新建构主义下基于微课的高校化工类实验教学模式改革

焦琳娟, 郭会时

(韶关学院 化学与环境工程学院， 广东 韶关 512005)

新建构主义下基于微课的高校化工类实验教学模式改革

焦琳娟, 郭会时

(韶关学院 化学与环境工程学院， 广东 韶关 512005)

以新建构主义理论为指导,探讨 “微课+课堂实验”“微课+虚拟实验+课堂实验”“微课+虚拟实验+毕业实习”和“微课+虚拟实验+开放实验”4种教学模式的构建,根据不同类型的实验,将微课与虚拟实验、课内实验、毕业实习有机结合起来,综合4种教学模式的优势,充分调动学生的主观能动性和学习热情,帮助学生建构自身知识体系,培养其创新能力。

新建构主义； 微课； 实验教学模式

实验教学是高等教育的重要组成部分,它对培养理工科学生的动手能力、思考能力、创新能力等有着不可替代的重要作用。但是,由于受到经费和场地的限制,实验设备不足、型号落后、难以更新换代跟上科技发展等问题[1-2],致使学生得不到应有的实践锻炼,严重影响了实验教学效果。《教育信息化“十三五”规划》指出“强化教育信息化对教学改革,尤其是课程改革的服务与支撑”[3]。因此,以学生的实际需要为根本开发微课程,探索基于微课程的混合式实验教学模式,就成为解决这一难题的有效手段和方法。

1 微课的起源和组成

微课最早起缘于美国北爱荷华大学LeRoyA.McGrew教授提出的60 s课程,以便在舞会或电梯等非正式场合给大家普及化学知识[4],而现在我们熟知的微课程概念则由美国新墨西哥州圣胡安学院的高级教学设计师David Penrose于2008年提出,他认为微课在相应的作业与讨论的支持下,能够与传统课堂教学取得相同的效果[5]。微课全称是“微型视频课程”,是指基于教学设计思想,使用多媒体技术在10 min左右时间就一个知识点进行针对性讲解的一段视频[6-7]。微课的核心组成内容是课堂教学视频,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[8]。

2 微课是体现新建构主义的一种教学手段

针对网络时代的学习特点,2011年王竹立教授对建构主义、认知主义等传统学习理论进行改良和创新,提出新建构主义[9]。新建构主义注重教学“以学生为中心,以教师为指导”,强调学生对知识的主动探索和对所学知识的主动构建,并注重培养学生的协作交流与创新精神。针对网络时代的知识碎片化学习,新建构主义提出了零存整取式学习策略[10-11]。微课程恰恰就是一种“拆零复整”工作。微视频在较短时间内所提炼出的核心知识点打破了学习者框架式学习思维定势,有效消解知识的体系化和结构化,微课这种化整为零的教学手段有利于知识的重构、对接和创新。由于微课程资源既分散又具有内在的关联性,因此,又有利于个性化知识体系的建立,实现化零为整。

3 新建构主义下微课在实验教学中的优势

3.1 有效培养学生创新能力

传统实验教学是标准的3步曲:学生预习—教师讲解—学生操作。为了能在有限的时间内完成实验,通常情况下教师让学生如何做,学生就如何做,学生几乎没有自主实验的权利,这严重遏制了学生创新能力的培养。如果能将基本操作、实验原理、实验步骤、实验注意事项等制作成微课,那么学生就可以利用课间、等人、吃饭等“碎片化”时间进行学习,难点和重点知识还可以反复观看,并通过网络平台进行生生或师生交流。通过这样的课前微课学习,学生基本上已经掌握了实验基本操作、实验原理等知识,因此,实验课时教师要么不讲、要么少讲,将时间还给学生,鼓励学生大胆进行探索性研究,在将新知识内化、建构形成自身知识体系的同时培养创新能力。

3.2 弥补实验教学中硬件方面的不足

随着普通高等院校学生规模的急剧膨胀,导致学生人数的增加与实验场地、仪器设备不足的矛盾愈加突出。如果能借助于Balabolka、Camtasia Studio、Adobe Captivate等专业软件，将那些本来应该开设、但因为设备和场地的限制只能十几人一组或停开的实验，以微课的形式呈现在学生面前,无疑可弥补原来实验教学的不足,给实验教学带来新的教学方法。

3.3 弥补实验教学中软件方面的不足

“双师型”实验教学团队是实验教学中重要的软件条件,但是目前高校教师普遍缺乏工程实践经验,致使培养出来的学生理论强、实践弱。如果聘请有着丰富实践经验的专业人士一起开发微课型实验课程,那么这样的实验课程即使在实验教师人数少、实验教师没有工程实践经验的情况下,也能实现理论、实验并重,基本操作能力和创新能力同时培养,验证型实验和综合型、设计型实验比例合理的人才培养目标。

4 微课环境下实验教学模式改革

微课可以将传统课堂与网络课堂融合,是一种具有交互功能的开放式在线学习方式。如果将微课与虚拟实验、课堂实验等有机结合起来,构建具有化学特色的逐层提高的实验开放课程,让学生拥有更多可供选择的学习资源,实现虚拟资源网络共享和实体资源的全校师生共享,必然在一定程度上解决高校实验教学模式中存在的问题,提高实验教学的信息化、网络化管理,给高校实验教学模式带来新的发展机遇。

4.1 微课程+课堂实验

“无机化学实验”“有机化学实验”“分析化学实验”和“物理化学实验”是化学、应用化学、环境工程等化学专业的4大基础实验课程,重点在于要求学生掌握基本操作和基本知识的应用,实验类型以验证型实验为主,综合型和设计型实验为辅。这4门实验课程适合以微课程+课堂实验的教学模式开展教学。

在建设这4门课程的微课教学资源时,应将基本操作单独做成微课,如“分析化学实验”一定要包含以下5节微课:滴定管、移液管(吸量管)、溶解和定容、分析天平和常压过滤。学生通过反复观看视频就可以掌握分析化学最主要的基本操作,无需课堂上教师一步步讲解、一步步演示。

在制作每个具体实验的微课时,应设置理论教学模块、演示模块、在线测试和在线交流模块,目的是让学生看过微课视频后就能明白实验原理、实验步骤、实验现象等,并且可以通过在线交流,与同学和老师一起交流学习心得,通过在线测试检测自己是否掌握了该实验的重点、难点知识。

需要注意的是,微课教学只是让学生通过视频对所要进行的实验先进行一个直观的理论学习,而培养学生的观察能力、动手能力、实事求是的科学素养等,只能在课堂实验完成。所以,教师一定要重视课堂实验的教学效果,在新建构主义的教育理念下,通过引导、启发,让学生发现问题、解决问题,提高实验能力和创新能力。

4.2 微课程+虚拟实验+课堂实验

传统实验教学中,教师最怕上“仪器分析”“化工原理”“环境工程学”等实验,因为这些实验往往要用到一些专用的大型仪器,这些仪器造价高,学校一般只购置1～2台,一个60人的教学班,教师至少讲解5遍才能将实验带完。教师口干舌燥,但教学效果甚微。因为学生只能是走马观花,忙着记录数据,对于仪器内部结构如何、如何设定实验参数、日常如何保养仪器、仪器出现故障如何维修等问题全然不知。

如果采用微课程+虚拟实验+课堂实验这种教学模式,问题就可得到一定程度的缓解。在这种新的教学模式中,微课侧重于介绍实验仪器、实验原理、实验步骤,虚拟实验主要给学生提供像在真实环境中一样的实验项目,让学生在多次反复的练习中,掌握大型仪器的结构、基本操作、维护、维修等知识。当学生对理论和实验操作技能都有了一定程度的掌握之后,再申请进入实验室进行实验。因此,任课教师无需多讲,只需在关键步骤提醒学生、启发学生即可。

这种新的教学模式不仅降低了教师的劳动强度,而且弥补了实验场地和仪器设备的不足,同时教学效果得到大幅度提高。另外,微课和虚拟实验可以加入动画、声音、图像等模拟效果,使学生身临其境,像玩游戏一样投入到学习环境中。在这种逼真的环境中,学生会全身心地投入到技能操作中去,既保证实验目的和效果,还能提高学生学习兴趣和积极性,获得了在真实条件下难以获得的信息[12]。

4.3 微课程+虚拟实验+毕业实习

随着时代的进步,一些仪器分析方法,如ICP—AES、ICP—MS、GC—MS、LC—MS、NMR等,已成为化学工作者必须掌握的基础知识和基本技能。但是地方高校由于办学经费紧张,无法购买上述仪器,这些实验被迫停开,致使培养出来的学生知识老化、动手能力差,不能符合社会需求。

韶关市出入境检验检疫局、韶关市环境监测中心站、韶关市质量计量监督检测所、韶关市核工业二九研究所是我校化学与环境工程学院签约的4家实习基地。这几年随着国家增加经费投入,这4家单位基本上都购置了上述大型仪器。因此,采用微课程+虚拟实验+毕业实习的教学方法无疑是我校破解尴尬局面的一种方法。

实习前,学生通过微课程和虚拟实验提供的教学资源,反复学习这些仪器的基本原理、结构、基本操作、基本应用等知识,通过测试后,被安排到这4家单位进行为期3～6个月的毕业实习。这期间,学生在实习单位指导教师的帮助下,利用这些仪器进行一些实际样品的分析测试,遇到问题解决问题,动手能力、分析问题和解决问题的能力都得到提高。

4.4 微课程+虚拟实验+开放实验

我国高等教育法第五条明确规定: “高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才。”[13]为此,高校化工类实验不再局限于课堂实验,而是通过开放实验室延伸学生创新训练。对于化工类学生来说,创新性研究项目的实施步骤多半是合成—表征—应用,表征就要用到诸如透射电子显微镜、X射线衍射仪、紫外可见光漫反射光谱仪、扫描电子显微镜等大型仪器,但普通高等院校一般缺乏这些仪器,因此本科生没有学习过相关知识,无法解释委托公司表征出来的数据,只能指导教师亲自代劳了,削弱了学生创新训练项目的培养宗旨。

如果将化工类常用表征仪器的实验原理、构造、基本操作、数据处理、谱图解释等知识制作成生动的微课,再加以虚拟实验的仿真效果,让学生多次虚拟操作、多次解释谱图,必然会提高学生的数据分析能力,使学生能够自主解释实验结果,为下一步实验方向提供改进意见。将微课和虚拟实验引入学生创新训练实验,不仅能拓宽学生的知识面,而且能充分发挥学生的自主性,启发学生的创造性思维,提高实验教学质量。

5 结语

在实验教学中应用微课程,打破了传统实验的时空限制,能满足不同知识层次学生的要求。根据不同类型的实验,将微课程与虚拟实验、课堂实验、毕业实习有机结合起来,综合4种教学模式的优势,充分调动学生的主观能动性和学习热情,激发其创新能力。但微课毕竟是一个新的教学手段,为进一步完善微课在教学中发挥的作用，还需要注意以下几点:

(1) 微课既可以安排为课前自学,也可以安排为课后复习,甚至也可以安排为堂上学习。教师需更新教育理念,以新建构主义为宗旨,以不同实验特点为抓手,充分挖掘微课的内容精简、主题突出、使用便捷、形式多样等特点,优化教学设计。

(2) 微课仍然是现实实验室教学的辅助、补充性手段,因此它的开发和应用仍然需要以现实实验器材和仪器设备的更新与完善为基础。

(3) 由于目前专业教师的计算机水平有限,使高质量的微课的研究和开发不得不依靠计算机相关专业人员,但计算机专业人员对化工实验不甚熟悉,甚至一无所知,因此,只有化工类专业人员与计算机多媒体技术人员充分、有效地结合,才能使高质量微课的设计和开发得到较快的发展和应用。

(4) 微课只是实验教学中必要和有益的辅助手段,它无法完全代替真实的实验操作,因此二者必须相互补充、相互促进,才能更好地服务于创新人才培养。

References)

[1] 邵俊,孟君,杨习居.基于虚拟实验室的仪器分析课程教学改革[J].化学教育,2016,37(10):75-77.

[2] 白雁,张娟,潘瑾,等.“虚拟实验室”在高校仪器分析教学中的应用[J].实验技术与管理,2011,28(12):169-171.

[3] 张进良,张克敏.现代教育技术微课程资源建设[J].当代教育理论与实践,2016,8(11):88-90.

[4] 陈耿庆,林玉生.“微课程"教学模式下高校教师及学生的素质研究[J].牡丹江大学学报,2014,23(7):156-158.

[5] 尹合栋.微课程的设计、开发与评价[J].现代教育技术,2015(1):46-52.

[6] 侯巧芝,郝红英,吴建丽.构建微课程平台,实现物理化学有效教学的新途径[J].广东化工,2014,41(21):260-261.

[7] 焦哲.微课在仪器分析实验教学中的应用研究[J].广东化工,2014,41(20):159-161.

[8] 李燕.微课程在计算机应用基础教学中的设计与应用:基于远程开放教育模式[J].电脑知识与技术,2016(12):119-120.

[9] 王竹立.新建构主义:网络时代的学习理论[J].远程教育杂志,2011(2):11-18.

[10] 王竹立.新建构主义的理论体系和创新实践[J].远程教育杂志,2012(6):3-10.

[11] 闰亚非.新建构主义视阈中的中学生物微课教学[J].中学生物学,2015,31(10):7-8.

[12] 马飞峰.大规模在线开放课程对高校校内实践教学模式的启发[J].中国成人教育,2014(15):149-151.

[13] 张宝昌,刘海峰.构建综合性实践教学体系,加强实践能力培养[J].实验技术与管理,2012,29(4):248-250.

Reform on experimental teaching mode for university chemical engineering majors based on micro-class under new constructivism

Jiao Linjuan, Guo Huishi

(College of Chemistry and Environmental Engineering,Shaoguan University, Shaoguan 512005, China)

With the new constructivism theory as a guide, the construction of the four teaching modes such as micro-class + classroom experiment, micro-class + virtual experiment + classroom experiment, micro-class + virtual experiment + graduation practice and micro-class + virtual experiment + open experiment is explored. According to the different types of experiments, the micro-class is organically combined with the virtual experiments, classroom experiments and graduation practice. These four teaching modes can fully arouse the students’ initiative and learning enthusiasm, and help them to construct their own knowledge system and cultivate their innovative ability.

new constructivism; micro-class; experimental teaching mode

10.16791/j.cnki.sjg.2017.08.048

2017-03-13 修改日期：2017-04-06

2016年广东省高等教育教学研究和改革项目([2016]479)；韶关学院第十六批校级教育教学改革研究重点项目(SYJY20151609)

焦琳娟(1970—),女,安徽巢湖,硕士,副教授,主要从事分析化学教学和实践教学管理工作等.E-mail：1379266851@qq.com

G642.0

B

1002-4956(2017)08-0192-03