式下的學生，只是單方面地接受實驗操作技能，很少去思考各種實驗產生的淵源，由于不了解實驗發展的當前狀態，因此很難滿足當前科學，技術和社會發展的需要。

1.2 實驗設備緊缺，無法滿足讓每一個學生都能隨時動手操作，從而存在“部分學生圍觀”的情況，進而影響學生的實踐動手能力培養。與此同時，學生重視不足，動手能力差。一直以來，學生都認為理論學習比實踐環節更重要，加上實驗設備緊缺，學生們對實驗操作不重視，久而久之，導致學生動手能力差。實際上，基礎化學實驗是高校化學實驗操作技能的基礎，是開展綜合性開放實驗的前提。沒有良好的基礎實驗操作的技能，會嚴重影響工科學生的就業與考研等。

1.3 實驗教學考核模式單一化，不適應“互聯網+”的教學發展模式。傳統的實驗評估方法是讓學生根據老師的解釋重復實驗，記錄數據并編寫實驗報告，而老師則將學生的實驗報告標記為主要報告，這導致學生僅關注實驗報告。學生無法學會主動提出問題、分析問題和解決問題。此外，有關實驗的傳統報告已由老師更正，也沒有再發給學生進行查看與修改，學生對自己實驗報告的對與錯，都無從知曉。沒有溝通的教與學，無法滿足當前高等教育的要求。

2 虛擬仿真實驗融合翻轉課堂教學模式在化學實驗課程中的實踐

2.1 以知識為基礎，以德育為根本，將課程思政融入實驗教學中，重視工科學生科學思維方法的發展與教學，灌輸學生精益求精的大師精神。在馬克思主義理論和實踐方法論的指導下，注重科學思維的教學方法，提高學生正確理解，分析和解決問題的能力，并在學生中發展求實，探索真理的責任感和使命感。同時，在實驗授課過程中，將化學家的歷史故事融入課程教學中，提高學生學習興趣，激發學生科技報國的家國情懷。

2.2 改變傳統教學模式，以學生為中心，以雙創教育為引導，在虛擬仿真實驗教學的基礎上，優化實驗教學內容設計，遵循教學相長、因材施教、理論聯系實際的原則，實踐翻轉課堂。為了進一步提高實驗教學效果，將單一的傳統實驗室教學，向多邊交流互動的教學模式過渡，搭建多形式、多層次的培養平臺。課前，將提前制作好的化學實驗項目教學視頻上傳超星學習通平臺，并在視頻中設置彈題功能，同時，使用虛擬模擬實驗平臺為學生定制實驗預覽，實時記錄學生課前實驗操作情況，幫助學生對實驗知識及儀器形成感性認知；課中，結合學生在學習通的視頻觀看記錄，以及在虛擬仿真平臺的實踐操作情況，針對視頻彈題和操作中出錯率較高的題目，分析并說明試點項目的重點和難點，并回答學生進行實驗時遇到的問題；課后，通過學習通設置實驗反思，從而讓學生對每一個實驗項目做到“會學、會做、會講、會創新”，構建“教、學、做、創”一體化的教學模式，真正實踐翻轉課堂。

2.3 以專業為基礎，博采眾家之長，融合線上線下的優質教學資源，針對我校基礎化學實驗教學的特點，為全校各工科專業的普通化學實驗、基礎化學實驗（I）、基礎化學實驗（II）和基礎化學實驗（III）等實驗課程制作不同實驗項目的教學視頻，并上傳超星學習通平臺，允許學生隨時隨地通過手機觀看教學視頻。

2.4 以OBE理念為引導，強化過程考核和成果導向的考核機制。通過在超星在線平臺上進行視頻培訓以及在實驗虛擬仿真平臺上進行實驗操作，記錄學生課前預習、課中內化、課后深化的情況，將考核內容系統化與科學化，使得考核結果能夠更科學、更全面、更及時的反映學生的學習情況。

2.5 增加開放式試點項目的數量，以提高學生的自主創新能力。開放實驗是一門全面的體驗式課程，由老師指導并由學生自行開發。教育部在《關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》中提到，“擴展復雜而創新的實驗，幫助學生理解各種學術觀點并主持討論，跟蹤學科領域的最新發展，并提高獨立學習和獨立研究的能力。大學生需要以各種形式開展初步研究工作，例如參加學術研究項目或自行確定研究主題”。因此，在學生掌握了驗證性實驗的內容和基本化學實驗的方法之后，教師可以創建開放的復雜實驗項目，使學生可以根據對課程的專業知識獨立開發實驗程序。在實驗室中付諸實踐。它可以進一步激發學生的學習興趣，提高他們的科學和技術創新能力，并發展他們的綜合分析、設計和解決問題的能力。

通過將虛擬仿真實驗教學與翻轉課堂相結合，不僅可以在課前讓學生能夠通過虛擬仿真平臺自主學習基礎實驗步驟，滿足學生的學習需求；在課堂上，教師將花費時間和精力在實踐和問答環節上與學生進行實驗環節和步驟上的知識交流，從而改善與學生的互動并促進他們的深入學習，從而進一步提高學習質量，加速高校雙創教育的步伐。

3 后疫情時代對虛擬仿真實驗教學的思考

隨著時代的發展，云計算、互聯網＋、大數據等現代信息技術為高校提供了新的實驗教學手段，特別是在疫情期間，基于現代信息技術的虛擬仿真實驗教學已經成為大學教學實驗的重要組成部分。今年疫情下，雖然各學校實現了運用虛擬仿真平臺進行化學實驗教學，但由于軟件價格都比較高，它暫時無法滿足不同專業的不同學習需求和不同學生的自尊心。

同時，針對有留學生培養的專業實驗項目，虛擬仿真軟件平臺也存在欠缺。由于疫情期間，留學生大都在國外，導致這些學生無法登陸國內的虛擬仿真軟件平臺，只能由任課教師在實驗室進行實驗操作展示。這樣一來，虛擬仿真實驗教學就成了虛設，學生沒有了實驗數據，也就無法完成實驗教學任務。

由此看來，進行虛擬仿真實驗教學可能是我們學習的重要工具，但卻不能成為我們教學的全部。面對面的實驗操作教學，在實驗教學中有著不可比擬的重要性。授課教師可以通過觀察學生的實驗操作技能來不斷改進實驗教學項目和條件，以更好地提高學生動手能力。

后疫情時代，當我們都回到教室和實驗室教學時，與其限制學生玩手機，不如改變我們的教學手段，繼續通過虛擬仿真實驗和翻轉課堂來加強教學中教與學的溝通。我們可以讓虛擬仿真實驗教學成為課堂教學的補充，授課教師可以通過設置課前或課后的虛擬仿真實驗操作來檢驗學生預習或復習的效果，從而不斷提升課堂教學效果，提升教育教學質量。