信息化教學在無機及分析化學實驗中的應用與思考

劉春英，馮錫蘭，李汝奕，劉大鵬，董 斌，張兆麗，盧玉坤

（中國石油大學（華東）化學化工學院，山東 青島 266580）

無機及分析化學實驗課是高等理工科院校化學、應用化學、化學工程與工藝、環境工程、能源化學工程、化工安全工程專業一年級學生的必修課程之一，是一門重要的基礎實踐性課程。開展這門基礎化學實驗課程的目的是讓學生學習實驗基本操作技能和相關實驗儀器的使用，培養學生仔細觀察、認真記錄、正確處理實驗數據等良好的實驗素質和嚴謹的科學態度，提高獨立自主能力和分析問題、解決問題的能力，為學習后續課程和開展科學研究打下良好的基礎。隨著信息技術的發展，傳統的實驗教學手段顯得過于單一，已經不能適應當前的教學模式，教育信息化已經成為高等教育發展的必然趨勢。信息化教學成為教學改革的必然選擇，信息技術成為教師進行教學模式變革的重要手段。本文探討將信息化教學手段應用到無機及分析化學實驗教學各環節中，在實驗課前、課中和課后均能夠有效助力教師實驗教學的開展，如圖1 所示。從圖1 可以看出，信息化教學手段可以融入到學生的課前預習、課上實驗、實驗課后實驗報告的書寫、討論及復習等各環節過程中。進而探討信息化教學手段在實驗教學中的實踐效果，信息化教學手段不僅有助于學生多層次學習課程內容、拓展其知識面，有助于師生互動，增進師生感情，而且有助于教師創新教育教學、提升信息化教學能力，從而提高實驗課程的教學質量和效率。

圖1 信息化教學手段在實驗教學中的應用

一、信息化教學手段在化學實驗教學中的應用

（一）開發教學資源，建設信息共享平臺

教師結合所教學生的專業特點利用網上資源收集相關專業知識的資料和信息數據，建立和完善信息化教學資源庫，建設無機及分析化學實驗（包括無機及分析化學）的信息共享平臺，如省級精品課程、重點課程建設平臺、智慧樹在線教育平臺，方便學生查閱資料和自主學習。在平臺上會提供豐富的實驗資料、理論課程課件、實驗課件、實驗動畫、實驗難點解答、實驗安全知識或實驗微視頻等。學生有自由的時間和空間進入這些平臺查閱課程要求和資料，既可以用于預習、復習和深入學習，也可以拓展知識面。

（二）學生觀看實驗錄像、視頻或動畫，掌握課程內容

實驗課上給學生播放有關實驗安全和一些基本操作的實驗錄像或視頻，如試劑的取用方法、常壓過濾、減壓過濾、電子分析天平的使用、稱量紙的折疊及滴定分析中滴定管、移液管和容量瓶的洗滌和使用等。這些錄像或視頻有些是本校老師錄制的，有些是外校錄制的，內容針對性強、操作準確到位；能夠使學生對安全、環保方面的內容更有感觸、安全知識更容易記住；對實驗操作能夠直觀地觀摩學習，印象更深刻，可以降低實驗操作失敗的概率。再通過老師在實驗課上講解或示范，有利于學生學會無機及分析化學實驗的基本操作，提高實驗教學的質量和效果。另外，選出毒性較大的一些實驗項目制作成動畫，再上傳到信息共享平臺，動畫能夠高效地完成實驗的演示過程或模擬實驗現象，使學生在保證健康的前提下學習這些實驗的原理、操作及過程。

（三）通過微信群或QQ 群發送資料，師生互動

老師建立與學生之間的微信群或QQ 群，通過微信群或QQ 群在實驗課前或課后發給學生一些與化學有關的實時新聞或隨時得到的實驗資料、微視頻，學生能夠加深實驗內容和原理的理解與學習。通過這種方式還可以進行師生交流和互動，教師給學生答疑解惑，和學生一起討論與化學有關的熱點問題，有助于教師了解學生的心得，獲得有效的教學反饋，及時反思、調整教學方法。

（四）將雨課堂運用到實驗教學中，鼓勵學生積極學習

將雨課堂用到實驗課程中可以有效實現師生互動。在雨課堂上進行習題練習或平時測驗，可以幫助教師了解學生學習實驗的成效。實驗課上教師將習題通過雨課堂同步到學生的手機上，選擇合適時間讓學生進行在線做題。雨課堂可以統計學生的答題正確率以及答案分布情況，同步顯示到教師的手機上，教師可以了解學生回答問題和對實驗課程知識點的掌握情況，及時調整授課側重點，也可以將雨課堂采集的學生答題數據作為平時成績。另外，通過雨課堂進行課上討論和課后答疑，例如實驗“水樣的總硬度的測定”討論題可以選擇如何測定自來水或海水的總硬度；工廠用水的硬度過大不合乎要求時，如何處理才能達到用水標準；如何除去工廠鍋爐水垢既可節約能源又可減少安全隱患等。

（五）將虛擬仿真實驗運用到實驗教學中，彌補實體實驗的時空局限

虛擬仿真實驗是指借助于多媒體、虛擬現實和人機交互技術，在計算機和網絡上搭建的可輔助甚至替代傳統實體實驗操作環節的高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，學生可以隨時在計算機終端進行實驗操作，因此虛擬仿真實驗不受時間、場地和實驗條件、設備的限制。制作虛擬仿真實驗時選擇實驗課程中具有綜合性的實驗，或者毒性和危險性較大的實驗，這樣有利于學生的實驗安全，也能夠實現實驗資源的共享和降低實驗成本。學生通過虛擬仿真教學能夠獨立學習實驗原理和儀器使用，進行實驗方案設計、實驗操作、數據處理或寫實驗報告，既方便學生預習、復習，也可以開闊學生的視野、培養學生的科研思維，從而達到與學生在實驗室進行實驗一樣的效果。尤其是在2020 年上半年疫情期間，采用虛擬仿真實驗教學彌補了學生不能回學校上實驗課程的遺憾。因此，虛擬仿真教學已成為我國高等教育教學改革的主要方向之一，虛擬仿真實驗能夠將軟件技術和專業知識很好地結合在一起，有利于鍛煉和提高學生的軟件應用能力，為其將來融入和適應社會信息化發展奠定良好的基礎。這兩年中國石油大學（華東）（以下簡稱“我校”）加大開發虛擬仿真實驗，要將虛擬仿真實驗教學納入實驗教學的一部分，虛擬仿真實驗與實驗室實踐相輔相成，將更有利于實驗教學改革。

二、信息化教學在無機及分析化學實驗教學中的實踐效果

（一）信息化教學有助于加大實驗課程信息量，提高教學效率

信息化教學手段多樣，學生通過信息共享平臺、虛擬仿真實驗等進行實驗課的學習，突破了實驗室空間的限制。實驗課上采用PPT 板書，播放實驗錄像、微視頻，利用雨課堂測驗。實驗課下利用QQ 群或微信群發送教學拓展資料，使學生多層次、多渠道學習實驗課程。信息化教學增加了實驗課程信息量，使實驗教學更加立體化，學生學習也能夠靈活運用，從而提高教學效率和教學質量。我校學生在全國大學生化學實驗邀請賽、山東省以及校級化學實驗技能競賽中都取得了優異的成績。例如我校學生在歷屆山東省化學實驗技能大賽上無機及分析化學部分都能獲得一二等獎；在第十二屆全國大學生化學實驗邀請賽上無機及分析化學部分獲得了三等獎。

（二）信息化教學有助于師生互動，增進師生感情

信息化教學手段能夠促進教師、學生在課堂或課下進行信息交流，隨時實現師生互動。學生有疑問時可以及時提出，與老師、同學進行討論，多渠道解決問題。微信群、QQ 群的使用加強了教師與學生溝通交流，督促學生學習、加強師生互相了解和增進師生感情。信息化教學有助于學生成為教學主體參與到教學活動中、調動學習積極性和培養自主學習習慣，有助于教師更多地了解學生的學習情況和需求，可以及時反思總結、調整教學策略，較好地實現教學目標。

（三）信息化教學有助于教師創新教育教學，提升信息化教學能力

信息化教學手段的設計、制作和實施對教師的能力提出了更高的要求，教師需要及時更新教育觀念，參與信息化教學軟硬件應用培訓活動和校內外交流培訓活動，不斷地學習信息技術知識，提高自身的課程設計、組織、信息技術素養。如實驗微視頻的拍攝、雨課堂的使用、微課的錄制和編輯、動畫的腳本編寫和制作、虛擬仿真實驗體系的建設，都需要教師學習新知識、克服各種困難和問題去完成。隨著不斷地將信息化教學手段應用于實驗教學各環節，教師的信息技術應用水平就會優化和提升，信息化教學能力有著明顯的提高。

三、結束語

隨著現代科技和信息技術的發展，“互聯網+教育”以各種方式沖擊著傳統教育模式，繼而呈現出形式多樣的信息化教學手段，其靈活生動、互動性強的特點突破了空間和時間的限制。教師要不斷更新教學觀念，改進教學方法，使講授形式豐富多彩，采用更科學、更有效的實驗教學方式，將信息化教學手段與化學實驗教學有機結合起來，使其作為輔助工具幫助教師更好地進行知識傳播，會使實驗教學更加科學化、立體化，達到事半功倍的作用。這樣，教師將在線學習、課堂師生互動和課后思考、實驗室操作三者有效結合，激發學生學習化學的興趣、潛能和求知欲望，引導學生自主學習、探索知識，有效地促進學生掌握實驗的基本技能，注重知識的綜合運用，系統地培養學生嚴謹的科研方法和科學素養，增強其運用信息技術分析問題、解決問題的實踐能力，培養出更多適應社會和行業發展的應用型創新人才。