分析化学实验课程线上教学的实践

摘  要：该文介绍了分析化学实验课程线上教学的实践。通过比较选择了微瑞虚拟仿真实验平台，线上教学模式选择腾讯会议直播。实验成绩的构成包括4个部分，分别为预习报告、提问题与回答问题、操作技术及实验报告。课堂讲解增加了翻转课堂的环节。指出了线上教学的4个注意事项，包括预做实验、问题引导教学、不拘泥于课表、数据记录表的截屏。

关键词：分析化学实验  线上教学  微瑞虚拟仿真实验平台  翻转课堂

Abstract： The practice of online teaching of analytical chemistry experiment is introduced in this paper. Weirui virtual simulation platform is selected by comparison. The model of instruction is live teaching by Tencent Meeting. The experimental results consist of preview report， asking questions and answer questions， experimental technique and laboratory report. Flipped classroom is adopted in teaching. Four considerations are pretesting， problem-guided teaching， flexible schedules and screen capture of data record sheet.

Key Words： Analytical chemistry experiment; Online teaching; Weirui virtual simulation experiment platform; Flipped classroom

分析化学实验课程是化学及相关专业的一门学科基础课，笔者学校化学专业的分析化学实验课程为58学时，包括1次绪论课和12个实验项目。该学期在不减少学时的前提下，基本按照教学大纲的要求完成了该门课程的线上教学，并且每个实验项目都做了虚拟仿真实验，这是一次非常有意义的实践[1]。

1  虚拟仿真实验平台的选择

开展分析化学实验课程线上教学，首先需要选择一个适合的虚拟仿真实验平台。分析化学实验课程组通过各方面比较，从几个备选平台中最终确定了微瑞虚拟仿真实验平台。该平台的6项优势如下：第一，微瑞平台提供了足够多的分析化学实验项目。根据教学大纲的规定，线下的分析化学实验课程一共有12个实验项目，而微瑞平台可供选择的分析化学实验项目达到了19个，具体实验项目名称见表1。第二，实验项目匹配程度较高。课程组最终确定的12个虚拟仿真实验项目，均为线下正在开设或者曾经开设过的实验项目。第三，虚拟仿真程度高。虚拟仿真实验的各项操作，例如称量、移液、定容、滴定等操作的设计与线下实际操作基本一致。第四，使用方便。无需下载安装软件，只要在浏览器输入网址，登录微瑞虚拟仿真实验平台，录入用户名和密码，即可进行实验。第五，项目内容完整。每个实验项目均提供完整的实验目的、实验原理、实验仪器与试剂、实验步骤、实验数据记录表和思考题。第六，细节设计较好。例如，学生做实验时，有提示和考核两种模式，若采用提示模式，分数会从100分开始不断减少;而采用考核模式，分数就会保持在100分。另外每个实验都有倒计时，超时分数会降为0分。

2  线上教学模式的选择

为了加强师生互动，提高线上教学的效果，最终课程组确定了以直播为主，学生线下自主学习为辅的教学模式。按照课表规定的时间，教师在腾讯会议室进行线上直播授课。教师采用屏幕共享方式讲解实验原理，介绍实验操作和数据处理的注意事项。同学们依次通过屏幕共享方式直播自己做实验的过程。师生通过语音和文字聊天方式进行交流和讨论。课外时间，推荐学生到中国大学慕课平台自主学习相关实验内容。

3  分析化学实验成绩的构成

分析化学实验成绩构成如下：预习报告占10%，学生提问题与回答问题占10%，操作技术占40%，实验报告占40%。

3.1 预习报告

学生的预习报告要求手写，上课的前一天学生将预习报告的图片上传至学习通[2]，教师在线批阅。预习报告按10分制评分，要求学生按时提交，并且不缺项目。建议学生先将讲义里的实验原理看明白，然后再择其要点书写在报告纸上。建议学生书写实验步骤时，最好以流程图或者框图的形式呈现，尽量避免照抄讲义。数据记录表的设计是预习报告的重中之重，要求表格项目必须齐全，符号和单位要规范。预习报告的具体评分标准如表2所示。

3.2 提问题与回答问题

提问题与回答问题一共是10分，提问题占6分，问题提得好加1分，每回答一個老师上课提出的问题得1分。

线下教学时，教师一般通过提问来检查学生的预习情况。为了更好地督促学生自主学习，该学期教师要求每位学生在上课之前提出一个实验相关的问题，然后在微信群接龙发布，且不能与前面同学提出的问题重复。因为该学期分析化学实验课安排在周一上午，所以教师一般会在周六于微信群发出接龙提问题的指令，几乎每次同学们都快速接龙，明显已经预习完毕，并且已将问题准备好了，就等老师发出接龙指令。通过一学期的实践，发现同学们提问题的能力明显增强，20名同学每人一个问题几乎涵盖了实验的方方面面，而且有些问题提得特别好，是老师也没有想到的，对于老师的教学也是非常好的促进。

教师在授课过程中会边讲边提问，其中部分问题就是学生自己提出来的。学生通过语音回答，或者在聊天区里文字回复。

3.3 操作技术

当课堂讲解和讨论完毕后，学生差不多同时开始做虚拟仿真实验。教师随机连线每一位学生，要求学生通过腾讯会议的屏幕共享功能来直播自己的虚拟仿真实验操作，教师认真观察学生的操作熟练程度，以及虚拟仿真实验的即时分数和剩余时间，然后给出学生操作技术的分数。

学生正式做实验时，应该选择考核模式，初始分数为100分，此时既没有语音提示也没有文字提示，学生尽量按照正确的实验步骤操作，若误操作，则不会执行，也不扣分，但若总是误操作则会耽误很多时间，一旦倒计时结束，分数会从100直接降为0。当然也有学生遇到操作实在进行不下去时，会更换为提示模式，但是在提示模式下，分数会一直下降。所以当学生屏幕共享时，教师需要关注一下学生的即时分数，若为100分，说明学生没有切换过提示模式，再关注一下剩余时间，就能了解学生开始虚拟仿真实验操作的时间。此外，教师还可提1～2个与实验操作有关的问题，请学生来回答。对于学生的回答，教师要予以点评，让所有学生都听到，巩固线下实验操作技术。

3.4 实验报告

学生的实验报告要求手写，课后学生将实验报告的图片上传至学习通，教师在线批阅。为了加强学生撰写实验报告的规范性，教师事先将实验报告的评分标准告知学生[3]。优秀的实验报告，会在微信群里展示。

4  翻转课堂的实践

为了提高学生的创新能力和自主学习能力，在该学期的分析化学实验线上教学过程中尝试了翻转课堂[4]。从第三个实验项目开始，每次讲解都由2位学生志愿者来完成，一位学生负责实验原理的讲解，另一位学生负责实验步骤的介绍[5]。通过几次实践，学生的讲解越来越有条理，而且将其他同学课前在微信群提出的问题恰当地嵌入课件里，并请提问者来回答，互动效果非常好。有2位学生讲了一次之后意犹未尽，后来每次实验征集志愿者时他俩都积极报名，最后这两位同学每人讲了3次。当讲到第三次的时候，两位同学已经相当熟练了，不仅可以做到深入浅出地讲解实验原理和步骤，还能很好地控制课堂节奏。还有一位同学准备开讲时，资料查找范围已经不再拘泥于教材，而是扩展到了期刊文献，颇有钻研精神，为将来从事科学研究打下了良好的基础。

5  分析化学实验课程线上教学的注意事项

线上教学与线下教学既有共同之处，也有其自身特点。所以必须针对线上教学的特殊情况，在教学的各项环节予以注意。

5.1 预做实验

在该课程的线下教学过程中，因为教师对实验项目非常熟悉，所以一般不要求老教师预做实验，也不要求学生预做实验。但是该学期线上教学涉及到的每一个虚拟仿真实验项目对于师生来说都是全新的，所以不仅师生都要预做实验，而且是每一个实验都必须预做。教师至少要提前两周完成预做实验，确保实验可以顺利完成，然后提前一周布置学生预做实验。在直播课堂上，师生还要交流此次虚拟仿真实验操作的要点和难点，帮助所有同学顺利完成虚拟仿真实验。

5.2 问题引导教学

线上实验教学讲解时，因为教师无法看到学生的反应，所以不适合大段地进行讲述，而应该把知识点拆解成若干个小问题，问题可以很具体、很简单，尽量激发绝大多数学生抢答的欲望。如果学生通过聊天区来抢答问题，经常会有好几个同学的答案几乎同时出现，这时可以给率先回答正确的2～3名同学都加分，从而鼓励更多的同学积极思考，参与抢答，活跃课堂气氛。

5.3 既有课表又不拘泥于课表

在课表规定的时间，师生一起出现在直播课堂上，除了讲解和讨论，剩余时间留给学生做虚拟仿真实验。但是学生也可以在课前预做实验，或者在课后补做实验，充分发挥线上教学的灵活性。教师通常会提前一周布置下次实验项目，并要求学生一定要提前预做实验。通过预做实验，学生熟悉了实验操作和数据处理方法，然后在正式的实验课上就能顺利地在规定的时间内完成实验。学生提交实验报告时，优先选择正式实验的数据，但若对正式实验的数据不满意，也可以选择提交预做实验或补做实验的数据。

5.4 数据记录表的截屏

在虚拟仿真实验过程中，称量、滴定等原始数据需正确填入弹出的数据记录表，否则无法进行下一步操作。所以要求学生在实验过程中将数据记录表截屏，并且与实验报告一起提交。教师在批阅学生实验报告时，参考截屏的原始数据，来评定实验报告的成绩。

6  结语

未来的分析化学实验教学当然还是应该以线下教学为主，但充分发挥线上教学和虚拟仿真实验的优势，实现线上线下协作教学，应该是一个趋势。例如，间接碘量法测定铜盐中的铜含量这一虚拟仿真实验项目会用到重铬酸钾做基准物质来标定硫代硫酸钠溶液，这也是理论课教材上的首选试剂。但考虑到重铬酸钾中的铬为六价铬，毒性很大，所以线下实验中剩余的重铬酸钾是不可以直接排入环境的，需倒入废液桶回收。实际在线下实验时，我们会用碘酸钾来替代重铬酸钾。因此同一个实验项目，若分别采用线上虚拟仿真实验和线下实验来完成，肯定能让学生对于该实验项目有更为全面和更加深刻的理解。实际上还有很多效果非常不错分析化学实验项目，就是因为使用了有毒有害试剂或者试剂的价格较为昂贵，而被其他实验项目替换了。其实这些实验项目非常适合设计成虚拟仿真实验，然后重新回到教学大纲之中。若有和线下实验基本一样的虚拟仿真实验，可以建议学生在进入实验室前，先通过虚拟仿真实验来熟悉实验操作过程以及实验现象。

实验课的线下教学通常要花一个学时左右来讲解，然后学生才开始做实验。这就导致有些实验做到很晚，甚至耽误了后面的教学安排。另外，有些同学想多做一组实验，时间上也来不及。其实只要师生共同商定一个合适的时间，实验原理和实验步骤的讲解以及问题的讨论完全可以通过线上教学来实现，从而给学生留出更充足的时间在实验室完成实验。

线下实验的第一次实验报告一般是第二次上课时交，等老师批阅完再返给学生时，已经是第三次实验了，这就导致实验报告批改的时效性比较差。而采用线上提交实验报告就可以彻底解决这一问题。

参考文献

[1] 李晨英，陈华林.新冠疫情下本科基础化学实验课线上线下混合式教学的思考[J].大连民族大學学报，2020，22（3）：285-288.

[2] 周利斌，朱桥，汤锋，等.基于学习通提升大学物理课堂教学效果的实践[J].科技创新导报，2019，16（19）：204-205.

[3] 曹尔新.改革分析化学实验教学引导学生自主学习[J].科技资讯，2019，17（33）：153-155.

[4] 王坤，廖爽，邓前军.《分析化学实验》翻转课堂教学模式探索[J].广州化工，2020，48（13）：138-139.

[5] 郭永明.“双创型”人才培养的分析化学实验教学改革[J].广州化工，2020，48（6）：186-188.

[6] 张泽志，王峰，韩春亮.虚拟仿真实验在化学化工教学中的应用与探索[J].河南教育学院学报：自然科学版，2019，28（4）：68-71.

[7] 王立萍.线上线下深度融合的教学模式探究[J].科技创新导报，2020，17（12）：231-232.