可視化3D模型構(gòu)建微課在中職藥物化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

蔣超意　湯艷榮

[摘 要] 目前，普遍認(rèn)為使用可視化3D模型組（球棒模型）對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)藥物化學(xué)是有益的。然而在現(xiàn)實(shí)的教學(xué)環(huán)境中，學(xué)生沒有足夠的時(shí)間在課堂上使用模型組進(jìn)行學(xué)習(xí)。因此利用學(xué)生自主拍攝的3D模型構(gòu)建微課，輔助學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握藥物化學(xué)課程中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。通過(guò)考核發(fā)現(xiàn)，通過(guò)自主微課觀看與學(xué)習(xí)的學(xué)生，在藥物化學(xué)課程中的立體空間知識(shí)點(diǎn)上成績(jī)較為突出。

[關(guān) 鍵 詞] 3D模型；微課；藥物化學(xué)

[中圖分類號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2018）14-0204-02

一、引言

中職學(xué)生要在藥物化學(xué)課程中取得成功，學(xué)生必須學(xué)習(xí)化學(xué)物質(zhì)的名稱，化學(xué)物質(zhì)相互反應(yīng)的方程式以及多種表達(dá)方法的使用，這些學(xué)習(xí)的目的旨在使學(xué)生掌握化學(xué)物質(zhì)三維分子的各種性質(zhì)及表示[1]。對(duì)中職學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們?nèi)狈⒒瘜W(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)從二維空間向三維空間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的技能。同時(shí)，中職學(xué)生因?yàn)榛瘜W(xué)基礎(chǔ)相對(duì)比較薄弱，他們?cè)趯W(xué)習(xí)藥物化學(xué)相關(guān)知識(shí)，尤其是課程中所涉及的立體化學(xué)空間知識(shí)時(shí)有相當(dāng)大的難度[2]。因此，目前很多學(xué)校都使用各式教具，無(wú)論是虛擬的還是通過(guò)3D球棍模型，向?qū)W生介紹和展示分子的立體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)[3]。然而鑒于現(xiàn)在的教學(xué)環(huán)境，教師很難在所有的教學(xué)時(shí)間和課程內(nèi)容中讓每位學(xué)生嘗試使用這些教學(xué)工具。因此，本研究的目的就是要開發(fā)一個(gè)能夠普及3D模型構(gòu)建的方法，方便學(xué)生課后及時(shí)觀看與復(fù)習(xí)。

讓學(xué)生參與到課堂教學(xué)的活動(dòng)中，可以有效地激勵(lì)學(xué)生構(gòu)建他們的3D模型，并利用3D模型進(jìn)行藥物化學(xué)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)[4]。在這個(gè)教學(xué)模式中，教師為學(xué)生提供必要的工具掌握分子3D模型的構(gòu)建與使用，但是這個(gè)過(guò)程占用了寶貴的課堂時(shí)間，并且對(duì)所有學(xué)生而言，每個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)格和接受能力也不是完全相同，造成他們從中獲得的益處也不完全相同。因此本研究就使用一種直接的方法來(lái)培訓(xùn)學(xué)生，讓學(xué)生自己拍攝分子模型構(gòu)建的微課視頻，并且上傳視頻到相關(guān)的視頻網(wǎng)站，學(xué)生可以在課外時(shí)間使用的這些微課視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)。利用這種方式，學(xué)生將能夠做到按需查看視頻，并且還可以根據(jù)需要暫停和重播視頻。其中暫停視頻的功能特別有意義，因?yàn)闃?gòu)建3D模型的初學(xué)者需要慢慢進(jìn)行操作，這個(gè)功能可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)分子形成速度的表達(dá)。

二、研究方法與內(nèi)容

為了使微課視頻盡可能地適合新手學(xué)習(xí)者，二年級(jí)已經(jīng)完成藥物化學(xué)課程的學(xué)生被招募為腳本作者和演員進(jìn)行訓(xùn)練。撰寫腳本的學(xué)生能夠從新手的角度，利用他們新獲得的知識(shí)關(guān)注如何構(gòu)建和使用3D模型，腳本撰寫的目的是讓新學(xué)生輕松創(chuàng)建和了解與分子模型相關(guān)的結(jié)構(gòu)和概念。為了保持學(xué)生的注意力，制作的微課視頻簡(jiǎn)潔，不超過(guò)7分鐘。對(duì)教學(xué)過(guò)程分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)生模仿已建立的分子3D模型進(jìn)行分子構(gòu)建學(xué)習(xí)，這種積極學(xué)習(xí)的方法對(duì)學(xué)生理解分子的構(gòu)建和可視化至關(guān)重要。同時(shí)在微課視頻中，教師可以向?qū)W生提供復(fù)雜結(jié)構(gòu)和概念問題的例子，以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)并獲得更多知識(shí)。教師還可以插入圖像以提供關(guān)于多種分子構(gòu)象的更多細(xì)節(jié)和解釋。

本研究使用了2016級(jí)藥劑班共180名學(xué)生，他們接受的藥物化學(xué)課程授課時(shí)間是相同的，包括每周兩次的理論課程（每次40分鐘），每隔一周進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)課程（1小時(shí)20分鐘）。二年級(jí)學(xué)生將制作的5個(gè)短片上傳到優(yōu)酷網(wǎng)上（YouKu），這5個(gè)短片涵蓋以下主題：烷烴模型、烯烴的3D建模和立體化學(xué)、環(huán)烷烴的3D模型、環(huán)烷烴的立體化學(xué)和手性中心的立體化學(xué)。視頻的鏈接通過(guò)班級(jí)QQ群發(fā)布到學(xué)生的手機(jī)上并且教師將相關(guān)材料打包上傳到班級(jí)QQ群中。學(xué)生可以在課后時(shí)間按需觀看和訪問視頻。從觀看人數(shù)數(shù)據(jù)中也可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生表現(xiàn)出對(duì)觀看和參與微課視頻的積極性。

為了考核該研究項(xiàng)目，在兩個(gè)不同的學(xué)期收集學(xué)生的考試成績(jī)和其他學(xué)習(xí)成果，其中一個(gè)通過(guò)視頻（2017年春季）提供視頻培訓(xùn)，其中一個(gè)只接受了上課培訓(xùn)（2016年秋季）。由于視頻訓(xùn)練免除了學(xué)生課堂中的操作時(shí)間，這使教師能夠在2017年春季的課堂教學(xué)中講授更多的理論材料。為了能夠比較兩個(gè)教學(xué)手段，將兩個(gè)學(xué)期的期末考試成績(jī)和評(píng)估材料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。收集和整理數(shù)據(jù)后，統(tǒng)計(jì)分析軟件包SPSS用于計(jì)算二項(xiàng)式平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差。計(jì)算了兩組數(shù)據(jù)集的以下內(nèi)容：接收微課視頻訓(xùn)練的學(xué)生的答對(duì)率以及接受課堂教學(xué)的學(xué)生的答對(duì)率，以比較每種類型教學(xué)的有效性，同時(shí)計(jì)算Cohens d值以確定每種教學(xué)方法的效果大小。

三、結(jié)果與討論

從視頻分享網(wǎng)站上的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生自制的微課視頻自從首次發(fā)布以來(lái)，已經(jīng)被觀看了近3500次，這證明微課視頻確實(shí)有學(xué)生進(jìn)行訪問與觀看，并對(duì)該網(wǎng)站上的視頻觀看順序進(jìn)行了核實(shí)，發(fā)現(xiàn)觀眾數(shù)量的增加與課程涵蓋的時(shí)間順序一致。這也說(shuō)明開放式共享平臺(tái)可以幫助學(xué)生在課后廣泛地觀看和使用這些視頻。一旦學(xué)生熟悉了分子模型的構(gòu)建，教師在上課中就可以用較多的時(shí)間增強(qiáng)學(xué)生通過(guò)視頻學(xué)到的知識(shí)點(diǎn)。

評(píng)估了有無(wú)使用微課視頻教學(xué)模型組學(xué)生的期末考試成績(jī)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)學(xué)期使用的培訓(xùn)方式對(duì)學(xué)生成績(jī)有顯著差別。對(duì)考查的第一個(gè)問題（二取代的環(huán)己烷構(gòu)象異構(gòu)體的穩(wěn)定性），在課堂上訓(xùn)練使用球棍模型的學(xué)生中有29%的人正確地回答了這個(gè)問題，而通過(guò)學(xué)生自學(xué)微課視頻培訓(xùn)后學(xué)生正確率達(dá)到76%。在第二個(gè)問題（烯烴中的E/Z異構(gòu)體）中，正確答案的百分比分別為26%和57%，最后一個(gè)問題（R/S立體化學(xué)具有兩個(gè)手性中心的化合物）的正確率分別為27%至60%。這些結(jié)果表明，學(xué)生制作的微課視頻能夠有效地幫助學(xué)生在藥物化學(xué)課堂中學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。

結(jié)果評(píng)估的另一種方法是基于兩個(gè)學(xué)期實(shí)施了不同的模型構(gòu)建和學(xué)習(xí)方法后期末考試的最終成績(jī)。比較兩個(gè)學(xué)期期末考試的最終成績(jī)的平均成績(jī)發(fā)現(xiàn)，2017年春季學(xué)期平均成績(jī)提高了32分。另外，進(jìn)行了t檢驗(yàn)和計(jì)算了Cohens d值，發(fā)現(xiàn)最終成績(jī)平均值之間有著顯著差異，證實(shí)了微課視頻訓(xùn)練方法是較為優(yōu)越的，也可以使學(xué)生能夠成功掌握分子結(jié)構(gòu)的概念。微課視頻的制作過(guò)程也增加了學(xué)生參與課堂學(xué)習(xí)的可能性，微課視頻可以通過(guò)屏幕提示的視覺強(qiáng)化和可用的閉路字幕增加學(xué)生的理解，并且這是一個(gè)積極的演示過(guò)程而不是靜態(tài)的圖像。同時(shí)，這些素質(zhì)在獲得和保持學(xué)生的注意力上也被認(rèn)為是必不可少的，它們能最大限度地使學(xué)生理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，并保持自身學(xué)習(xí)的信念。

對(duì)教師的課堂記錄進(jìn)行分析表明，通過(guò)使用自制的分子構(gòu)建視頻，對(duì)幫助學(xué)生理解分子建筑技術(shù)和立體化學(xué)概念來(lái)說(shuō)是理想的。因?yàn)閷W(xué)生更熟悉他們同伴之間提出的觀點(diǎn)，利用這些有針對(duì)性的教學(xué)內(nèi)容，可以彌補(bǔ)自身知識(shí)的不足之處，成為學(xué)生持續(xù)不斷進(jìn)步的基礎(chǔ)。雖然沒有正式對(duì)學(xué)生使用培訓(xùn)視頻進(jìn)行調(diào)查，但在教師的課堂記錄中也可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)該視頻應(yīng)用的積極評(píng)價(jià)：

在YouKu上鏈接的視頻是很好的補(bǔ)充材料；真正幫助我了解分子的立體模型；用微課視頻模型創(chuàng)建分子真的是一種有效的教學(xué)手段。

教師有很多時(shí)間和機(jī)會(huì)通過(guò)有效的視頻教程和實(shí)際操作來(lái)幫助學(xué)生學(xué)習(xí)書本資料。

四、結(jié)論

使用學(xué)生自制的模型構(gòu)建微課視頻作為藥物化學(xué)學(xué)習(xí)的培訓(xùn)工具可以有效地替代教師提供的課堂培訓(xùn)，同時(shí)也不會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)成果產(chǎn)生任何不利影響。當(dāng)學(xué)生被鼓勵(lì)學(xué)習(xí)如何使用培訓(xùn)視頻建立模型時(shí)，視頻學(xué)習(xí)的應(yīng)用節(jié)約了教師在課堂中使用分子模型的時(shí)間，這使教師可以將教學(xué)重點(diǎn)放在其他重要的藥物化學(xué)學(xué)習(xí)目標(biāo)上。一旦學(xué)生熟悉了分子模型構(gòu)建，教師在上課時(shí)也可以借助微課視頻增強(qiáng)學(xué)生已經(jīng)學(xué)到的知識(shí)。同時(shí)從考核結(jié)果中也發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使用3D模型構(gòu)建微課進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)的學(xué)生，在考核中的結(jié)果也明顯優(yōu)于之前未使用時(shí)的結(jié)果。使用培訓(xùn)微課視頻將給學(xué)生足夠的時(shí)間學(xué)習(xí)如何以自己的速度來(lái)構(gòu)建分子模型，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)藥物化學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

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