互联网支持的有机化学实验混合模式教学研究

李 霞，刘 伟

(河南城建学院 材料与化工学院，河南 平顶山 467044)

有机化学实验是我校化工、生物、材料、环境等相关专业普遍开设的一门重要的专业基础实验课程。然而，随着大学的扩招、高考制度的改革，以及全社会信息化进程的推进，课程的教学对象发生了显著的变化，表现在学生化学实验技能参差不齐，信息化使学生关注学习时间越来越短。如何应对时代变化，提高实验教学质量，培养优质学生，这给一线教学人员的教学工作带来了巨大挑战。

虚拟实验作为数字化和虚拟化新技术，借助于多媒体、仿真等技术通过程序化设计在计算机上营造可实现模拟传统实验室各基础操作环节的动画操作环境，实验者可以通过电脑操作便可实现实验项目过程操作的认识和学习。目前在各运行虚拟平台的高校中使用效果反馈良好。对比传统课堂，其所展示传递的内容聚集，主题突出，同时短小精悍的课程特点，使学生可不受时间、地点的限制，利用碎片化的时间进行学习观摩，很好地适应了目前信息化时代的特点。微课作为一种新的授课模式，借助流媒体精悍短视频等手段已广泛应用于中小学及大学等各个不同阶段理论课教师的辅助教学中。基于此，通过三年教学实践，探索了基于互联网支持的“微课+虚拟实验+课堂实践”混合式实验教学模式，目前在学生中使用反映良好。

1 微课的制作及应用

随着社会信息化的发展，Wifi网络已经在我校全覆盖，现在入校的学生智能手机已成为标配，将有机化学实验课程中涉及到的各种单元操作通过PPT、视频及动画等形式做成十几分钟的微课，可方便学生在课下利用碎片化的时间随时观摩学习，并且可通过微课将实验过程操作及现象进行重点强调，通过反复多次观看，无疑比课堂上有限的时间急匆匆地被动听讲，其效果要好得多。为此我们通过精心设计制作了多个微课视频，通过实验课前2周推送至学生手机端，让学生充分主动学习，掌握实验中重点操作和注意事项。微课制作实践如下：

1.1 按实验单元操作设计内容

按照有机化学实验的单元操作分类进行微课制作，分别分为蒸馏装置、回流反应装置、反应蒸出装置、减压蒸馏、水蒸气蒸馏、索氏提取、重结晶、固液分离和干燥等，每个单元操作都录制成10～15 min的微课，用于有机化学实验教学。在单元操作设备的基础构架中可根据不同反应体系在微课视频中提出问题，引导学生思考，操作装置能否根据反应体系的需要进行调整及改进？思路如何？如何实现？同时在最后几分钟提供操作装置改进优化后的实例。借此来培养学生创造性思维。例如：在回流反应装置内容设置中，如果反应体系对水敏感，这时应该加配干燥管使反应体系与外界空气中存在的水隔离；如果体系对空气敏感，此时应该加装液封装置完成空气环境的隔绝，甚至可以进一步加装惰性气体包，进行缓慢通气营造惰性反应环境。通过上述做法重点培养学生遇到问题，解决问题的能力，改变以往传统实验中学生只知道照搬参考装置，不知道装置使用应用范围及局限性的问题。这样改变以往具体实验项目的教学，引导学生在面对具体实验项目时，自己选择不同阶段合适的单元操作装置，进行实验过程的安排和设计。该尝试引导学生思考不同单元操作间的联系，对学生树立初步的放大工艺思想有积极影响。

1.2 录制教学过程

在制作微课时，先将单元操作结构用操作动画配以语音讲解的形式简洁呈现。教师使用学校购置的虚拟实验平台对应单元操作训练项，在电脑端进行演示，用录屏软件进行录制。然后附以具体的实验室操作过程的录像，该录像可用手机或专业摄像机进行录制，录制过程，可采用多角度录制，以方便后期制作过程中不同角度展示需要，可以略去实验过程中的等待时间。录制中抽取上一届已进行实验训练过的学生参与录制过程，这样可以现身说法，并能够直接反映出学生在实验中容易出现的问题及存在的误区。此外，后期微视频制作中还可以适当穿插一些操作的判断纠错，可以校验学生对具体操作掌握的程度，强化自学过程的交互性。微课视频经过剪辑处理，最终形成具有动画、视频、背景音乐等多元素的形象生动的小视频，大大增加对学生的吸引力。

2 虚拟实验平台的使用

目前许多高校通过自己开发或购买，上线了各类版本的虚拟化学实验室系统。且近年来随着产品软件的升级，画面的生动性、真实性和操作的互动性得到了很大提升，使参与实验者浸入感也越来越得到满足，学生的参与热情得到很好的调动，获得了较好的教学效果。学院自2015年从大连理工大学购置了化学虚拟实验室系统，该系统可通过访问学院二级网站实验中心网页获得使用和操作权限。在有机化学虚拟实验的使用中，该系统能够较为简洁地反映操作过程，除了提供单元操作装配及工作状态界面，且界面生动，还提供了如：无水乙醇的制备、乙酸乙酯的合成等经典实验项目的操作练习，此外系统还附有测试功能。要求学生在通过微课视频学习后，登录本系统，配合单元操作装配学习进一步了解各类单元操作结构特点和实现的功能使用，结合具体实验课实验项目的预习，在系统上选择合适的装置组合完成实验各步装置的模拟搭建，在系统上学生如同玩游戏一样，通过简单虚拟操作便可以对实验单元操作和具体项目的操作过程有了进一步的认识，通过虚拟操作也加深了对微课视频中重点阐述的操作要点的认识和了解。

3 课堂实践

具体课堂实践上，针对目前高校实验课学时不断被压缩，而在人才培养中实验课能力培养要求却越来越高的矛盾，进一步整合实验项目，实验项目的选择上做到特点鲜明，强调不同单元操作的复合运用，尽量使学生在尽可能少的实践学时下，掌握尽可能多的单元操作原理及操作技能。借助“微课+虚拟实验”在课前的使用和练习，学生在课前完成预习报告，预习报告要求强调实验中可能遇到的注意事项的剖析。这样上实验课时，指导教师不再需要详细讲解实验内容和操作步骤，大大降低了授课老师的授课强度，授课老师只用进一步强调实验过程中安全注意事项，通过解答学生疑问，解决学生在互联网线上资源学习过程不能很好地理解和解决的问题。在整个实验过程中，要求学生2人一组，自主进行实验，培养独立和团队合作精神，要求学生如实记录实验原始数据，实验结束后需指导老师签字，培养学生科学严谨的态度。实验完成后，学生要在一周内上交实验报告，强调要求在实验报告中发掘实验中不足的地方，鼓励学生对实验过程遇到的问题及现象提出自己合理的解释和解决办法，并在此基础上提出对已有策略方法的优化和对新装置、新操作思路的探讨，从而激发学生创造力和创新思维的培养。

4 结论

通过近两年的使用反馈，发现使用“微课+虚拟实验+课堂实践”网上学习和课堂实践有机结合的新模式，学生学习的主动性提高了不少，能主动课下利用互联网完成线下学习和虚拟训练，上课时已经具备初步动手实践技能，在独立操作能力上提高不少，整个实验具体操作实践过程效率变得更加高效。学生和教师均对该种新模式下的教学效果感到满意，该实践为全国高校信息化工作推进，尤其在基础化学实验教学的信息化改革工作提供参考。