應用信息技術提高中職學生環境監測實驗的規范性

王秀琴

摘 要：規范實驗操作是中職環境監測專業學生重要的道德要求、培養目標，而傳統教學方式演示和指導環境監測實驗規范操作存在一系列弊端。教師應該在深入分析問題之后探討應用信息技術，圍繞準備素材、預習及實驗前體驗、實驗操作評價等環節，結合納氏試劑分光光度法測定氨氮等課例，通過截取素材的有效片段、制作強調效果、量化自評、優化互評、知識拓展獲取工作實踐經驗等方式針對性地提出提高中職學生環境監測實驗規范性的措施，以供參考。

關鍵詞：環境監測；實驗；信息技術；規范性

中圖分類號：G71 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1673-9132（2023）16-0017-03

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2023.16.005

《全國環境監測系統職業道德規范》提出：從業人員應該具備“科學嚴謹、數據準確、規范程序、質量保證”等素養要求。因此，要想把中職環境監測技術專業的學生培養成為合格的技術人員，規范的實驗操作是重要的職業素養要求。

一、傳統教學方式培養中職學生環境監測實驗規范的弊端

在不借助信息技術的情況下，傳統教學一般采用教師演示結合講解的方式強調實驗操作的規范性，學生實驗時由教師巡視指導、評價實驗的規范性，而這種方式存在以下幾個弊端。

（一）實驗準備受限，難以截取演示實驗的規范片段

環境監測實驗復雜、耗時長，一般為2個小時左右，甚至更長時間，如重鉻酸鹽法測定化學需氧量實驗僅加熱時長就需要2個小時；納氏試劑分光光度法測定氨氮中水樣預處理、測定、標準曲線繪制等操作步驟合計約2～3個小時。如果教師全程演示耗時較長，學生專注力不足，無法達到演示、強調實驗規范的預期教學效果。如果只演示實驗片段，監測實驗教學也存在以下兩個問題。其一，操作步驟多，實驗樣品種類繁。監測實驗步驟復雜，依循一定的反應規律。如果想演示實驗片段，需要保留較多的反應中間樣品，這給準備教具增添了不小的難度。其二，產物不穩定，實驗樣品難保存。許多監測實驗的反應產物不穩定，易受環境影響而發生變化。如碘量法測定溶解氧，滴定終點為藍色剛好褪去，但是超過10分鐘之后，滴定到終點的樣品又會返現藍色。分光光度法的顯色結果也會受到溫度和時間的影響而難以保留。測定氨氮的最終反應液在20℃～25℃、10～30分鐘期間顯色穩定，30～45分鐘顏色有加深的趨勢，45分鐘之后顏色減退，穩定時間短暫導致無法提前保存顯色樣品用以演示后續測定吸光值的實驗片段。無論實驗樣品種類繁多還是反應產物不穩定等原因，都會導致在教學過程中截取演示實驗片段存在困難。

（二）實驗觀察受限，難以關注演示實驗規范的細節

一方面，觀察演示實驗的空間受限。實驗室內學生與教師的距離及角度各異，演示實驗用的器皿大小與試劑顏色深淺不一。相對觀察距離而言，多數儀器的顯示屏、試劑量和容器都偏小，距離較遠的學生無法觀察操作細節，而觀察角度偏的學生視線會受到遮擋，導致教師的實驗演示無法達到良好的示范效果，學生難以觀察演示實驗規范的細節。另一方面，觀察演示實驗的次數受限。環境監測實驗復雜、耗時長，課堂上無法多次重復實驗演示。學生觀看實驗演示的次數有限，有疑問或遺忘時無法重復觀看操作。教師演示實驗操作時動作停留時間短，僅依靠語言提示觀察重點，強調方式單一。而多數中職學生隨意性強、觀察欠缺細致性和重點，單次觀看演示時往往難以關注實驗操作的規范細節。

（三）實驗指導受限，難以多向評價操作規范的模式

傳統實驗教學師生的比例一般為1∶20左右。教師巡視時每次只能指導個別學生，也只能關注實驗操作規范的某個時刻，而無法顧及全體學生和實驗全程，指導效率非常低下。此外，學生初學實驗并不熟悉實驗流程，每個學生都更關注自身的實驗步驟和結果，無暇自查操作的規范性問題，更無暇評價他人。缺失自評反思和他評糾錯環節會導致學生忽視操作細節，無法通過多向評價提高操作的規范性。

可見，傳統教學方式培養中職學生環境監測實驗規范性存在不足。現代信息化實驗教學是指應用攝像設備、計算機和通信網絡等資源引導師生合作、交流和督促［1］。以“納氏試劑分光光度法測定水樣氨氮”實驗課程為例，圍繞準備素材、預習及實驗前體驗、實驗操作評價、實驗后探討等環節談一談如何應用信息技術提高中職學生環境監測實驗的規范性。

二、應用信息技術提高中職學生環境監測實驗規范性的措施

（一）應用信息技術準備教材

1.剪輯素材，截取規范操作的有效片段。為了實現實驗結果準確，規范實驗非常重要。要想提高學生操作的規范性，首先教師要有效演示實驗操作。教師的實驗演示和講解能避免學生走進學習誤區，形成正確操作的初印象。基于傳統教學實驗演示的弊端，教師可以借助信息技術截取實驗片段，提高演示的有效性。以測定氨氮為例，兼顧校企對接原則，用測定氨氮的工作環境為實錄背景，拍攝體現實驗操作規范細節的視頻資料。后期剪輯時依據學生的學習能力及專注時長，將冗長的實驗視頻剪切成絮凝沉淀法預處理水樣、蒸餾法預處理水樣、配制標準曲線系列樣品、分光光度計測定標準曲線系列樣品吸光值等主題的有效片段。應用信息技術剪去重復或雷同的實驗操作素材，提高演示時效。不用顧忌實驗反應產物的穩定時間，依據實驗環節和學生的學習能力剪裁實驗片段，主題明確、時長合理、步驟少，學生觀看時能兼顧操作步驟及實驗規范。

2.編輯素材，強調實驗規范效果。應用信息技術編輯素材，強調實驗操作規范細節，能引發學生關注，實現有效觀察。在拍攝視頻時，教師要針對實驗關鍵點選擇適宜角度拍攝細節，后期編輯時配以文字、圖像和語音等效果加以強調。以測定氨氮為例，拍攝配制標準曲線系列樣品時要重點拍攝加液時移液的動作、加試劑的正確順序、搖勻的準確時機和方式等操作規范，后期編輯時在操作規范細節處加語音強調效果。用信息技術剪裁編輯素材之后將這些視頻資料上傳至網絡，讓學生能有效觀察實驗規范操作。首先，觀察空間不再受限。拍攝角度與距離均調整為最佳觀察角度，多采用細節拍攝，需要時甚至采用微距拍攝，讓學生實現以最佳的視角有效觀察。其次，觀察時間不受限。學生觀看實驗視頻的時機不再局限于課堂，可以根據需求任意安排。最后，觀察次數不受限。學生可以通過網絡及智能手機、電腦等產品在線或者下載后反復觀看信息技術支持下的影像資料。

（二）應用信息技術實施有效預習

1.課前預習，提升課內實驗規范的關注概率。在教學過程中應用信息技術除了強化信息傳遞，還能作為媒介協助學生自主學習［2］。教師可以利用精品課程網站或藍墨云、雨課堂等學習平臺上傳氨氮測定的實驗視頻等資料，學生課前就能利用網絡資源完成課前預習。在氨氮測定的課例中，教師將項目分解為多個實驗任務，分課時布置預習任務。測定氨氮水樣的預處理任務為要求學生根據水樣特點選擇適宜的預處理方法與步驟；繪制氨氮測定的標準曲線的任務則要求學生預習實驗試劑、儀器、實驗步驟等內容；測定水樣氨氮的含量的任務要求了解試劑、儀器、步驟、數據記錄表格和計算公式。學生反復觀看視頻等學習資料完成預習作業，在雨課堂等學習平臺上完成預習測試題，與教師及同學探討問題、交流預習成果等。教師通過學習平臺的統計數據及交流情況實現課前有效分析學情，課中就能優化教學內容、投入更多精力關注學生的操作規范。學生通過學習平臺獲取預習知識、了解實驗操作步驟等之后，就能在有限的課堂時間內相對輕松地開展實際操作，騰出時間與精力關注規范實驗操作。

2.仿真實驗，提高實際實驗規范的施行效率。虛擬仿真技術讓學生可以從虛擬到實物循序漸進地開展學習，促使學生在虛擬仿真中理解，在實際操作中鞏固。仿真軟件能模擬較真實的實驗情境，學生面對高度仿真的實驗試劑和儀器，形象逼真的畫面比單純理論講述更能刺激學生的感官，加深他們對操作步驟及要點的印象，提升操作的模擬程度。學生利用仿真軟件進行實驗前體驗可以反復嘗試、摸索，激發學習的自主性。反復操作和仿真軟件的評價功能也有助于學生自查、自省操作規范性。總之，仿真實訓虛實結合的方式尊重學生學習的認知規律，引導學生自主探究，有利于關注、提高實際實驗規范的施行效率。

（三）應用信息技術實行多向評價

應用“教師與學生評價相結合”的雙向評價模式在全面提高學生的綜合素質、培養實踐能力強的環境監測人才方面具有重要的作用［3］。應用信息技術實行多向評價能有效提高學生環境監測實驗的規范性。

1.量化自評，通過自查提高實驗的規范性。信息技術能讓學生實現有效自評實驗操作規范。教師圍繞操作的規范條例制定評價細則；學生回看本人的實驗操作視頻，結合細則自行比對、反思，實施評價。應用信息技術還能協助量化評價結果、統計分析實驗規范的執行情況。以測定氨氮為課例，借用問卷星等平臺將規范操作標準執行情況轉化為問卷，結合實驗視頻分項自評。在氨氮標準曲線繪制操作規范評價中可以設置：加入酒石酸鉀鈉溶液的操作是在加水至標線前還是后？（選項A前、B后）；加入納氏試劑后是否立即混勻？（選項A是、B否）；是否手拿比色皿透光面（選項A是、B否）等諸多問題。學生自查并完成問卷，問卷星等平臺量化統計學生自評結果并排序。分數能激發學生的勝負欲，錯項解析能加深學生反思實驗規范，提高實驗的規范性。

2.優化互評，通過糾錯提高實驗的規范性。應用信息技術，如實驗視頻的回放和網絡交流等方式解決學生無法關注他人操作的問題，實現互評的可能。受到實驗時長及學生人數的影響，需要優化互評人數及分配鏡頭數。一方面，建議教師將學生按照5人左右分組、分片段互評。由組長主持，以每人每片段操作規范均獲評價為標準，優化互評的名單及實驗片段，根據教師制定的操作規范標準實施人員及實驗片段的交叉評價。課外觀看被評價人的實驗視頻片段并通過網絡平臺完成評價意見的反饋交流，可用問卷星等平臺完成評價問卷。另一方面，為了盡可能展示實驗規范細節，建議合理設置實驗室內的攝像設備。以測定氨氮為例，一小班20人，5人操作工位至少配備一個攝像鏡頭。在范圍內合理擺放比色管、分光光度計等所有實驗儀器，確保學生實際操作時的走位能限制在同鏡頭范圍內。要調整鏡頭角度，盡量拍攝學生操作的正面，減少遮擋。分組評價時，同鏡頭的5人共用視頻，分片段開展互評。應用信息技術不僅能實施他評，同時也能優化統計與反饋，提高評價交流的效率。應用信息技術讓學生的操作規范量化分值在平臺上公開可查，能激發學生的好勝欲。通過他評的糾錯反饋刺激學生深度反思，有效促進他們掌握實驗的規范性。此外，應用信息技術提高了評價反饋的參與度，人人都成為評價者，人人評價的反饋結果均可查，提升評價者的責任感。為了準確實現他評，評價者勢必要設法提升自身實驗的規范性。

3.有效師評，通過總結提高實驗的規范性。首先，信息技術實現的問卷統計便于教師收集全體學生的自評和他評數據，快速了解每個學生的實驗規范實施情況；其次，應用信息技術實現規范操作情況的概率統計能讓教師快速總結全體學生的現狀；最后，回放實驗視頻為教師解決了無法關注全體、全程操作的問題。在互評環節之后，教師可以讓組長歸納整理本組成員操作規范性的主要問題，評價課上分組進行總結性評價。這種總結性評價可以讓學生再次對比各組差異，察覺組間差距，發現自身問題。

總之，多向評價能盡可能收集全體操作規范性問題，讓教師的總結評價依據充分、解析透徹、糾正全面，在有限的課堂時間內教師能有效開展總結性糾錯指導。應用信息技術讓教師的評價指導針對性更強、覆蓋面更廣，通過總結性評價指導全員提高實驗規范性。

（四）應用信息技術實施知識拓展

教學的實驗操作與工作實踐最大的不同在于實驗的次數及分析對象的類型存在差異。憑借數量及類型有限的實際操作，學生僅能掌握分析方法標準中提及的實驗步驟規范。缺乏實踐經驗的學生往往無法獲取工作經驗中總結提煉的操作規范。而中職學生的培養目標是實現知識與崗位要求對接的技術型人才，需要學生具備應對實際監測工作環境的能力。信息技術能協助學生突破局限，不拘泥于教師的傳授。借助信息技術多渠道查找資訊，利用環境監測專題論壇、學術論文等資訊拓展學習影響實驗結果工作實踐的經驗規范。以氨氮測定為例，論壇及學術論文中能學到從事環境監測工作實踐技術人員的實踐經驗，他們會從實驗室環境控制，如排除實驗室空氣中的氨、氨氮測定顯色溫度、顯示時間等反應條件控制等方面歸納操作實踐的規范。此外，還可以憑借騰訊會議等平臺與崗位技術員在線交流。通過技術員現場實踐操作演示及講解強調實驗規范，讓學生獲取提高實驗規范性的實踐經驗。

總之，為了解決傳統教學方式培養中職學生環境監測實驗規范性的弊端，教師可以應用信息技術剪輯和編輯素材，截取并制作有針對規范操作強調效果的有效片段；應用信息技術開展課前預習和仿真實驗，提升課內學生實驗操作規范性的關注概率；應用信息技術開展多元評價，自評自查、互評糾錯、師評總結提高實驗規范性；應用信息技術拓展知識，讓學生突破課堂、獲取提高實驗規范性的工作實踐指導。

參考文獻：

［1］ 李國安，盧文華.現代信息化實驗教學模式的探索［J］.教育與現代化，2005（2）：40.

［2］ 黃鶴，譚雄勝，劉德嘉.基于信息技術的高校實驗評價機制構建［J］.信息通信，2018（1）：248.

［3］ 楊樂，王開勇，張鳳華.環境監測實驗教學評價模式的改革與實踐［J］.實驗科學與技術，2015（6）：158.