無機化學實驗信息化教學改革實踐*

黃子俊，皮少鋒，陳建芳，鄔 峰，方正軍

(湖南工程學院材料與化工學院，湖南 湘潭 411104)

《無機化學實驗》課程是對無機化學理論知識的驗證和延伸，是培養(yǎng)學生具有嚴謹?shù)膶W習作風和科學精神有效途徑，有效地提升學生創(chuàng)新意識和化學化工綜合素質(zhì)，對學生深入理解無機化學理論和掌握化學實驗操作技能具有重要作用。教育部《教育信息化2.0行動計劃》[1]指出，教育信息化的核心內(nèi)容是教學信息化。教學是教育領(lǐng)域的中心工作，教學信息化就是要使教學手段科技化、教育傳播信息化、教學方式現(xiàn)代化。《加快推進教育現(xiàn)代化實施方案(2018-2022年)》[2-3]明確指出，不斷促進信息技術(shù)與教育教學深度融合，支持學校充分利用信息技術(shù)開展人才培養(yǎng)模式和教學方法改革。教育部《2020年教育信息化和網(wǎng)絡安全工作要點》[4-5]提出，教育信息化要求在教育過程中較全面地運用以計算機、多媒體、大數(shù)據(jù)、人工智能和網(wǎng)絡通訊為基礎(chǔ)的現(xiàn)代信息技術(shù)，促進教育改革，從而適應正在到來的信息化社會提出的新要求，對深化教育改革，實施素質(zhì)教育，具有重大的意義。課程是人才培養(yǎng)的核心要素，學生從大學里受益的最直接、最核心、最顯效的是課程。

湖南工程學院作為一所擁有七十年辦學歷史的應用型本科院校，是“新工科研究與實踐項目”實施高校。2018年，學校入選湖南省“雙一流”建設高水平應用特色學院。多年來，湖南工程學院圍繞“金課”建設，對接“雙萬計劃”，大力改善課程建設的軟硬件條件，精心組織一流本科課程建設研討，著力推進五類“金課”的培育、建設與申報認定工作。2020年，湖南工程學院《無機化學》課程獲得教育部國家級線下一流本科課程認定。湖南工程學院無機化學實驗課程組聯(lián)合智慧樹平臺(https://www.zhihuishu.com/)搭建了在線無機化學實驗課程，這一課程的設立為無機化學實驗課程信息化改革實踐提供了可靠的平臺。

1 目前無機化學實驗課程傳統(tǒng)教學中存在的問題

信息化社會的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的無機化學實驗教學模式逐漸凸顯出諸多弊端。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)無機化學實驗教學內(nèi)容陳舊及教學模式單一固化，致使學生處于被動填鴨式學習狀態(tài)，自主學習及創(chuàng)新能力難以得到提升，課堂獲得感較低，進一步導致學生學習動力和積極性不高，實驗學習效果差；(2)實驗課前預習效果不佳。傳統(tǒng)無機實驗課程預習以書本為主，缺乏信息化素材，缺乏正確的指導，實驗所涉及的無機化學實驗原理、實驗步驟、儀器操作枯燥抽象，學生主動學習的積極性不強，老師預習效果考核手段較為單一；(3)實驗過程操作不規(guī)范，實驗結(jié)果誤差較大。預習效果不佳，雖說老師進行了示范性教學，但由于課堂時間限制，學生沒有辦法快速全面的理解與記憶，學生在開展實驗過程中不知所措，進而造成的實驗誤差或失敗；(4)實驗結(jié)束后，師生缺乏交流渠道，互動較少。課后學生缺少在老師引導下的反思提煉和總結(jié)，不利于學生實驗技能和創(chuàng)新思維能力提升。

2 信息化無機化學實驗教學探索的目標

圖1 無機化學實驗課程信息化教學研究Fig.1 Research oninformatization teaching of Inorganic Chemistry Experiment course

我國教育信息化取得了長足的發(fā)展，為“互聯(lián)網(wǎng)+”教育戰(zhàn)略的實施奠定了堅實基礎(chǔ)[6]。特別在利用信息技術(shù)提升教育質(zhì)量、促進教育公平方面做出了大量有效的嘗試，全面增強了師生的信息技術(shù)應用能力和教育教學的深度融合水平[7]。信息化教學模式是指在教學活動中合理地運用多樣信息化教學手段，在老師與學生之間形成信息化學習模式，使學生完成由被動學習到主動學習的轉(zhuǎn)變[8]。

2.1 以培養(yǎng)學生的自主學習能力為目標

采用信息化實驗教學模式，以課本為基礎(chǔ)，以智慧樹平臺、課程思政案例庫、互動直播課堂、二維碼等多種信息化教育模式為渠道，以學生為中心，以提升教學質(zhì)量為目標，完善多位自主學習，學生可自主學習視頻、自主完成習題、自主學習實驗操作技能。提升老師學生互動水平，多平臺表揚學生、激勵學生、樹立學生自主學習的自信心，培養(yǎng)學生自主學習能力。

2.2 以著重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性和高階能力目標(創(chuàng)新性、高階性、挑戰(zhàn)度)

高階能力，即知識目標、能力目標和素質(zhì)目標的結(jié)合。實驗課前：多維度培養(yǎng)學生自主學習能力，提高學生自主學習意識。實驗課中：以創(chuàng)新多維實驗教學模式為支點，以增加師生互動、增加前沿性的實驗拓展內(nèi)容、增加實驗難度為骨架，進一步增設答疑環(huán)節(jié)、綜合性實驗，有效提升學生的創(chuàng)新性和高階能力。實驗課后：加強師生互動，老師引導學生總結(jié)反思，內(nèi)化課堂學習內(nèi)容。通過課前、課中、課后環(huán)節(jié)，不僅要讓學生掌握無機化學基本概念和原理，還要讓學生能夠基于無機化學實驗的實際特點和結(jié)合實際生活生產(chǎn)需求，給出具體解決問題的實驗方案。

2.3 以堅持立德樹人為目標(課程思政)

“育人”先“育德”，注重利用信息化無機化學實驗教學方式將傳道授業(yè)解惑和育人育才有機統(tǒng)一。在信息化教學模式下，實驗指導老師須始終堅持以德立身、以德立學、以德施教，注重培養(yǎng)學生正確的人生觀和價值觀，堅持立德樹人，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。在課堂上，選取保障國家安全、服務人民的典型化學化工專業(yè)實踐案例，充分挖掘化學化工類思想政治資源，在提升學生專業(yè)能力的同時，潤物無聲地培養(yǎng)學生，使其具有強烈的社會責任感、堅韌的科學精神和濃厚的家國情懷。

3 無機化學實驗教學信息化改革實踐

近年，信息技術(shù)發(fā)展快、滲透性強、影響面廣，與多學科深度交叉融合，成為推動社會生產(chǎn)新變革、提升教學質(zhì)量的重要力量[9]。信息技術(shù)的發(fā)展給教育領(lǐng)域帶來新模式、新理念、新空間探索的可能，促進了教育的模式變革、理念更新、空間體系重構(gòu)[10]。在一流本科專業(yè)建設和一流本科課程的“雙萬計劃”“雙一流”建設的背景下，《教育信息化2.0行動計劃》為課程改革與建設帶來一系列機遇和挑戰(zhàn)，成為促進高等教育發(fā)展的重要抓手。本課程組依托湖南工程學院材料與化工學院基礎(chǔ)實驗中心，圍繞國家級線下一流本科《無機化學》課程建設，以注重特色、提高質(zhì)量、均衡發(fā)展為準繩，以學生的視角和需求為導向，在信息化實驗教學方面，對無機化學實驗課程開展全方位、多維度、多層次的信息化實驗教學模式的重構(gòu)和探索。《無機化學》是理論與實驗并重的學科，無機化學實驗教學是全面實施創(chuàng)新教育的重要組成部分。與理論教學相比，實驗教學的信息化建設更復雜，難度更大。借助無機化學實驗教學信息化手段，既是全面提升教學質(zhì)量、培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)的需要，也是更好的提升我校首個國家級線下一流本科課程《無機化學》綜合實力的需要。

無機化學實驗信息化教學模式借助信息化平臺的數(shù)據(jù)推送、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析功能，秉持“以學生為中心，以問題為導向，以教師為主導”，做到課前、課中、課后三個教學活動階段的深度融合。開展方式上強調(diào)靈活有序，實現(xiàn)教學過程的有效互動和實時多維度教學評估。搭建診斷預習效果、熟悉實內(nèi)容、確保實驗安全；引導實驗，促進理論聯(lián)系實際、拓展高階能力三個信息化教學環(huán)節(jié)，實現(xiàn)針對性、層次性、實踐性的教學(師生關(guān)系)模式革新，創(chuàng)新課程內(nèi)容傳播模式和優(yōu)化教學設計能力、賦能高效課堂、提高學生知識點理解力，促進學生高階思維能力和創(chuàng)新能力的發(fā)展。

3.1 無機化學實驗課前線上自主學習

老師通過智慧樹平臺發(fā)布教學計劃、設定教學目標、創(chuàng)設問題討論情境；設計教學任務，發(fā)布教學公告，投放視頻等無機實驗課程資料。學生基于課前預習任務，掌握學習目標，查找相應學習資料、觀看視頻、完成課前測試題、提出問題等自主學習活動。學生可以建立實驗探究小組、構(gòu)思科學的實驗方案，準備相應的器具及藥品，獨自完成課后習題與預習課本導讀的任務；預習階段主要以互聯(lián)網(wǎng)+平臺設計的智慧樹平臺為主，教科書為輔，完成預習報告。如圖2所示，根據(jù)掌握學生課前對無機化學實驗理解的差異，有針對性地調(diào)整實驗教學目標，重塑教學手段和組織教學形式，提高教學質(zhì)量。

圖2 無機化學實驗課前線上自主學習Fig.2 Online self-learning before Inorganic Chemistry Experiment class

3.2 無機化學實驗課中引導學習過程

基于互聯(lián)網(wǎng)+平臺收集的課前自主學習效果的基本情況，指導教師在線下實驗室教學過程中合理布設教學重點、難點，并進行實驗活動，以學生為中心，引導學生對比分析、討論實驗方案、合作探索、開展實驗、根據(jù)實驗情況得出實驗結(jié)論、撰寫實驗記錄等。如圖3所示，具體而言，首先，根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)+平臺統(tǒng)計的課前自主學習活動數(shù)據(jù)，有計劃、有步驟的導入新實驗。然后，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)+平臺的無機化學實驗在線課程中的演示實驗，老師演示實驗，著重講解實驗重點和難點。講解后，以老師為主導、學生為中心合理安排實驗計劃，組織學生有序、安全開展無機化學實驗。其次，學生獨自自主對照平臺資源正確地開展實驗，以實驗驗證理論，理論和實踐相結(jié)合，在實驗中領(lǐng)悟老師講解內(nèi)容，加深對課堂無機化學理論知識得理解。最后，指導老師在各個實驗臺逐一指導糾正，學生通過實驗查漏補缺，及時反饋，通過互聯(lián)網(wǎng)+平臺進一步提升自身實驗技能和化學綜合素質(zhì)。在實驗課中學生與學生互動，老師與學生互動，師生共同實現(xiàn)平安、有序、科學、高效的無機化學實驗課堂，課后根據(jù)實驗情況，學生獨自完成實驗報告，最后老師根據(jù)實驗情況及時給出實驗考核成績。

圖3 無機化學實驗課中信息化引導實驗Fig.3 Informatization-guided experiment in Inorganic Chemistry Experiment course

3.3 無機化學實驗課中課后拓展提升綜合能力

無機化學實驗課后，對具體理論或?qū)嶒灢僮鲉栴}的進一步思考，能夠促進學生掌握和鞏固所學內(nèi)容或化學實驗技能。所以需要學生課后要及時完成實驗報告(拓展主題報告)、課本和課堂思考題。如圖4所示，學生需完成平臺作業(yè)，并提交實驗報告至老師(平臺、微信群、QQ群)、師生通過面對面或者互聯(lián)網(wǎng)+平臺討論，學生回看智慧樹平臺的視頻，提升總結(jié)。此外，老師引導學生總結(jié)反思實驗過程、自我評價促進其高階思維能力的發(fā)展，有效引導學生從課內(nèi)知識向課外實際應用延伸，從而提升學生化學綜合能力。

圖4 無機化學實驗課后拓展提升綜合能力Fig.4 After class of Inorganic Chemistry Experiment Expanding and improving comprehensive ability

4 結(jié) 語

信息技術(shù)的革新推動了教育理念更新、模式變革、體系重構(gòu)。基于無機化學實驗課程信息化教學模式革新，以學生為中心，以問題為導向，以教師為主導”，做到課前、課中、課后三個教學活動階段的深度融合，全面、系統(tǒng)、綜合的提升無機化學實驗教學質(zhì)量，增強師生互動，提高學生化學綜合素質(zhì)和化學實驗技能。在實驗教學過程中將理論聯(lián)系實踐、實踐強化理解理論，以理論知識點為主線的課程，轉(zhuǎn)變?yōu)橐岳碚摵蛯嵺`相結(jié)合解決實際問題為主線，努力提高學生參與度與興趣點，增加學生自主學習意識。教育現(xiàn)代化背景下，無機化學實驗課程與時俱進，進行探索和實踐，經(jīng)整合資源，優(yōu)化配置，完善管理，構(gòu)建了信息化教學平臺，在保證原有傳統(tǒng)實驗課程教學目標的同時，還培養(yǎng)了學生的能力目標和素質(zhì)目標，讓學生一直保有學習的興趣，愿意主動去學習，提升學生創(chuàng)新能力，學生自主學習積極性大幅提高。