“大學化學”實驗線上線下混合式教學探索與實踐

粟銀 田曉霞 馬麗斯 林梅

摘要課內實驗是大學化學教學中的重要一環。但當前，由于學時少、知識點多及學生差異性大，使得大學化學實驗教學難以有效開展。為了解決這一問題，基于互聯網和各種信息技術的發展，提出在大學化學實驗教學中開展線上線下混合式教學。通過實驗教學內容的優化、線上教學平臺的建立，實現了課前線上預習、課中線下互動及課后線上線下討論的教學過程。學生的空閑時間得到了有效利用，最終，顯著提高了教學效果。

關鍵詞 線上線下 大學化學實驗 混合教學

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.27.037

Exploration and Practice of Online and Offline Mixed Teaching of College Chemistry Experiment

SU Yin[1]， TIAN Xiaoxia[1]， MA Lisi[1]， LIN Men[2]，

（[1]Foundation Department， Air Force Engineering University， Xi’an， Shaanxi 710051；

[2]School of Aeronautical Engineering， Air Force Engineering University， Xi’an， Shaanxi 710038）

AbstractIn class experiment is an important part of college chemistry teaching. However， at present， due to less class hours， more knowledge points and great differences among students，it is difficult to carry out college chemistry experiment teaching effectively.Inordertosolvethisproblem，basedonthedevelopmentofInternetandvariousinformation technologies， itisproposedtocarryoutonlineandofflineHybridTeachingincollegechemistryexperimentteaching.Throughtheoptimization ofexperimentalteachingcontentandtheestablishmentofonlineteachingplatform，theteachingprocessofpreviewonthefront line， interaction in the middle line and offline and online and offline discussion after class is realized. Students’ free time has been effectively used， and finally， the teaching effect has been significantly improved.

Keywordsonline and offline； college chemistry experiment； mixed teaching

0引言

大學化學實驗是大學化學課程教學過程重要的實踐環節，是鞏固理論知識、培養實驗技能與創新能力、培養科學精神的手段，在高等學校人才培養中是不可替代的一環。然而，大學化學實驗教學中存在學時少、知識點多及學生差異性大這些問題，影響了大學人才培養質量。

互聯網技術發展、在線平臺建設、數字化教育資源的出現等都是現代教育技術的主要呈現形式，將在線的網絡資源應用在線下的教學中產生了線上線下混合式教學模式，這種模式解決當前教學中出現的一些問題，效果明顯。全媒體時代的互聯網，“云+網+端”成為信息時代的新型基礎設施，為線上線下教學一體化提供了基礎支持。依托這一基礎，很多教學平臺、高校、個人推出了線上教學視頻及課件，學生可以根據需求加以學習，解決了各地、各學校教育資源分配問題，時間、空間問題。傳統教學中都是教師單向輸出，學生被動接受，老師是課堂的中心，混合式教學把學生作為中心，所有的教學活動以學生的學習效果為中心。[1]混合式教學可以用技術的手段給學生示范、訓練動手能力，提供網絡資源；利用網絡平臺可以直播授課、觀看視頻、作業自測、交流討論等，能提高師資的利用效率，學生按照自己需求觀看課件，提高師生間交互程度；有的平臺能精細掌握學生的情況，實現因材施教；這種模式給課堂留下了更多深入探討的時間。這樣，學生在課前-課上-課后整個學習過程的每一個環節都最大限度地發揮主觀能動性，教師也可以減少授課環節的一些重復工作量。

本學科組根據《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》，發展以互聯網為載體的教育模式，并將現代教育和傳統的實驗教學結合，利用互聯網開展實驗教學，提升實驗教學質量，形成信息化教學條件下的線上線下實驗教學新模式，打造現代化教學平臺，提升大學化學的教育教學質量。

1我校大學化學實驗教學現狀

我校“大學化學”課程開設，一部分是面向后勤學院所屬專業的學生，作為一門重要的專業基礎必修課程；另一部分面向其他專業全期學生，作為選修課程；大學化學實驗作為課內實驗，是大學化學課程的組成部分。學生來自五湖四海，人數多，他們的實驗基本理論、基本知識、基本技能差異性極大。中學階段，鑒于學校條件和高考壓力，老師通常將化學實驗當作理論課講解，學生死記硬背實驗條件、反應過程、實驗結果；有的老師可能會播放演示實驗；極少數老師會給學生進實驗室的機會，即使有，時間也特別有限。這樣，形成了學生對化學實驗是完全陌生的局面，面對常規儀器的操作都無從下手。即使有基礎稍好的同學，能夠按部就班完成實驗步驟，卻難以理解與消化實驗內容，鞏固和延伸理論知識。

學生實驗前要求閱讀實驗教材，掌握實驗目的、原理、方法與步驟等內容，其中涉及的原理、儀器規范使用方法、數據處理軟件這些要求在預習階段要完全掌握，學生結合預習內容完成實驗報告冊的預習部分。實際上，學上往往直接摘抄實驗教材內容；同時，開放性的實驗資料并不多，學生使用互聯網的時間有限，針對性個人的預習實現不了。傳統實驗教學時，教師需要完整講授實驗原理、方法、步驟等內容，提醒學生實驗注意事項，學生才實驗。實驗儀器不知操作、實驗原理不求理解、實驗現象忽略不計，在學生中是常態。經過實驗“流程”，大多數同學能獨自按部就班完成，有的同學需要老師或同學手把手指導，有的同學在別人調節好的儀器上直接測量，個別同學直接抄襲或編造數據。實驗課上師生全程缺乏一個及時交流反饋時間、途徑，缺乏師生互動、同伴協作和交流、實現不了答疑解惑、消化實驗內容的目的，更談不上創新能力與創新思維的培養。

大學化學實驗作為課內實驗，沒有專門的考核，檢查學習效果主要是通過實驗報告的完成情況來判斷。每一次實驗報告按5分制判閱，學生取得的分值由完成度來決定，實驗成績由學生所有實驗報告的分值決定其檔次。實驗成績總分為30分，按照學校規定，結合成績檔次，每個學生可以得到一個絕對分。這種模式忽視了忽略實驗過程中學生的表現以及對實驗結果、現象的分析，這種評價方式形式單一且不能實現實驗教學目的。

2大學化學實驗線上線下教學實際運用

2.1優化大學化學實驗內容與體系

化學實驗教學是讓學生通過實際操作，觀察實驗現象來進一步理解理論知識，形成觀察、分析、解決問題能力，培養化學素養和科學精神。依照新的人才培養方案制定的大學化學教學計劃中，大學化學實驗教學是其重要的組成部分。為了適應化學實驗混合式教學的發展，在分析了大學化學實驗教學現狀及其普遍存在的問題的基礎上，結合大學化學實驗教學實際情況，根據優化后新版《大學化學》教學內容，設置化學熱力學、化學動力學、化學平衡、氧化還原反應和電化學四個模塊實驗，根據實驗特點分為實操實驗和仿真實驗，鼓勵學員應用所學的化學知識，根據實驗題目，自主查閱參考資料，自主設計實驗方案，自選與組裝實驗設備，自擬實驗操作過程，提出線上線下混合式教學模式下“大學化學”實驗教學體系（見圖1），整合傳統實驗教學資源優勢與信息化手段的高度融合，加大大學化學實驗教學資源利用，突破原來大學化學實驗模式，優化重整大學化學實驗教學內容，從而保證教學質量與效率。

2.2改革教學模式

依據“線下課堂教學為主，線上教學為輔助”的原則，[2]按照“課前預習-課堂學習-課后鞏固復習”的環節，開課前教師通過微信群、二維碼、服務器、QQ等多種平臺發送教學資源，這些資料包含微博、在線課堂、Mooc、遠程教育、公眾號、微課等整合的教學資源，有視頻和音頻、圖片、圖表、文字等多種形式。教師指導學生在線上完成實驗的基礎知識學習，如容量瓶、移液槍、分光光度計、水熱釜、綜合熱分析儀、電化學工作站等的基本應用；課堂上教師有針對地進行重點、難點講解和指導，如電化學測定的三電極體系、振蕩反應終點的識別等；課后教師引導學生針對實驗出現的問題進行分析和擴展，如電化學工作站的廣泛應用及結果分析。開通網上預約、在線答疑等教學活動，消除時空的限制。這種設計模式激發學生學習欲望和熱情，根據不同層次學生的興趣和需求有選擇地學習，改變了傳統教學過程實驗預習的單一性，便于牢固掌握實驗原理和方法，更能發揮學生的認知主體作用。

2.3創新教學手段

傳統的“大學化學實驗”教學都是學生根據預習-實驗-寫報告的環節來完成，這種方法的弊端就是老師講解較多，學生不鉆研，實驗過程中錯誤百出。比如移液管常用大拇指堵，分光光度計不工作時蓋子蓋住等問題層出不窮，同時由于老師不能及時看到所有同學的實驗過程，不能隨時發現問題、指出問題，會影響學生在理論知識運用、實驗能力訓練、綜合素質培養等方面嚴重不足，鑒于這種情況，可以通過信息技術和現代化教學手段來提升教學效率。[2]4G、5G智能手機的硬件平臺可以為大學化學實驗教學服務。可以通過手機連接無線投屏器虛擬WiFi系統，將智能手機的屏幕顯示在投影儀的屏幕上，智能手機可以播放常規的PPT、Word和PDF文件，還可以現場直播老師和學生的操作，講述儀器操作時可舉著手機或利用簡易的手機支架，現場直播教師的操作；實驗過程中，指導教師可以隨時直播學生的實驗操作錯誤，及時糾正其他學生的類似錯誤。

2.4創建綜合性實驗教學平臺

實驗教學平臺設有預約系統，可以預約創新型實驗時段、大型儀器使用時段；也設有交流平臺，學生可以進行交流討論、求助協助，有利于學生不受時空限制，隨時隨地學習，有助于實驗課堂教學順利實施。[3，4]

平臺設有大學化學實驗資源庫，鑒于課時有限，將部分實驗拍攝成相應的微課視頻上傳。微課一般是10-15分鐘左右的微型教學視頻，第一批建設的17個教學視頻，基本覆蓋教學大綱中要求的所有實驗項目，課前通過QQ、雨課堂或網絡平臺等形式發送給學生。除了視頻外，還提供一些化學實驗儀器說明書、規范操作，教師也可以根據學生實際情況發布資料，進入實驗室前，要求學生學習相關資源，一旦進入實驗室，學生可以即刻脫離教材獨立動手實驗，不需要教師詳細講解實驗原理、實驗步驟和儀器操作的時間。這樣一來，學生有更多的時間進行動手操作，甚至少數優秀的學生臨時還能優化、設計實驗；教師也有更多的時間監控學生實驗過程，解決學生面臨的實驗問題，還能給教師和學生在課堂上留下時間交流互動。同時積極為拓展學員自主創新實驗創造條件，創建了俱樂部，每年為學生開展第二課堂科技創新活動，打造創新實踐平臺。讓學生在自主實驗過程中延伸知識層次，并以適當方式激勵學生積極主動進行創新實驗，培養學生創新能力，提高解決問題實踐綜合能力。

綜合性實驗教學平臺還包括化學虛擬實驗室。鑒于實驗室人數多，經費不足，有的化學實驗具有一定危險性，實驗現象不明顯、進程緩慢等原因，有的化學實驗不宜在實驗室開展。化學虛擬實驗室可以彌補以上問題，對現實世界中的化學實驗進行模擬。[5]實驗者通過交互設備硬件和虛擬實驗系統與虛擬儀器進行交互，通過創建好的實驗場景、實驗內容，完成與真實實驗相同的各種操作，并且能觀察到實驗現象、得到實驗數據。根據實際情況，開設了4個虛擬實驗，利用虛擬平臺學生可以課前預習、簽到、實驗、評分，學生可以同步看到自己分數，隨時提出問題。

3結語

線上線下大學化學實驗的教學模式是在傳統教學模式的基礎上，順應互聯網信息化的產物，是“互聯網+”教育的具體落實。利用現代技術的教學資源及平臺，學生可以根據自己實際水平進行課前學習，并經過交流討論和預習檢測等環節，熟練掌握化學實驗的基本理論、基本知識、基本技能。混合式教學模式實施以來，節約了課堂講解和操作演示的時間，學生擁有更多時間開展自主實驗、探究實驗、創新實驗。線上線下的混合式教學既彌補了傳統教學的短板，也充分利用了互聯網的方便快捷，提高了學習積極性，開拓了學生的視野，加強了知識的針對性，提高了課堂效率，實現了學生課前預習、課中互動、課后反饋的教學過程，更大可能培養學生實驗技能，真正服務于學生的學習效果。雖然這種教學模式優勢明顯，在使用時仍要加強教學管理，比如校園網速度、覆蓋面積，網絡資料的更新等。

課題項目：2019年空軍工程大學重點課程建設項目，《大學化學》課程，編號KJ-19。2020年空軍工程大學基礎部首批教育教學理論研究基金，基于線上線下《大學化學》實驗混合式教學模式探索，部教[2021]4號

參考文獻

[1]曾秀瓊，蔡吉清，顧昊睿，等.基礎化學實驗中開展線上線下混合式教學的探索與實踐[J].大學化學，2020，35（9）：26-30.

[2]耿萍，張帆.基于微課的翻轉課堂教學模式在分析化學實驗教學中的探索[J].大學化學，2020，35（1）：12-16.

[3]蔡勇，邊衛紅，王常勇[J].教學模式及多元化問題探究[J].軍事交通學院學報，2016，18（1）：66.

[4]于歆杰.論混合式教學的六大關系[J].中國大學教學， 2019 （5）： 14-18，28.

[5]耿艷香，徐文超，張立毅，等.教學實踐中虛擬實驗的發展與完善[J].計算機教育，2014（24）：119-121.