“無機化學實驗”智慧教學模式的探索、策略與實踐

苑 蕾 張靜玉 姜莉莉 張 林 付曉偉 馬志研 李 娜 劉海燕

(營口理工學院 化學與環境工程學院,遼寧 營口 115000)

隨著化學學科的發展和社會的進步,實驗技術和方法在不斷豐富、更新,對人才培養的要求也在不斷調整和發展。我國高等教育已進入內涵式發展新時期,建設和發展“一流本科教育”的目標對實驗教學提出了新的更高要求[1]。傳統的“無機化學實驗”課程面臨著學生課前缺少預研、教學內容陳舊、資源體驗感差、手段匱乏、考核機制缺乏系統性等一系列問題。按照國家一流課程“兩性一度”的建設要求,遵循在線學習與課堂教學內容的互補性原則,智慧教學已成為新時代教育教學變革和創新的主旋律,因而“無機化學實驗”智慧教學是大數據背景下教學改革的必然選擇。基于以上背景和“無機化學實驗”教學發展的趨勢,我們擬對營口理工學院“無機化學實驗”課程進行“多位一體”的改革與探索。以“注重能力、引導創新”為課堂教學基本原則,以“以學生為中心”為核心理念,以“實時動態、全過程、多元化學習評價”為顯著特點,將先進的信息技術與傳統教育教學方法深度融合,從整體教學流程、教學內容、教學方式方法、考核評價方式4個層面分別進行改革以進一步滿足課堂教學活動的延伸,激發學生學習積極性,引導學生內化新知,發展高階思維與綜合能力,促進科學與人文素養協調發展。

1 革新教育理念

革新教育理念,以學生為中心,以產出為導向,“教為主導、學為主體、因材施教”[2]。實驗教學目標從傳授知識和技能過渡到能力與素質的培養。在加強宣傳和引導的同時,先從點上突破,而后通過示范帶動進行推廣,并通過適合營口理工學院學情的自編實驗講義及時固化改革成果。在實驗教學設計過程中教師由講授者轉變為引導者,有意識地引導和鼓勵學生自主思考和設計實驗,并通過小組討論、方案現場展示交流等互動方式,讓學生大膽參與表達自己的看法和意見,激發學生的學習興趣和主動性,培養學生主動探究、深入思考的創新精神。

2 實現教學內容的現代化

目前,營口理工學院“無機化學實驗”教學存在實驗項目內容陳舊,與科研實際、生產生活脫節,缺乏創新性、高階性和挑戰性等問題,亟待改革。部分實驗內容占據大量時間,阻礙了新方法、新技術的引入[3]。因此,對較為陳舊的實驗內容進行合并、精簡、淘汰,將實驗內容設置與日常生活、崗位技能、科研實際等問題相結合,使實驗內容前沿化、系統化,同時增加環保、綠色化和創新設計等內容。

2.1 加強實驗教學與生產實際的聯系

保留原教材中與生產實際有關的實驗,同時選擇性地增加葡萄糖酸鋅的制備及鋅含量測定、明礬制備及定性檢驗、高錳酸鉀制備及純度分析等選做內容的新實驗,旨在使學生接觸實際,了解生產,開拓視野。

2.2 增加綜合、設計性實驗項目比例

要發揮綜合、設計和創新實驗的高階性和挑戰性,強調學生自主思考和設計,團隊研討修改、總結評價的教學模式。增加未知液定性分析、混合陰陽離子鑒定等實驗,力求融基礎性、新穎性、探索性、實用性、趣味性等特色于一體,使學生在實驗中了解生產與科研的曲折性,開拓其視野,培養其科研興趣和對化學學科的情感。

2.3 對現行實驗講義呈現方式進行修改

修訂無機化學實驗講義,同時以二維碼形式提供課程配套的教學課件、微課操作視頻等豐富的教學資源。將實驗操作“視頻化”、實驗用品“實景化”,并提供二維碼鏈接,教材使用者可隨時隨地通過掃描二維碼,可在移動終端上直接觀看視頻、照片、文字等信息。實驗視頻資源中覆蓋基本的實驗操作內容,包括加熱(水浴加熱)、溶解、傾瀉、過濾(包括減壓過濾、常壓過濾)、離心、蒸發、濃縮、結晶、干燥等基本操作[4]。新形態教材也是演示實驗資源的有效載體,對資源建設與積累起到了促進作用。2020年初新冠疫情時期,由于線下實驗無法開展,這些演示實驗資源在幫助學生理解化學原理和元素、化合物性質方面發揮了很大的作用。

3 創新教學方法

提升實驗教學質量、發揮實驗教學育人作用的關鍵是實驗教學方法改革。傳統實驗教學采取教師講授實驗內容、演示實驗操作,學生聽講、跟做和模仿的填鴨式教學方式,學生往往未對實驗原理進行深入思考,只是機械地效仿,無法實現自主探究和創新思維。本次改革過程中我們采用遞進型教學方法流程,學生課前線上完成預研,取消了紙質實驗報告,課中線下實踐探究,課后拓展延伸。

3.1 提高實驗預習程度和要求

為了解決學生課前缺少預研的問題,我們通過超星學習通平臺建立線上課程,上傳教學講義、演示視頻、測試題、拓展資料等教學資源、發布學習任務,組織教學活動,獲取學習成果分析數據。學生接收任務后進行課前線上預習,在課前對實驗項目有總體的把握,掌握實驗原理、厘清實驗目的,通過觀看視頻可以很直觀地了解到校外名師的課堂精髓,完成了易學知識點的前移工作。教師準備了豐富題庫、擴展閱讀、名人故事等多媒體資源,減少了學生自己盲目收集資料的時間,很大程度上提高了學習效率,同時使學生養成了深入、系統思考的習慣。教師參照后臺學情數據,決定教學的起點,為課堂及時調整教學側重點提供依據,拓展了教學時間的寬度和教學內容的深度。

3.2 革新教學方法

以學生為中心,基于學生自主學習進行教學設計,從“手把手”到教師指導下的自主學習,變教師講授為學生的主動探究,采用問題式教學法、探究式教學法、協作式教學法、翻轉課堂教學法等,加強師生、生生的討論和互動,教師為主導學生為主體,加強討論與分享。例如,在粗鹽提純實驗中選用問題式教學法(思維導圖+問題引領),使學生達到從探究到思辨再提高的學習效果。在鉻錳鐵鈷鎳和硼碳硅氮磷性質實驗中使用“翻轉課堂”的教學方式,引導學生課前預習元素及化合物性質,組織學生課上根據物質性質的差異設計鑒別實驗并動手實踐,最后歸納鑒別實驗原理,找出物質間相互轉化的方法,從而建構物質性質的知識體系。

3.3 完善實驗室開放制度

突出學生的自主性,使學有余力的學生沖刺高階層次的學習和研究,培養可研、愛研、會研、能研的應用型化學人才。例如在未知液定性分析、混合陰陽離子鑒定等選做實驗中由學生自行設計實驗內容和實驗思路,與指導老師溝通并預約實驗時間后即可進入實驗室完成實驗操作,教師對實驗報告進行反饋和評價[5]。

3.4 價值引領,課程思政

情感是認知的“催化劑”,也是認知的“動機”。我們分別從中華優秀傳統文化、化學實驗中的傳奇故事、化學史上的優秀科學家故事、生產生活中的化學知識等幾個方面充分挖掘化學實驗教學中蘊含的思政元素,讓大學新生在獲得知識的同時學生潛移默化地接受思政教育,有利于學生實現立德樹人、潤物細無聲,樹立正確的價值觀、人生觀和世界觀。使教師講授和學生自我教育有機結合,將“課程思政”的目標與大學新生的學習生活融會貫通。

4 多維度實行過程性評價

以往“無機化學實驗”課的考核以預習報告、實驗報告、操作考查為主,缺少過程考核,這使部分書寫工整、數據處理好的同學,即使操作不正確,也能得到很高的分數。因而我們在學習考核評估層面,改變唯實驗報告結果的考評方法,建立多層次考核評估指標體系和考核方法,取消紙質實驗報告部分,建立學生實驗成績綜合評價系統,真實、公平、合理地評價學生的實驗成績。整個課程的成績實行百分制,其中線上實驗預習與測試、團隊協作等成績占20%,線下成績占80%。線下成績中出勤5%,實驗操作50%,實驗報告40%,衛生5%。

在實驗課程考核方案設計過程中,我們同時重點落實了無機化學實驗報告書寫規范化和課程評分標準規范化。將實驗教學每一個環節中的各項內容,如實驗報告中的實驗目的、實驗原理、實驗步驟、結果與討論、習題等各占多少比重進行了更詳細的規定,制定了無機化學實驗評分標準,所有指導教師參照執行。對實驗教學全過程的信息進行綜合分析評價,從多環節、多維度考查學生的學習投入、學習成果和差異化能力,促進學生自主學習,提升學習內驅力。

5 結語

本研究將信息技術與實驗教學深度融合,從教學理念、教學內容、教學方式方法、考核評估等層面進行改革,探索了智慧教學模式在無機化學實驗課程中的應用,以期扭轉實驗教學中“照方抓藥”“思考不足”的現象,提高無機化學實驗教學質量,助力“新工科”背景下的人才培養,為實驗課程的智慧教學提供參考依據。