無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)線上教學(xué)的改革路徑探析

弓愛君，王中杰，張瑋瑋

（北京科技大學(xué)，北京100083）

受到新冠肺炎疫情影響，由于校園有人員密集、以集體活動為主的特點(diǎn)，教育部做出推遲開學(xué)的決定，并于2月4日發(fā)布了《關(guān)于在疫情防控期間做好普通高等學(xué)校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見》［1］，要求各高校充分利用在線課程進(jìn)行教學(xué)，做到“停課不停教、停課不停學(xué)”，保證疫情防控期間教學(xué)任務(wù)和教學(xué)質(zhì)量。

在理論課程紛紛利用雨課堂［2］、幕課平臺、學(xué)習(xí)通（超星）等進(jìn)行線上教學(xué)的同時，實(shí)驗(yàn)課程受條件限制而略顯滯后。實(shí)驗(yàn)課是理論和實(shí)際應(yīng)用之間的紐帶，是培養(yǎng)學(xué)生科研思維能力和創(chuàng)新能力的平臺，應(yīng)與理論課密切結(jié)合。

一、無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的問題

（一）涉及學(xué)生人數(shù)較多

對于理工科院校的大部分專業(yè)，無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門必修課程，以本校為例，該課程面向材料、冶金、土資、能環(huán)等6個學(xué)院、11 個專業(yè)的學(xué)生，人數(shù)較多，每年課時達(dá)5.5 萬人學(xué)時，并且要根據(jù)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的不同，分層次、分類教學(xué)。疫情過后，無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室將會對大量學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行調(diào)整，如何在保證教學(xué)質(zhì)量的情況下合理安排學(xué)生實(shí)驗(yàn)將是高校面臨的第一大問題。

（二）教學(xué)任務(wù)繁重

無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置主要針對本科一年級的學(xué)生，是學(xué)生最先接觸的實(shí)驗(yàn)課，重在培養(yǎng)學(xué)生的安全規(guī)范知識、能力和科學(xué)素養(yǎng)，掌握基本的實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)解決問題和分析問題的能力，為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)學(xué)科的其他課程打下基礎(chǔ)。在之后學(xué)生的安全規(guī)范知識和基本技能的培訓(xùn)不能松懈，涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由于不能與理論課平行進(jìn)行而需要講解更加細(xì)致，如何在有限的課時內(nèi)按質(zhì)按量完成繁重的教學(xué)任務(wù)是高校面臨的第二大問題。

（三）理論課程與實(shí)驗(yàn)課程脫節(jié)

無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程服務(wù)于理論課程，而理論課程知識指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課程的完成。多數(shù)院校對無機(jī)化學(xué)課程都采用理論與實(shí)驗(yàn)課程同步授課。以我校情況為例，無機(jī)化學(xué)屬于課含實(shí)驗(yàn)課程，受新冠肺炎疫情影響，實(shí)驗(yàn)課程的進(jìn)度要遠(yuǎn)落后于理論課，教師講完理論課以后不能同步實(shí)驗(yàn)，以加深學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握。因此開學(xué)以后，做實(shí)驗(yàn)的過程中學(xué)生對理論內(nèi)容有所遺忘，導(dǎo)致缺少對實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的理論知識有意識的解釋及指導(dǎo)或用理論知識解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題。如何避免理論課程與實(shí)驗(yàn)課程的脫節(jié)是面臨的第三大問題。

二、開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的幾點(diǎn)思考與建議

（一）充分發(fā)揮“互聯(lián)網(wǎng)+”在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的功能

互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，沖擊著傳統(tǒng)的“教與學(xué)”的模式。受新冠肺炎疫情影響，學(xué)生不能如期返校，網(wǎng)絡(luò)課堂在此期間發(fā)揮了重要的作用，真正做到“停課不停教、停課不停學(xué)”。無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程本身存在授課時間短、內(nèi)容繁雜等問題，開學(xué)后這種矛盾會更加突出，因此，要鼓勵學(xué)生借助“互聯(lián)網(wǎng)+”先進(jìn)行無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)［3］。例如堿金屬、氧族和鹵族元素等部分課程內(nèi)容與中學(xué)化學(xué)聯(lián)系密切，這些知識學(xué)生在中學(xué)已經(jīng)學(xué)過，可以利用網(wǎng)絡(luò)平臺（例如慕課、微課等）進(jìn)行自學(xué)。

（二）推廣微視頻在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

微視頻在無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用可以滲透到多個方面，如基本操作實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、制備實(shí)驗(yàn)以及成分分析實(shí)驗(yàn)等，適時運(yùn)用，可以使教學(xué)效果達(dá)到事半功倍的效果［4］。

1.在基本玻璃儀器諸如移液管、滴定管、容量瓶等的使用，還有常規(guī)小型儀器諸如分析天平、循環(huán)水真空泵、電熱板等的操作上，具有很突出的優(yōu)勢。在加熱濃縮、抽濾、萃取上，都可將這些基本的操作預(yù)先錄制成微視頻，在課堂講解過程中根據(jù)需要隨時播放。

2.綜合試驗(yàn)會涉及較多的操作步驟，或者需要反應(yīng)較長時間，教師可以根據(jù)需要將視頻按照實(shí)驗(yàn)步驟剪輯，對應(yīng)好每一步的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或者實(shí)驗(yàn)結(jié)果，例如在“碳酸錳的制備”實(shí)驗(yàn)中，涉及加試劑的步驟、pH 的控制，二價鐵和三價鐵的檢驗(yàn)等，一步不到位都會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。因此，錄制該實(shí)驗(yàn)的長視頻，并進(jìn)行分步剪輯，強(qiáng)調(diào)每一步的關(guān)鍵點(diǎn)，可減少學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中的失誤，提高成功率。

3.在儀器分析中涉及的pH 計(jì)、分光光度計(jì)、紫外光譜儀等，雖然這些儀器的原理和操作步驟在實(shí)驗(yàn)教材中都有詳細(xì)介紹，但通過微視頻可以更好地了解操作方法，順利完成實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果。

（三）建議理論課堂增加動畫演示或數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)

教師在理論課教學(xué)中可多使用多媒體教學(xué)，建議制作一些PPT 動畫或數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)［5］，幫助學(xué)生理解知識，提高學(xué)習(xí)興趣。PPT 動畫和數(shù)值模擬在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用包括：一些復(fù)雜、結(jié)構(gòu)形式多樣的章節(jié)內(nèi)容可以采用動畫來演示，使學(xué)生可以較好地觀察晶體構(gòu)型；將其與課堂完美結(jié)合，便于對實(shí)驗(yàn)演示時間起到有效的控制，并且具有很大的靈活性；可以應(yīng)用在一些劇毒實(shí)驗(yàn)、復(fù)雜條件實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，例如HgCl2與KI 的反應(yīng)，是典型的配位反應(yīng)，顏色鮮亮，便于學(xué)生記憶，但是由于HgCl2是劇毒，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中盡量避免使用。而采用多媒體教學(xué)就比較容易實(shí)施，因?yàn)樗谡宫F(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上不受場地、藥品等客觀條件的限制，可彌補(bǔ)學(xué)生在無機(jī)實(shí)驗(yàn)室無法完成實(shí)驗(yàn)的缺憾。

（四）采用多途徑復(fù)合式教學(xué)模式提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作效率

利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和視頻課程講授實(shí)驗(yàn)知識可以有效解決無機(jī)實(shí)驗(yàn)課與理論課脫節(jié)及課時少的困難。教師首先通過網(wǎng)絡(luò)課程講述實(shí)驗(yàn)室安全和規(guī)則，介紹本學(xué)期化學(xué)實(shí)驗(yàn)室常見的儀器及如何預(yù)習(xí)才能取得高分實(shí)驗(yàn)成績的方法，待到開學(xué)實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，采取合作互動教學(xué)法促使少學(xué)時的實(shí)驗(yàn)課高效完成，培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作精神。此外，以問題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)（Problem Based Learning，PBL）也可以引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將線下教學(xué)和線上交流密切結(jié)合，形成一種全新的“線上+線下混合式PBL”學(xué)習(xí)模式［6］。充分提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及參與度，并發(fā)揮其主觀能動性。

（五）線上線下教學(xué)模式緊密結(jié)合

要打破傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，實(shí)行線上線下教學(xué)的緊密結(jié)合，在線上教學(xué)過程中主要側(cè)重兩點(diǎn)：一是對實(shí)驗(yàn)原理的講解和學(xué)習(xí)；二是對實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范、步驟及過程充分熟悉和了解。線上的學(xué)習(xí)要有組織有計(jì)劃和目的，設(shè)置一些線上答題、小組討論和測試等功能，學(xué)生通過測試方能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，以便對學(xué)生的學(xué)習(xí)起到督促作用，強(qiáng)化教學(xué)的效果。線下的教學(xué)過程要分以下三步進(jìn)行：第一步是認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)操作過程。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下按照教材完成各實(shí)驗(yàn)操作步驟，教師可以根據(jù)學(xué)生在線上的測試成績情況來分配關(guān)注度，重點(diǎn)關(guān)注那些需要幫助的同學(xué)，還能夠有時間和精力在課堂上根據(jù)學(xué)生的實(shí)際操作情況進(jìn)行科學(xué)素養(yǎng)和技能的評價；第二步是實(shí)驗(yàn)報告的書寫。實(shí)驗(yàn)完成以后，要求學(xué)生要在一周之內(nèi)提交一份完整的實(shí)驗(yàn)報告，便于及時對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評價，將成績反饋給學(xué)生，讓學(xué)生及時發(fā)現(xiàn)自己的問題和不足，在下次實(shí)驗(yàn)之前改正；第三步就是線下實(shí)驗(yàn)討論。教師在批閱實(shí)驗(yàn)報告的過程中對學(xué)生出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)和分析，和學(xué)生一起討論實(shí)驗(yàn)中遇到的困難和失敗的原因，引導(dǎo)學(xué)生找到出現(xiàn)問題的原因和解決辦法，從而對學(xué)生知識點(diǎn)的掌握起到鞏固的作用。

三、結(jié)語

在網(wǎng)絡(luò)上對實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行提前學(xué)習(xí)效果雖然不能達(dá)到現(xiàn)場教學(xué)的程度，但是在疫情之后可以最大限度地減少實(shí)驗(yàn)課程不能同步開設(shè)帶來的影響。這就要求實(shí)驗(yàn)教師要與時俱進(jìn)，更新教育理念，提高教學(xué)能力和教育技術(shù)，充分利用現(xiàn)有資源，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，積極探索，戰(zhàn)勝困難。線上教學(xué)是現(xiàn)代教育發(fā)展的一個階段，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到良好的輔助作用，對線下傳統(tǒng)的教學(xué)是一個支持和補(bǔ)充［7］。對現(xiàn)有教學(xué)模式和教學(xué)方法的變革，不僅能夠豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體結(jié)構(gòu)，還能夠?qū)?shí)驗(yàn)課從課內(nèi)延伸到課外，提高實(shí)驗(yàn)操作的效率，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提升，推動研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展。