互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與高校化學(xué)實驗教學(xué)深度融合的意蘊解讀與路徑探索

嚴(yán)霜 方紅明

摘 要：化學(xué)實驗教學(xué)是高校化學(xué)專業(yè)的重要培養(yǎng)環(huán)節(jié)，化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量直接關(guān)系著化學(xué)專業(yè)學(xué)生的實驗技能掌握水平，影響化學(xué)專業(yè)的人才培養(yǎng)。因此，改善化學(xué)實驗教學(xué)在提高化學(xué)專業(yè)教學(xué)質(zhì)量方面具有重要作用。實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與高校化學(xué)實驗教學(xué)的深度融合，不僅有助于化抽象為具體，使學(xué)生獲得直觀體驗，還有助于突破時空局限，方便操作重復(fù)，更有助于提升學(xué)習(xí)反饋的及時性與準(zhǔn)確性。因此，為了提升高校化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量，各高校化學(xué)專業(yè)還需通過建設(shè)云平臺，充分調(diào)動化學(xué)實驗教學(xué)信息資源，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，重塑化學(xué)實驗教學(xué)體系，依托大數(shù)據(jù)技術(shù)調(diào)整化學(xué)實驗教學(xué)過程與管理，通過線上線下多渠道完善化學(xué)實驗安全教育工作，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與高校化學(xué)實驗教學(xué)的深度融合。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù);化學(xué)實驗教學(xué);高校教學(xué);大數(shù)據(jù)技術(shù)

20世紀(jì)90年代以來，我國開始積極探索信息技術(shù)與課堂教學(xué)融合發(fā)展路徑，但由于實驗教學(xué)操作性強、實驗影響因素較多，高校化學(xué)實驗課程教學(xué)與信息技術(shù)的融合發(fā)展還需深入探究與實踐。本研究結(jié)合武漢科技大學(xué)化學(xué)實驗課程教學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展經(jīng)驗，對信息技術(shù)與高校化學(xué)實驗課程教學(xué)提出了可行性建議。

1 ? ?互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與高校化學(xué)實驗教學(xué)深度融合的積極作用

1.1 ?有助于化抽象為具體，使學(xué)生獲得直觀體驗

在高校化學(xué)實驗教學(xué)過程中，學(xué)生可以親自動手完成實驗，看到實驗的真實現(xiàn)象，感知實驗操作的全過程。但化學(xué)實驗原理較為抽象，學(xué)生在理解上有困難，在實驗中觀察到的現(xiàn)象有時與教材中描述的不一致，進(jìn)一步增加了實驗教學(xué)的難度。因此，可以應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行模擬實驗和結(jié)果預(yù)測，有助于化抽象為具體，讓學(xué)生對整個實驗操作過程和實驗原理有更立體、直觀的認(rèn)識。例如，在柱層析分離法實驗中，部分同學(xué)不理解物質(zhì)在硅膠上多次吸附、脫附的原理，可以運用Flash、Director等3D動畫技術(shù)軟件模仿出不同極性分子在硅膠顆粒中的吸附、脫附情況，甚至可以通過模擬幫助學(xué)生理解如何選擇不同極性的溶劑以及柱層析分離法的原理和遷移應(yīng)用。

1.2 ?有助于突破時空局限，方便重復(fù)操作

近年來，信息技術(shù)在高校實驗教學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用，不僅能打破時間與空間的限制，讓師生通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行學(xué)習(xí)資料分享和學(xué)習(xí)互動，也能讓學(xué)生借助互聯(lián)網(wǎng)展開自主學(xué)習(xí)[1]。例如：Chemlab等軟件可以模擬很多常規(guī)化學(xué)實驗并解釋其化學(xué)原理，如緩沖溶液原理、酸堿滴定、天平稱量、原油的蒸餾、原電池反應(yīng)等。教師可以借助此類軟件提前錄制實驗教學(xué)視頻、制作實驗原理動畫等教學(xué)產(chǎn)品，提前向?qū)W生展示;學(xué)生也可以通過查閱資料、在線觀看視頻、在線模擬實驗等方式，了解實驗原理、實驗背景與安全操作，提前熟悉實驗過程中可能出現(xiàn)的問題，并對實驗失敗的原因進(jìn)行復(fù)習(xí)總結(jié)。鼓勵學(xué)生在實驗?zāi)M平臺上開展創(chuàng)新實驗探究預(yù)演，然后在實驗室進(jìn)行探究和驗證，提升實驗教學(xué)的智能化程度，降低實驗風(fēng)險，減少實驗產(chǎn)生的環(huán)境污染。

1.3 ?有助于提升學(xué)習(xí)反饋的及時性與準(zhǔn)確性

在傳統(tǒng)化學(xué)實驗教學(xué)模式中，教師需要通過多次批改學(xué)生的實驗預(yù)習(xí)與實驗記錄報告、現(xiàn)場反復(fù)觀察學(xué)生實驗操作情況，判斷學(xué)生對實驗原理和實驗操作的掌握情況。受課堂時間等因素限制，教師不能全面地考察每一個學(xué)生對實驗知識與技能的掌握情況。信息技術(shù)的參與不僅可以幫助學(xué)生提前做好實驗預(yù)習(xí)和準(zhǔn)備工作，也能幫助教師及時了解學(xué)生在實驗預(yù)習(xí)和模擬過程中存在的問題，并及時作出相應(yīng)的教學(xué)調(diào)整。

2 ? ?互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與高校化學(xué)實驗教學(xué)深度融合的意蘊解讀

2.1 ?互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與化學(xué)實驗教學(xué)深度融合的內(nèi)涵

信息技術(shù)教育活動的融合發(fā)展，本質(zhì)是共同促進(jìn)人的發(fā)展，二者融合的內(nèi)涵主要體現(xiàn)人在教育發(fā)展中的特征差異。

（1）信息技術(shù)的融合提升了化學(xué)實驗課程中學(xué)生的體驗感。一方面，學(xué)生可以通過信息技術(shù)進(jìn)行課前實驗?zāi)M和預(yù)習(xí)，了解實驗原理和基本操作規(guī)程，提升學(xué)習(xí)興趣;另一方面，學(xué)生也可以結(jié)合課前預(yù)習(xí)對現(xiàn)行的實驗教學(xué)方案提出創(chuàng)新思路，并在課上與教師交流，提升實驗學(xué)習(xí)體驗感和成就感。

（2）信息技術(shù)的融合深化了教育“以人為本”的理念和人的全面發(fā)展理念。信息技術(shù)參與化學(xué)實驗課程教學(xué)彌補了實驗課堂知識與技能的不足，為教師和學(xué)生的個人發(fā)展提供了更多信息技術(shù)支持，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)中真正成為自由的個體。

2.2 ?互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與化學(xué)實驗教學(xué)深度融合的特征

（1）學(xué)科性。最初，信息技術(shù)與教育的融合發(fā)展以廣播電視為載體進(jìn)行簡單的視聽教學(xué)，此后，逐步以“電化教育”為名發(fā)展成為一門獨立的學(xué)科，并保持學(xué)科的內(nèi)在統(tǒng)一性和連續(xù)性[2]。信息技術(shù)既是技術(shù)，也是一門完善的現(xiàn)代學(xué)科，兼具學(xué)科性與科學(xué)技術(shù)性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬仿真等信息技術(shù)逐漸參與教學(xué)活動，教育技術(shù)的創(chuàng)新也為現(xiàn)代高等教育改革提供了技術(shù)支撐。

（2）連續(xù)性。教育活動和信息技術(shù)的發(fā)展都經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜、由單一到多元的發(fā)展歷程。一方面，教育活動和信息技術(shù)的發(fā)展都具有階段性、連續(xù)性等特征，從早期的“電化教育”階段開始，二者便處于在發(fā)展中融合、在融合中發(fā)展的交互遞進(jìn)狀態(tài)[3]。另一方面，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，教育活動和信息技術(shù)在不同階段的融合發(fā)展也具有階段性特征。同時，不同階段的特征也可以延續(xù)到下一階段，并在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中得到強化。

2.3 ?互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與化學(xué)實驗教學(xué)深度融合的方式

（1）信息技術(shù)可以作為實驗教學(xué)的實施要素和輔助工具參與到實驗教學(xué)過程中。信息技術(shù)的參與能彌補教育水平和教學(xué)設(shè)計中存在的不足，也能幫助教學(xué)活動克服教育資源配置不足等方面的困難。同時，信息技術(shù)也可以作為一種信息載體，將優(yōu)質(zhì)的教育資源、優(yōu)秀的展示課等以文字、圖片、視頻、音頻等形式留存，便于學(xué)生反復(fù)學(xué)習(xí)觀看。

（2）信息技術(shù)也是一種新型教學(xué)形態(tài)。信息技術(shù)在實驗教學(xué)中的引入，不僅能促使教師更新個人教育理念與教育技能，也能幫助教師開展學(xué)情診斷、課程評價等工作，讓教師及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)習(xí)情況，并結(jié)合學(xué)生的實際情況及時調(diào)整教學(xué)模式[4]。

（3）信息技術(shù)與實驗教學(xué)的融合可以打破時間、空間、技術(shù)、資源配置等方面的限制，還能通過虛擬仿真技術(shù)，創(chuàng)設(shè)更具真實性的模擬實驗場景，強化學(xué)生的感官認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力，提升教學(xué)活動的靈活性，實現(xiàn)學(xué)生的個性化發(fā)展[5]。

3 ? ?互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與高校化學(xué)實驗教學(xué)深度融合的路徑探索

3.1 ?建設(shè)云平臺，充分調(diào)動化學(xué)實驗教學(xué)信息資源

近年來，武漢科技大學(xué)多次開展虛擬實驗教學(xué)研究，并借助校外技術(shù)建立了武漢科技大學(xué)-智慧樹云課程平臺，該平臺在2020年網(wǎng)絡(luò)授課中發(fā)揮了重要作用，并在線下授課中得以延續(xù)使用。

在保留現(xiàn)有信息化教學(xué)成果的同時，也可以進(jìn)一步調(diào)動化學(xué)實驗教學(xué)信息資源，建設(shè)化學(xué)實驗教學(xué)云平臺。一方面，高校可以在學(xué)校的云平臺中為教師和學(xué)生提供一定的個人云存儲空間，滿足師生的學(xué)習(xí)和科研需要。另一方面，高校要完善云平臺終端設(shè)備建設(shè)，以便師生在多種終端訪問、更新云端數(shù)據(jù)。

3.2 ?結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，完善化學(xué)實驗教學(xué)體系

完善管理制度是高校實驗課程體系改革的核心工作之一。當(dāng)前，武漢科技大學(xué)化學(xué)實驗課程借助理論課體系建立的智慧樹云課程平臺的管理經(jīng)驗和技術(shù)，進(jìn)行實驗課程在線模擬教學(xué)。但其仍需結(jié)合化學(xué)實驗課程的教學(xué)特征和優(yōu)勢，建立和完善相關(guān)制度，并從制度層面進(jìn)一步突出互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)融入化學(xué)實驗教學(xué)體系的核心優(yōu)勢，提升辦學(xué)創(chuàng)新性、突破實驗教學(xué)的時空局限性。

以互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)為依托，完善化學(xué)實驗教學(xué)體系，可以從兩個方面入手：（1）調(diào)整實驗類型結(jié)構(gòu)，降低驗證性實驗的占比，增加自主探究性、創(chuàng)新性實驗內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的綜合探究能力，為學(xué)生未來求學(xué)和工作打下基礎(chǔ)。基于此，高校需要結(jié)合教學(xué)改革方向和目標(biāo)，調(diào)整實驗課程考核標(biāo)準(zhǔn)。（2）調(diào)整實驗課程教學(xué)人員配置。實驗教師隊伍中需增設(shè)線上實驗教學(xué)課程開發(fā)崗位，負(fù)責(zé)實驗課程在線教學(xué)的前期準(zhǔn)備、課程實施和學(xué)情反饋。其他教師則可以在在線教育的前提下進(jìn)行線下實驗的拓展和補充，實現(xiàn)線上線下教學(xué)平行發(fā)展，也不增加實驗教師的工作量。

3.3 ?依托大數(shù)據(jù)技術(shù)調(diào)整化學(xué)實驗教學(xué)過程與管理

近年來，大數(shù)據(jù)技術(shù)在各個行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，在高校實驗室建設(shè)中引入大數(shù)據(jù)技術(shù)主要用于大型儀器設(shè)備共享平臺的建設(shè)與管理，也可以進(jìn)一步在教學(xué)類化學(xué)實驗室的建設(shè)中引入大數(shù)據(jù)技術(shù)。一方面，高校可以將大數(shù)據(jù)技術(shù)并入云端學(xué)習(xí)平臺，實時監(jiān)測學(xué)生的在線學(xué)習(xí)情況，并借助大數(shù)據(jù)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)難點和興趣點，以便更好地開展教學(xué)工作。另一方面，大數(shù)據(jù)技術(shù)的并入還可以將本校各個學(xué)科聯(lián)系到一起，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心共享，為跨學(xué)科專業(yè)人才培養(yǎng)提供更多優(yōu)勢教學(xué)資源。

3.4 ?線上線下多渠道完善化學(xué)實驗安全教育工作

實驗室安全教育也是高校育人的重要內(nèi)容之一。目前，武漢科技大學(xué)已經(jīng)建立“學(xué)院-學(xué)校”二級實驗室安全管理與安全教育制度，通過安全培訓(xùn)、安全設(shè)施定期維護(hù)、消防演練、危化品集中管控等方式，提升實驗室安全管理效率。未來，還可以從以下兩個方面將互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)引入高校化學(xué)實驗室安全教育。

（1）建立信息化實驗室安全監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，24 h不間斷地監(jiān)測實驗樓內(nèi)外安全情況，將火情、危險化學(xué)品泄漏等突發(fā)安全事故及時報警和上傳。此外，也可以利用實驗室信息化安全管理系統(tǒng)的日常監(jiān)測數(shù)據(jù)對實驗室進(jìn)行安全風(fēng)險排查，及時消除設(shè)備老化、人為操作不規(guī)范等因素埋下的安全隱患。

（2）開展線上線下聯(lián)動的化學(xué)實驗室安全教育，借助模擬技術(shù)和動畫技術(shù)，展示實驗室安全事故和安全隱患。同時，鼓勵師生在線交流實驗室安全管理中包含的專業(yè)理論知識和化學(xué)實驗原理，真正將安全教育與專業(yè)知識教育結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的安全素養(yǎng)和安全操作技能。

4 ? ?結(jié)語

結(jié)合當(dāng)前我國互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與高校化學(xué)實驗教學(xué)融合發(fā)展的現(xiàn)狀，提出了高校化學(xué)實驗教學(xué)信息化發(fā)展的具體建議，包括充分調(diào)動與融合高校化學(xué)實驗教學(xué)信息化資源、完善以信息化系統(tǒng)為依托的高校化學(xué)實驗室教學(xué)資源體系建設(shè)、依托大數(shù)據(jù)技術(shù)調(diào)整高校化學(xué)實驗課程教學(xué)方案、多渠道同步推進(jìn)完善高校化學(xué)實驗室安全教育，從人才、技術(shù)、資源、實驗安全等多角度出發(fā)，構(gòu)建安全、智能、高效的化學(xué)實驗室信息化教學(xué)與管理體系。

[參考文獻(xiàn)]

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[4]張鳳琴，劉強，林曉瓏.信息技術(shù)與大學(xué)物理實驗深度融合的教學(xué)模式研究與探索[J].實驗技術(shù)與管理，2019，36（6）：204-207.

[5]魏薇，譚佐軍.慕課背景下信息技術(shù)與實驗教學(xué)的深度融合[J].中國高等教育，2017（7）：54-56.

基金項目：校級“基于二級管理體制下地方高校實驗教學(xué)中心構(gòu)建與實踐”（2020X041）

作者簡介：嚴(yán)霜（1992— ），女，漢族，湖北宜昌人，助理實驗師，碩士;研究方向：化學(xué)實驗教學(xué)。

通信作者：方紅明（1978— ），男，漢族，安徽安慶人，高級實驗師，碩士;研究方向：煤焦化，化學(xué)實驗教學(xué)。