基于微课的化学综合设计实验教学模式探索——以天然色素的提取、提纯及表征实验教学为例

文剑辉，黄俊生，曹迁永，李 静

（1.韩山师范学院组织部，广东潮州 521041；2.韩山师范学院旅游管理与烹饪学院，广东潮州 521041；3.南昌大学化学系，江西南昌 330031；4.韩山师范学院教育科学学院，广东潮州 521041）

基于微课的化学综合设计实验教学模式探索
——以天然色素的提取、提纯及表征实验教学为例

文剑辉1，黄俊生2，曹迁永3，李 静4

（1.韩山师范学院组织部，广东潮州 521041；2.韩山师范学院旅游管理与烹饪学院，广东潮州 521041；3.南昌大学化学系，江西南昌 330031；4.韩山师范学院教育科学学院，广东潮州 521041）

以天然色素的提取、提纯及表征实验教学为例，探讨微课理念下的大学化学综合设计实验的教学模式及其评价方法.具体做法是：首先教师将实验的具体要求、实验所用到的仪器操作方法、原理、规范及实验关键点录制成一个个不超过10分钟的微课，并发布在微信上；学生根据教师的要求设计实验内容，与教师讨论并优化实验方案；最后按优化的实验方案实验.这翻转了以往的实验教学模式，使得学生在课堂外就能很容易完成实验设计和基本的技能知识储备；而实验室变成了师生之间和学生与学生之间互动交流并最终完成实验的场所.这种模式与传统的综合设计实验教学相比，有四大优点：一是通过微课微信师生交流互动方便快捷；二是有利于培养学生的创新能力；三是实验质量更有保障；四是方便管理.总的来说，微课理念下的化学综合设计实验教学模式更有利于培养学生的创新能力和提高实验教学质量.

微课；化学教学；综合设计实验；实践教学；翻转课堂

当某大二学生被SN2（双分子亲核取代）的立体化学难住时，她没有去请教任何人，而是通过手机观看了网易公开课网站上一段“可汗老师”讲解SN2的立体化学的视频，反复翻看了几遍，就理解了.整个过程既方便又快捷，而且没花她一分钱.这或许是以后学习的一种方式.

微课程、MOOC（massive open online courses，大型开放式网络课程）、翻转课堂、可汗学院等新兴事物已经成为教育研究领域的重要关注对象.这种“微课”教学模式不同于传统的课堂教学模式，学生可以通过手机、电脑等网络途径去学习大量优质的教育资源，不再单纯地依赖教师教授知识；而教师的角色也发生了变化，其更多的责任是去帮助学生解决问题和引导学生运用课本知识.基于中国知网以“微课”为关键词检索结果表明，2010-2014年间发表的关于“微课”的论文数量分别为1、9、19与332篇，微课教学模式越来越引起广大教育教学工作者的关注，已被用于一些相关课程教学中，且取得了良好的教学效果.而关于化学微课教学，尤其是基于微课的化学实验教学，还尚未见文献报道.基于微课的化学综合设计实验教学模式如何建设？通过微课学生是否可以轻松掌握更多的知识和技能，通过微课教师是否可以实现化学综合设计实验的“翻转课堂”教学模式呢？本文尝试对这些问题做探讨.

1 微课与化学综合设计实验

1.1 微课的定义与特点

微课的定义尚未有定论.百度百科中“微课”定义为以视频为主要载体，记录教师在课堂内外教育教学过程中围绕某个知识点（重点、难点、疑点）或教学环节而开展的精彩教与学活动全过程.“微课”的核心组成内容是课堂教学视频（课例片段），同时还包含与该教学主题相关的教学设计、素材课件、教学反思、练习测试及学生反馈、教师点评等辅助性教学资源，它们以一定的组织关系和呈现方式共同“营造”了一个半结构化、主题式的资源单元应用“小环境”.教育部在第一届中国微课大赛中给出了微课的定义：微课全称是微型视频课程，是以教学视频为主要呈现方式，围绕学科知识点、例题、习题、疑难问题、实验操作等进行的教学过程及相关资源之有机结合体.

虽然微课目前还没有一个统一的定义，但从各家的表述上，还是可以看到微课的一些特点：小——知识点；全——知识点可以汇聚成一个完整的教学过程；快——制作快捷简单，只要有一台电脑加上简单的设备（摄像头、录音麦克风等），传播快，在线传播，尤其是手机微信传播，更是方便快捷；廉——因设备简单、制作方便等因素，微课的制作费用较少.微课小、全、快、廉的特点无疑与当今的微潮流紧密贴合，这也是微课给人耳目一新感觉的来源[1-6].

1.2 翻转课堂教学法

翻转课堂是与微课相伴生的一种教学模式.与传统的课堂教学模式不同，“翻转课堂”教学模式是学生在家完成知识的学习，而课堂变成了教师学生之间和学生与学生之间互动的场所，达到更好的教育效果.由于信息技术的普及，人人都有手机的时代已经到来，BYOD（让每一个同学自带信息设备来上课）终将成为现实，学生可以随时随地使用自己的手机等通讯设备学习原来在课堂上由教师教授的学习内容；教师可以改变自己的教学方式，将课堂讲授的内容（教材的重难点、关键点）制作成“微视频”让学生自主学习，课堂上则帮助学生解决不懂的问题，师生互动讨论，或者给予学生个性化的辅导，这种近乎理想化的教学模式极大地激发了追求教育改革的人们的浓厚兴趣.翻转课堂教学法也为实验教学注入了新的力量，教师们大可以将以往经常重复讲的、每台仪器的使用方法、操作步骤和学生经常会遇到的问题，以微课的形式设计、制作保存下来，再通过微信平台，实现翻转课堂教学，为减少实验室负担、保证教学质量保驾护航.

1.3 化学综合设计实验

化学综合设计实验是学生学完基础化学理论知识及基础化学实验后进行的实验.它强调的是学生的综合实验能力与实验设计能力，尤其后者是综合设计实验的重点内容.它是检验学生是否能将所学知识加以归纳、分析、综合的一种有效实验载体[7-14].为了更好地培养学生的创新能力、实验技能及实验设计能力，各个高等院校在近几年明显加大了综合设计实验的比例[15-25].但化学综合设计实验在现实教学中，因其内容涉及的知识面较宽、又需要学生自学设计方案，单个实验耗时特别长，使得学生容易产生畏难情绪；且随着时间的推移师生之间的互动和沟通往往显得不足，使得实验教学质量大打折扣；采用常规的实验教学方法，将难以收到应有的教学效果.为了革除传统化学实验的弊端，改革传统的教学模式，笔者探索了基于微课的化学综合设计实验，经过多次实验，笔者发现微课可以点燃学生学习的热情，有效提升实验教学的质量.

2 天然色素的提取、提纯及表征实验教学内容与基于微课的组织教学

常规传统的实验教学模式是教师在实验室布置实验内容，再让学生做设计并实施.而基于微课的实验教学具体做法是：首先教师将实验的具体要求、实验所用到的仪器操作方法、原理、规范及实验关键点录制成一个个不超过10分钟的微课，并发布在微信上.然后学生根据教师的要求设计实验内容，与教师讨论并优化实验方案，最后按优化的实验方案实验.这翻转了以往的实验教学模式，使得学生在宿舍完成实验设计和基本的技能知识储备，而实验室变成了师生之间和生生之间互动交流的平台并最终完成实验的场所.

2.1 天然色素的提取、提纯及表征实验教学内容

天然色素的提取、提纯及表征实验的内容包括：一是选取一种天然植物或动物原料，通过各种方法（常规浸提、酶法、超临界萃取、微波萃取、超声波辅助等）提取其色素；二是对该种天然色素进行提纯（大孔树脂、聚酰胺、色谱法等）；三是对该天然色素通过各种谱学手段（红外、核磁、质谱等）进行结构表征.学生选取的植物或动物上的色素可以是未见文献报道的，也可以是已经报道但在方法上要加以改进的；从学科知识上看，主要包括有机化学分析及仪器分析的知识；虽然实验内容只有短短的二百多字，但所有的原理、操作均是化学专业必须要掌握的内容，本设计实验不单可以起到系统地训练学生综合实验能力的作用，还能进一步的培养起创新意识.

2.2 微课理念下的化学综合设计实验组织教学

2.2.1 录制相关实验内容的微课视频

在微课的理念下，学生通过教师预先设计好的微课视频学会一些基础的知识才能进一步的设计实验.本实验预先录制的微课内容有如下8个：

微课1：首先是如何进行文献综述，查找出尚未被报道（提取）的天然色素或报道了是否有改进提取方案的动植物样品.

微课2：进而是能够简单的分辨具体的色素结构，常见的色素大多为卟啉系、类胡萝卜素色素、多酚类衍生物（花青素、黄酮类）、酮类衍生物等化合物，学生需学会简单的通过颜色、特征反应、文献等去初步辨别相应的色素结构.

微课3：如何选择合适的色素提取方法，具体选用哪种介质，如何判别.

微课4：如何选择合适的色素纯化方式，其原理及仪器操作方式，色价、纯度的测量方法.

微课5：如何对纯化后的色素进行表征，选择那些方法.

微课6：红外的原理及操作步骤.

微课7：核磁的原理及操作步骤.

微课8：质谱的原理及操作步骤.

2.2.2 微信——微课共享的载体及师生、生生交流的平台

在录制完成后，将其放到微信群上，学生通过微信可以随时随地浏览相关内容，并且还可以与教师随时进行互动交流，实现翻转课堂的第一步——学生学到原先课堂上的大多数知识.

2.2.3 学生设计方案，并与教师讨论修改方案

学生在完成相应微课视频的学习后，进入方案设计阶段；在方案的设计中仍然可以通过微信与教师或同学交流.在学生完成方案后，教师收集所有学生的设计方案，并批阅查找出存在的问题，个别问题个别讨论，共性问题在实验课堂上进行解决.

2.2.4 学生按方案进行实验

在方案通过教师的审核后，学生进入实验室做实验，并将实验结果统计分析，形成实验报告；再通过录制微课的形式，汇报自己的实验成果.

2.2.5 评价方法

常规的综合设计实验的评价方法是依据方案设计、实验结果及实验者的态度等做评判，笔者在这个实验中是以学生能否在正式期刊上发表论文为评判标准，即达到发表在中文核心期刊上的学生获“优秀”等级，达到发表在省级刊物上的学生获“良好”等级，实验报告提交者就获“中等”等级，以此类推，很好地刺激了学生的求知欲望.

3 反思

综合设计实验较常规实验而言，在文献调研、设计实验方案、实验过程、实验结果分析与讨论等方面均需增加教学投入，特别是实验环节需要一个开放环境，这也给教学与管理带来了一定的难度.尤其是实验的安全管理.但毋庸置疑，综合设计实验对提高学生实验能力、融汇所学知识、发展实验设计能力是非常有裨益的，也日益受到教育工作者的肯定，相信随着学科的进一步发展和社会的不断进步，综合设计实验的比例将会越来越大，所以探索综合设计实验的教学模式，减轻教学负担、实验室管理负担，提高教学质量是非常有必要的.笔者通过实践，进行了反思，总结如下：

3.1 翻转课堂是实验类课程教学的利器

通过这次实验设计，笔者进行了翻转课堂教学的试验，结果表明，实验类课程比较适宜进行翻转课堂模式教学.首先是减轻了教师教学的负担，教师在进行实验教学时，不再像以往一样重复讲一些内容，比如某一个仪器的使用方法和技巧，教师更有精力投入到解决学生学习后所遇到的问题；其次是学生学习的兴趣更加浓郁，新兴的学习模式，让学生感受到前所未有的新鲜，也为学习速度较慢的同学提供了再次学习的机会；最后是通过微信建立起来的微信讨论群，很好地满足了师生远程沟通学习与探讨的需求，从而保证了学生在踏入实验室之前，就掌握了实验原理、文献调研、实验设计、仪器使用等知识与技能，为顺利进行实验打下良好的基础.

3.2 引入外部评价机制是激起学生创新意识的动力

在以往的实验教学过程中，往往是以学生实验的成功率、实验的规范程度和认真程度来衡量学生的实验成绩，教与评都为授课教师，这对基础实验是合适的，但在综合设计类实验教学中，笔者发现较难激起学生的学习兴趣和创新意识，学生往往采取应付式的学习态度，较难实现综合设计类实验的培养要求.为此，笔者通过引入“发表论文”外部评价机制，改变评价内容与评价者，鼓励学生投入学习热情，激发他们的创新意识，真正发挥综合设计实验在人才培养中的作用.

3.3 减轻实验室压力能保证实验教学质量

通过微课实施翻转课堂教学法，在保证了学生实验理论教学质量的同时，为学生实现了虚拟实验仪器设备操作教学微课，减少了以学生为主体的试误性实验，也就减少了不必要的实验事故，减轻了实验室压力，保证了实验教学质量.

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A Microlecture-Based Exploration of the Teaching Mode of Chemistry Comprehensive Experiments——A Case Study of Extraction,Purification and Characterization of Natural Pigment

WEN Jian-hui1，HUANG Jun-sheng2，CAO Qian-yong3，LI Jing4
（1.Organization Department,Hanshan Normal University,Chaozhou，Guangdong,521041；2.School of Tourism Management and Culinary Arts,Hanshan Normal Univerysity,Chaozhou,Guangdong,521041; 3.College of Chemistry,Nan Chang University,Nanchang,Jiangxi,330031; 4.School of Education Science,Hanshan Normal Univerysity,Chaozhou,Guangdong,521041）

In this paper,the microlecture teaching method for comprehensive design experiments has been discussed.With the example of“extraction,purification and characterization natural pigment”,we first uploaded some 10-minutes short videos of this experiment via Wechat.Then students downloaded the videos, learned the principle and content of this experiment,and discussed the experiment scheme with teachers and other students outside the classroom via WeChat.At last,the students did the experiment in the lab by their modified scheme,and handed in the reports via internet.This teaching method flips the traditional teaching model,which is beneficial for quick communication between students and teachers,training the students’innovation ability,and enhancing the education quality.

microlecture;chemistry;comprehensive design experiments;practical teaching;flipped class model

O 6-4

：A

：1007-6883（2016）06-0067-05

责任编辑 朱本华 周春娟

2016-03-29

教育部人文社会科学研究一般项目（项目编号：14YJA880035）；广东省哲学社会科学“十二五”规划2015年度学科共建项目（项目编号：GD15XJY13）；广东省2015年“创新强校工程”教育科研项目（项目编号：2015GXJK089）；江西省教学改革项目（项目编号：JXJG-08-1-21）；南昌大学教改项目（项目编号：JXJG-08-1-21）；潮州市哲学社会科学“十二五”规划2015年度项目（项目编号：2015-A-09）.

文剑辉（1958-），男，广东潮州人，韩山师范学院组织部副教授.