大学化学先修课实验制作探索与实践

牛丽红, 李 强, 周 云, 杨 锦, 尉京志, 宗瑞隆, 张四纯

(清华大学 化学系, 北京 100084)

大学化学先修课实验制作探索与实践

牛丽红, 李 强, 周 云, 杨 锦, 尉京志, 宗瑞隆, 张四纯

(清华大学 化学系, 北京 100084)

总结了作为中国大学先修课项目中第一门开课的清华MOOC课程“大学化学先修课”,实验部分的实验内容、制作特色以及业界影响,对在慕课中如何制作化学实验视频具有一定指导意义。

MOOC； 大学化学先修课； 化学实验

1 课程背景

MOOC(massive open online course)即大规模开放在线课程,是2011年以来国际开放教育领域兴起的一种网络在线学习模式[1]。2012年,斯坦福大学教授创建的Coursera 和Udacity 在线学习平台上线,麻省理工学院和哈佛大学联合创办的edX 上线,美国一流大学纷纷加入在线教育,这一年也随之被《纽约时报》称为“MOOC 年”。2013 年5月,清华大学、北京大学正式加入edX 平台,10月清华大学推出“学堂在线”平台。“慕课”浪潮在我国已经从高等教育影响到基础教育,这一以优质教学课程为传播载体的全新教育模式正在冲击着我国的传统教育体制[2]。

AP(advanced placement)即大学先修课,它始于美国,指在高中阶段开设并达到大学学术标准与学业水平的课程,供高中生选择。如果学生参加统一命题的AP考试并考核合格,在进入大学之前就可以获得大学认可的学分[3]。中国慕课大学先修课程,实质上是在教育综合改革的大背景下,充分利用大学和中学的自主空间、结合互联网时代信息化平台所形成的一套新型优质教育资源共建、共有、共享的体系。

大学化学先修课不仅在于向本专业的学生传授化学知识,更有向大众普及化学文化、解决生活中遇到的化学问题的重要意义。“大学化学先修课”在高中化学国家新课标大纲的基础上,从全新的角度介绍大学化学的基本理论,以及化学与现实生活、工农业生产和科学研究的相互关系,帮助学生进一步拓展学术视野,提升用化学知识解决实际问题的能力,培养化学思维的新模式。而实验作为化学课程的重要组成部分,如何在MOOC课程中发挥作用、体现以实验为基础的学科特点,是MOOC时代对实验教师提出的新要求[4]。

2 创新而前沿的实验内容

传统课程采用章节式教学,学生基本上是依据教师授课或教材前后的顺序从事学习活动,学习方式主要有课程内容的学习、课程章节测试、课程实验评定、课程期终考试。但在MOOC环境中,在参与学习方式、参与学习路径和学习结果等方面极富自主个性化,并呈现多样性[5]。

MOOCAP是面向高中生且具有大学学术水平的课程,既要符合高中生的认知特点,也要体现大学课程的前瞻性、学术性。经过前期充分调研,紧密结合课程内容,推出了表1的实验内容。实验内容涵盖了大学化学的典型性、重要性实验,将实验分为多个层次,兼顾和高中知识的衔接,以及现代化学理论的应用,用全新的实验体系的设计展现不一样的大学化学[6-7]

表1 MOOCAP实验内容

3 名师主导的优秀教学团队

慕课的制作是系统工程,良好的团队是MOOCAP顺利运行的前提,大学化学先修课制作团队由一批长期活跃在教学和科研一线的中青年教师组成：李强(北京市教学名师,国务院特殊津贴获得者,清华大学化学系教授,博士生导师)大学化学先修课负责人，主讲教师寇会忠(清华大学化学系教授,博士生导师)、崔爱莉(清华大学化学系教授)、严清峰(清华大学化学系副教授,博士生导师)、冯琳(清华大学化学系副教授,博士生导师)等长期活跃在教学和科研一线的青年教师。创作团队还特邀《美丽化学》项目负责人中国科学技术大学科技传播与科技政策系特任副研究员梁琰(其制作的《美丽化学》入围由美国国家科学基金会和美国《大众科学》杂志举办的VIZZIES国际科学可视化竞赛大奖),以及多名具有丰富实验教学经验和实验技术专长的专业工程师提供指导。

4 独特的拍摄过程立体展现学科魅力

实验力图将教师从重复繁琐的知识讲解中解脱出来,将学生放置于实验学习的中心位置,让学生拥有充足的时间不断地操作与思考[8],以期提高学生的实践动手能力和创新能力。

大学先修课并不是简单地将大学课程移植到中学,通过一味地“求深求难”来提高教育质量,而是采用更加符合教育规律的方式,重新精心打造中学教育和大学教育的衔接性课程,以此推动和帮助学生实现“贯通学习”[9]。课程建设以创新的思路贯穿始终,从场景布置到镜头语言,从课件制作到授课中的手势与眼神交流,从实验器材选择到实验过程的展示角度设计,都力求做到精准与生动。课程的表现形式充分考虑选课学生的感受能力与审美情趣,借助现代多媒体信息手段,力求在拉近与学生距离的同时,全方位地展示化学学科丰富多彩的立体世界与独特魅力,展现化学学科之美,诠释不一样的大学化学。

网络上的实验视频非常多,如何在传统的实验视频中挖掘新意,在科学、准确、全面而又深入浅出的诠释化学基本理论的同时,又能给观众以“化学之美”的感受,一直是我们制作团队所关心的问题。

借鉴《美丽化学》的灵感,在拍摄元素性质实验时,我们精心选用了做工精良的石英反应器,每一面的平面结构,很好地解决了实验室常见的圆柱体结构的器皿,如试管因曲率半径的存在而导致的对现象观察得不够全面、清晰,特别是应用微距镜头时,而用石英反应器所呈现出的画面非常清晰,每一处沉淀、每一个气泡都生动地展现在观众面前,可视感和画面感非常强。在拍摄过程中,对反应器的纯净度要求非常严格,因为细微的尘埃在微距镜头下都会加倍地展现出来；溶液的滴加用精密的移液枪完成,以保证平行实验的可信度；在展示不同pH值条件下的溶液加入酚酞后颜色变化实验中,采用这种方法可达到近乎完美的教学效果,12种颜色渐变的实验效果清晰地呈现在观众面前,这是传统实验无法观察到的；一些稍纵即逝的化学反应现象被镜头捕捉,极大地丰富了实验过程；在银沉淀的转化实验中,不同溶度积的银沉淀转化现象非常清晰,例如沉淀首先在哪里形成、初期沉淀物的性状等；饱和蒸汽压下降实验中,实际测量值和理论计算值达到完美的一致。

实验的前期准备工作历时半年有余。由于拍摄公司是按照时间计费,为降低成本,必须保证拍摄一遍通过,所以前期准备尤为重要。教师多次开会研讨,就实验内容、器材选择、实验展示角度、需要注意的问题等反复讨论,经过实验人员多次试拍,找到最佳的展示效果。剪辑完成后,反复观看和检查视频内容。

5 业界影响

2015年9月1日,“学堂在线”如期上线。作为中国大学先修课项目中第一门开课的清华MOOC课程,开课首日选修人数已达4 000余人。在2015年11月28日在清华大学举行的“高水平大学人才培养与基础教育的衔接”高峰论坛暨中国慕课大学先修课化学分论坛研讨会上,吉林大学化学学院院长杨文胜、南京大学化学化工学院副院长朱成建、中国科学技术大学化学物理系执行主任胡水明，武汉大学化学与分子科学学院、华中科技大学化学与化工学院、北京师范大学化学学院、复旦大学化学系、人大附中化学的教师等相关人员对大学化学先修课反响强烈,表示将通力合作共同推进大学化学先修课的推广和建设,并认为课程在实验方面的拍摄经验值得借鉴(摘自清华大学信息网)。2016年8月在马来西亚召开的第24届IUPAC国际化学教育大会上,我们的工作得到国际同行的高度认可。

MOOCAP上线时间紧、任务重,前期准备工作纷繁复杂,而我们同时承担繁重的科研、教学、行政任务,在整个创作过程中,学校、院系(例如学校开设了慕课方面的讲座、培训,学堂在线网络教学平台的支持)为教学的顺利进行提供了良好保障。由于时间仓促,工作中还有一些值得继续探究之处,我们将继续努力,不断探索MOOC环境下实验教学模式的变革之路,提高教学水平以及教学效果,培养出具有创新精神和创新能力的学生[10-11]。

大学化学先修课MOOC网址：http://www.xuetangx.com/courses/TsinghuaX/AP000000X/2015_T2/about

感谢清华大学在线教育办公室对本项目的支持。

References)

[1] 谢爱娟,姜艳,罗士平,等.后MOOC时代SPOC物理化学实验混合教学模式[J].实验技术与管理,2016,33(8):174-176.

[2] 樊红霞,柴成文,顾聪,等.借鉴慕课理念,加速高校化学实验室网络平台建设[J].实验技术与管理,2014,31(11):26-28.

[3] 刘永贵,孟夏.大学先修课慕课(MOOCAP)：我国大学与高中教育衔接的新方式 [J].远程教育杂志,2016(3):15-23.

[4] O’Malley P J, Agger J R, Anderson M W.Teaching a Chemistry MOOC with a Virtual Laboratory: Lessons Learned from an Introductory Physical Chemistry Course O’Malley[J]. Journal of chemical education. 2015,92(10):1661-1666.

[5] 杨乐.基于MOOC的自主个性化学习环境设计策略研究[J].实验技术与管理,2016,33(4):169-171.

[6] 杨孝容,江滔,孙国峰,等.化学实验教学体系的构建和实施[J].实验室科学,2016,19(4):124-127.

[7] Mistry N,Fitzpatrick C . Design Your Own Workup: A Guided-Inquiry Experiment for Introductory Organic Laboratory Courses[J]. Journal of chemical education，2016,93(6):1091-1095.

[8] 王彦沙,刘松艳.翻转课堂教学模式在大学化学实验教学中的应用[J].大学化学,2016,31(4):17-21 .

[9] 于世洁.慕课大学先修课助推教育改革[N].光明日报,2016-01-05(013).

[10] 斯蒂芬·哈格德.慕课正在成熟[J].教育研究,2014(5):92-112.

[11] 唐甜甜,张蕴莉,刘永伟,等.慕课在《临床生物化学检验》教学中的探究[J].中国继续医学教育,2016,8(15):15-17.

Exploration and practice of experiment in MOOCAP General Chemistry

Niu Lihong, Li Qiang, Zhou Yun, Yang Jin, Wei Jingzhi, Zong Ruilong, Zhang Sichun

(Department of Chemistry,Tsinghua University, Beijing 100084, China)

Advanced Placement of General Chemistry is the first open MOOCAP course in the Tsinghua University. The experimental content,manufacture features and the influence of the course are summarized. Therefore,it will be of great significance for how to make video in chemical experiments.

MOOC； general chemistry; chemical experiment

10.16791/j.cnki.sjg.2017.04.051

2016-10-20

清华大学本科教学改革项目基金(ZY01_02)支持项目

牛丽红(1977—),女,河北秦皇岛,硕士,工程师,研究方向为超分子化合物的合成、性质研究以及大学化学实验教学、管理工作.

E-mail：niulh @tsinghua.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2017)4-0202-03