基于混合式教學模式下的無機化學實驗教學改革研究

王靜嵐，王 奇，陸 露

（江西科技師范大學化學化工學院，江西南昌 330013）

無機化學實驗是高校大化學類（化學、藥學、材料、食品和環(huán)境工程等）專業(yè)學生接受的第一門專業(yè)基礎實驗課程，該課程不僅是化學實驗的重要分支，也是學生學習其他化學實驗課程的重要基礎，是真正開始培養(yǎng)學生實驗基本操作技能和運用理論知識解決問題的一門課程。

1 調研分析內容

從實驗課程中預習、實驗、總結三環(huán)節(jié)展開探究，采用的方法有訪談法、問卷法、統(tǒng)計法。探究分析從三個角度進行：傳統(tǒng)的實驗模式、疫情期間的線上模式、線上線下混合式模式。其中混合式教學思路如圖1。

圖1 混合式教學思路

1.1 預習階段

預習是實施課程教學的首要環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)的實驗教學模式中，預習環(huán)節(jié)通常是教師課前布置教材中的內容并向學生提供相應查閱資料的專業(yè)網(wǎng)站，預習效果考察主要以教師課前提問為主，缺乏對學生預習狀況的全面了解?；旌鲜浇虒W中預習的整個過程加入有關實驗安全、實驗探究的內容，以多種形式對學生思政情感進行潛移默化的滲透?！半u蛋殼制備乳酸鈣”混合式教學預習流程如圖2。

圖2 “雞蛋殼制備乳酸鈣”實驗混合式教學預習流程

1.2 實驗階段

傳統(tǒng)教學實驗只是按照教學目標對學生進行相關的要求，教學效果檢驗單一。混合式教學將實驗目的、原理、內容、步驟和注意事項在實驗前通過線上學習平臺完成預習，同時利用仿真平臺進行實驗。教師根據(jù)不同類型的實驗和預習情況來調整實驗授課側重點，既增強了學生對實驗項目的理解，又給予了學生對實驗現(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)的探究和拓展，突出學生學習的主體地位。如圖3對于不同類型的實驗采用了不同的混合式教學流程。

圖3 不同類型實驗的混合式教學流程

1.2.1 基本操作實驗的混合式教學

基本操作規(guī)范是實驗成功的重要前提，該階段實驗重點在于讓學生掌握規(guī)范的實驗操作、實驗室安全以及一些常用實驗儀器的使用方法，培育學生科學、規(guī)范的嚴謹態(tài)度。

1.2.2 制備實驗類型的混合式教學

在教學中制備實驗是遞進式安排的，實驗難度系數(shù)越來越大，以在規(guī)定的時間內制備所得產品的質量和數(shù)量考查學生的實驗技能。實驗安排先由兩人合作完成2個實驗單元，再獨立完成1項綜合制備實驗。學生首先在超星學習通平臺和中國大學MOOC平臺預習實驗目的、原理、方法和步驟，再在虛擬仿真平臺進行線上仿真實驗，三個平臺任務完成，成績合格者方可進入線下實驗環(huán)節(jié)，制備實驗單元的混合式教學有效地提升了學生的合作學習和獨立自主的實驗 能力。

1.2.3 性質驗證實驗的混合式教學

性質實驗是指元素性質相關實驗，實驗內容多而偏雜，實驗現(xiàn)象常常會因為試劑用量、加入試劑的先后順序和快慢、介質酸堿性和反應溫度等條件的不同會變得復雜，甚至與理論預測的現(xiàn)象不符[1]?；旌鲜浇虒W則先利用虛擬仿真平臺提前進行模擬實驗，對實驗現(xiàn)象有初步的了解，梳理好實驗步驟，提前分析哪些因素可能會影響實驗，在線下實驗時，對不符合預期的實驗現(xiàn)象能有效地予以分析和解釋，切實地提高學生們分析問題和解決問題的能力。性質驗證實驗的混合式教學流程如圖4。

圖4 性質驗證實驗的混合式教學流程

1.2.4 創(chuàng)新型實驗的混合式教學

學生具備了一定的實驗能力后，則可利用線上學習平臺的教學資源和查閱文獻，自行設計出創(chuàng)新性的實驗方案，再經小組和班級兩級討論設計出最佳方案。通過開設創(chuàng)新性綜合實驗提升學生的綜合實驗能力。如“雞蛋殼制備乳酸鈣”“廢棄易拉罐制備明礬”等與生活息息相關的綜合實驗，將變廢為寶的綠色環(huán)保理念融入具體的實驗項目，將知識、能力與社會實踐緊密相連，跳出內容有限的教材，提升實驗教學的高度，將知識外延。學習書本之外的操作技能，又如增設“鐵、鈷、鎳、銅和鋅的紙上層析分離”“配合物晶體場分裂能測定實驗”“納米材料綠色合成方法的研究”等更多的探究綜合實驗，以培養(yǎng)學生的綜合實驗能力，在教學的深度和廣度發(fā)力，有效地增強學生獨立設計、分析問題、舉一反三能力?！半u蛋殼制備乳酸鈣”實驗課程任務單見圖5。

圖5 “雞蛋殼制備乳酸鈣”實驗課程任務單

1.3 總結階段

實驗教學的課后內化提升十分重要，通過學生的總結和思考，可以提高他們對數(shù)據(jù)的處理能力和對知識的總結歸納的能力[2]。傳統(tǒng)實驗教學總結方式通常是批閱實驗報告，總結方式單調不全面。實施線上線下混合式教學模式，教師可以在實驗教學完成之后，通過批閱學生手寫實驗報告，檢查平臺仿真實驗數(shù)據(jù)等多種方式對課程項目完成情況有一個全面的評價。學生也可以通過同樣的途徑對知識掌握情況更清晰明了，學生們的理論知識和實驗水平都能得到全面提升和發(fā)展。

2 混合式教學提升實驗課程教學效果

結合豐富的網(wǎng)絡線上教學資源與傳統(tǒng)的教師講解學生操作教學，混合式教學模式潛力巨大。線上學習平臺指導自學，經過多次模擬仿真練習后再實戰(zhàn)，尤其在疫情常態(tài)化的大背景下，虛擬仿真實驗極大地降低突發(fā)狀況對實驗教學的影響[3]。相比于傳統(tǒng)的教學方式，混合式教學取得的成效與優(yōu)勢從實驗能力、創(chuàng)新能力、思政元素和評價機制四個方面分析評定。

2.1 實驗能力

無機化學實驗核心思想在于基礎性，教學過程中著重于規(guī)范實驗過程的基本操作，狠抓基本技能訓練。圍繞“學做實驗”“會做實驗”“能做實驗”“做好實驗”實施教學過程，熟練掌握實驗的操作技能，培養(yǎng)良好的“一看、二練、三反思”實驗習慣，夯實實驗基礎能力。

無機化學實驗作為一門實驗學科，以學生會做實驗、能做實驗、做好實驗為基本要求，強調將知識拓展創(chuàng)新，注重自主學習。線上線下混合式教學方式可以讓學生主動接收文字型實驗技能的指導，并將難消化的抽象信息通過虛擬實驗練習，以“看”“做”“聽”等實際感官強化實驗能力。虛擬仿真實驗改變了學生獲取知識的方式，以更直觀生動、高質有效的方式將知識傳遞給學生，課本里枯燥的內容逐步從紙上演進到3D視覺呈現(xiàn)和操作，對于激發(fā)學生的學習熱情和提高學習效率有很好的促進作用。

2.2 創(chuàng)新能力

將學術研究、科技發(fā)展前沿成果引入課程，提升教學內容創(chuàng)新性、前沿性與時代性。虛擬仿真技術和線上平臺的應用，高度融合化學學科理論知識和實驗技能，在對環(huán)境零污染并保證學生安全的前提下，讓學生能夠學習到更多的實驗知識，培養(yǎng)學生的動手能力和科研創(chuàng)新能力[3]。

教學方法體現(xiàn)先進性與互動性，線上線下、翻轉課堂，積極引導學生進行探究式與個性化學習。利用互聯(lián)網(wǎng)技術擴展實驗教學，依托中國大學MOOC、超星學習通和虛擬仿真平臺，把知識體系通過多種方式與學生的感觀聯(lián)系起來，線上線下同頻共振，從被動接受型轉變?yōu)橹鲃觿?chuàng)新型，加深了對實驗內容的理解、對實驗現(xiàn)象的觀察以及實驗操作技能的規(guī)范，極大地豐富了教學內容和教學手段。

2.3 思政元素

構建滋養(yǎng)工匠精神的價值體系，培養(yǎng)工匠精神是應用型高校的時代使命，讓敬業(yè)執(zhí)著、吃苦耐勞、精益求精、勇于創(chuàng)新成為實驗課程自覺的價值追求，將綠色與安全化學理念有效滲透于實驗過程中，將其充分貫徹落實到實驗教學的方方面面，注重環(huán)保責任意識和實驗室安全意識，踐行工匠精神。

在無機化學實驗過程中會接觸許多強酸強堿、重金屬離子反應，還會使用酒精燈加熱等一系危險操作，應時刻將綠色化學理念滲透于實驗教學中，提高實驗室安全責任意識。在實驗階段中，按照先小組合作，再獨立完成的順序。合作實驗要求學生具備溝通交流能力與團隊合作精神，養(yǎng)成認真、求實、勤奮良好科研精神和嚴謹、規(guī)范的實驗習慣，在獨立完成實驗環(huán)節(jié)注重培養(yǎng)獨立思考和解決問題的能力。

2.4 評價機制

線下傳統(tǒng)教學中教師只能根據(jù)主觀判斷給出一個較為籠統(tǒng)的分數(shù)，成績評定存在隨意性大、不合理的問題，十分不利于全面衡量學生對實驗知識的掌握能力[4]。而混合式教學中線上預習情況與虛擬仿真實驗可以作為一項考查內容，豐富評價方式。利用MOOC和學習通平臺的“預習任務”進行自檢，教師迅速準確地得到教學效果的信息反饋，及時進行有的放矢的教學指導，既減輕了負擔，又為達到教學目標創(chuàng)造了條件?；旌鲜浇虒W較傳統(tǒng)教學擁有線上大數(shù)據(jù)信息，可以根據(jù)不同班級的個體差異，把個體的有關側面進行相互比較，更好地進行個體內差異評價，且過程性評價和總結性評價分別可以和大數(shù)據(jù)、網(wǎng)上在線測試問答完美契合，體現(xiàn)教學的達成度。表1為課程評價表。

表1 課程評價表

3 結束語

線上線下混合式教學仍有部分需要改進的地方，主要體現(xiàn)為線上預習過程不夠精簡，學生和教師皆需要耗費大量時間和精力；模擬實驗部分步驟與線下實際操作有部分不同；學生學習自主性還有待提高；線下實際操作機會僅限于上課教學時間。針對以上問題提出以下改善的方式：

1）充分調動學生的學習狀態(tài)。教師全面審視課堂教學，結合學習規(guī)律，調整線上線下教學任務比例，增加與學生的互動，激發(fā)學生的學習熱情，調動出學生更好的學習狀態(tài)。

2）通過開放實驗室，讓學生線下實際操作機會不再僅限于上課教學時間，能夠有機會去嘗試不同的實驗操作方式，體會實驗過程中的微妙差別對于實驗現(xiàn)象或誤差帶來的影響，進一步提升實驗的探究性和創(chuàng)新性。