可视化3D模型构建微课在中职药物化学教学中的应用

蒋超意　汤艳荣

[摘 要] 目前，普遍认为使用可视化3D模型组（球棒模型）对学生学习药物化学是有益的。然而在现实的教学环境中，学生没有足够的时间在课堂上使用模型组进行学习。因此利用学生自主拍摄的3D模型构建微课，辅助学生学习和掌握药物化学课程中的相关知识点。通过考核发现，通过自主微课观看与学习的学生，在药物化学课程中的立体空间知识点上成绩较为突出。

[关 键 词] 3D模型；微课；药物化学

[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）14-0204-02

一、引言

中职学生要在药物化学课程中取得成功，学生必须学习化学物质的名称，化学物质相互反应的方程式以及多种表达方法的使用，这些学习的目的旨在使学生掌握化学物质三维分子的各种性质及表示[1]。对中职学生来说，他们缺乏将化学物质的结构从二维空间向三维空间进行转换的技能。同时，中职学生因为化学基础相对比较薄弱，他们在学习药物化学相关知识，尤其是课程中所涉及的立体化学空间知识时有相当大的难度[2]。因此，目前很多学校都使用各式教具，无论是虚拟的还是通过3D球棍模型，向学生介绍和展示分子的立体结构与性质[3]。然而鉴于现在的教学环境，教师很难在所有的教学时间和课程内容中让每位学生尝试使用这些教学工具。因此，本研究的目的就是要开发一个能够普及3D模型构建的方法，方便学生课后及时观看与复习。

让学生参与到课堂教学的活动中，可以有效地激励学生构建他们的3D模型，并利用3D模型进行药物化学相关知识点的学习[4]。在这个教学模式中，教师为学生提供必要的工具掌握分子3D模型的构建与使用，但是这个过程占用了宝贵的课堂时间，并且对所有学生而言，每个学生学习风格和接受能力也不是完全相同，造成他们从中获得的益处也不完全相同。因此本研究就使用一种直接的方法来培训学生，让学生自己拍摄分子模型构建的微课视频，并且上传视频到相关的视频网站，学生可以在课外时间使用的这些微课视频进行学习和复习。利用这种方式，学生将能够做到按需查看视频，并且还可以根据需要暂停和重播视频。其中暂停视频的功能特别有意义，因为构建3D模型的初学者需要慢慢进行操作，这个功能可以帮助学生学习分子形成速度的表达。

二、研究方法与内容

为了使微课视频尽可能地适合新手学习者，二年级已经完成药物化学课程的学生被招募为脚本作者和演员进行训练。撰写脚本的学生能够从新手的角度，利用他们新获得的知识关注如何构建和使用3D模型，脚本撰写的目的是让新学生轻松创建和了解与分子模型相关的结构和概念。为了保持学生的注意力，制作的微课视频简洁，不超过7分钟。对教学过程分析发现，学生模仿已建立的分子3D模型进行分子构建学习，这种积极学习的方法对学生理解分子的构建和可视化至关重要。同时在微课视频中，教师可以向学生提供复杂结构和概念问题的例子，以增强学生学习的经验并获得更多知识。教师还可以插入图像以提供关于多种分子构象的更多细节和解释。

本研究使用了2016级药剂班共180名学生，他们接受的药物化学课程授课时间是相同的，包括每周两次的理论课程（每次40分钟），每隔一周进行的实验课程（1小时20分钟）。二年级学生将制作的5个短片上传到优酷网上（YouKu），这5个短片涵盖以下主题：烷烃模型、烯烃的3D建模和立体化学、环烷烃的3D模型、环烷烃的立体化学和手性中心的立体化学。视频的链接通过班级QQ群发布到学生的手机上并且教师将相关材料打包上传到班级QQ群中。学生可以在课后时间按需观看和访问视频。从观看人数数据中也可以发现学生表现出对观看和参与微课视频的积极性。

为了考核该研究项目，在两个不同的学期收集学生的考试成绩和其他学习成果，其中一个通过视频（2017年春季）提供视频培训，其中一个只接受了上课培训（2016年秋季）。由于视频训练免除了学生课堂中的操作时间，这使教师能够在2017年春季的课堂教学中讲授更多的理论材料。为了能够比较两个教学手段，将两个学期的期末考试成绩和评估材料进行统计计算。收集和整理数据后，统计分析软件包SPSS用于计算二项式平均值和标准误差。计算了两组数据集的以下内容：接收微课视频训练的学生的答对率以及接受课堂教学的学生的答对率，以比较每种类型教学的有效性，同时计算Cohens d值以确定每种教学方法的效果大小。

三、结果与讨论

从视频分享网站上的统计发现，学生自制的微课视频自从首次发布以来，已经被观看了近3500次，这证明微课视频确实有学生进行访问与观看，并对该网站上的视频观看顺序进行了核实，发现观众数量的增加与课程涵盖的时间顺序一致。这也说明开放式共享平台可以帮助学生在课后广泛地观看和使用这些视频。一旦学生熟悉了分子模型的构建，教师在上课中就可以用较多的时间增强学生通过视频学到的知识点。

评估了有无使用微课视频教学模型组学生的期末考试成绩。结果发现，两个学期使用的培训方式对学生成绩有显著差别。对考查的第一个问题（二取代的环己烷构象异构体的稳定性），在课堂上训练使用球棍模型的学生中有29%的人正确地回答了这个问题，而通过学生自学微课视频培训后学生正确率达到76%。在第二个问题（烯烃中的E/Z异构体）中，正确答案的百分比分别为26%和57%，最后一个问题（R/S立体化学具有两个手性中心的化合物）的正确率分别为27%至60%。这些结果表明，学生制作的微课视频能够有效地帮助学生在药物化学课堂中学习相关知识。

结果评估的另一种方法是基于兩个学期实施了不同的模型构建和学习方法后期末考试的最终成绩。比较两个学期期末考试的最终成绩的平均成绩发现，2017年春季学期平均成绩提高了32分。另外，进行了t检验和计算了Cohens d值，发现最终成绩平均值之间有着显著差异，证实了微课视频训练方法是较为优越的，也可以使学生能够成功掌握分子结构的概念。微课视频的制作过程也增加了学生参与课堂学习的可能性，微课视频可以通过屏幕提示的视觉强化和可用的闭路字幕增加学生的理解，并且这是一个积极的演示过程而不是静态的图像。同时，这些素质在获得和保持学生的注意力上也被认为是必不可少的，它们能最大限度地使学生理解学习内容，并保持自身学习的信念。

对教师的课堂记录进行分析表明，通过使用自制的分子构建视频，对帮助学生理解分子建筑技术和立体化学概念来说是理想的。因为学生更熟悉他们同伴之间提出的观点，利用这些有针对性的教学内容，可以弥补自身知识的不足之处，成为学生持续不断进步的基础。虽然没有正式对学生使用培训视频进行调查，但在教师的课堂记录中也可以发现学生对该视频应用的积极评价：

在YouKu上链接的视频是很好的补充材料；真正帮助我了解分子的立体模型；用微课视频模型创建分子真的是一种有效的教学手段。

教师有很多时间和机会通过有效的视频教程和实际操作来帮助学生学习书本资料。

四、结论

使用学生自制的模型构建微课视频作为药物化学学习的培训工具可以有效地替代教师提供的课堂培训，同时也不会对学习成果产生任何不利影响。当学生被鼓励学习如何使用培训视频建立模型时，视频学习的应用节约了教师在课堂中使用分子模型的时间，这使教师可以将教学重点放在其他重要的药物化学学习目标上。一旦学生熟悉了分子模型构建，教师在上课时也可以借助微课视频增强学生已经学到的知识。同时从考核结果中也发现，通过使用3D模型构建微课进行主动学习的学生，在考核中的结果也明显优于之前未使用时的结果。使用培训微课视频将给学生足够的时间学习如何以自己的速度来构建分子模型，从而提高学生学习药物化学的兴趣，培养学生自主学习的能力。

参考文献：

[1]刘庆苗.中职卫校药物化学课程有效教学策略的应用探析[J].当代教育实践与教学研究（电子版），2015（9X）.

[2]谢应龙.中职化学学习方法探讨[J].科研，2016（8）.

[3]蒋超意，赵超.移动应用软件Chem Draw在药物化学教学中的应用[J].卫生职业教育，2017，35（19）：51-53.

[4]韦洪.中职化学教学如何激发学生学习的兴趣[J].考试周刊，2014（A0）：153.