基于混合式教学模式下的无机化学实验教学改革研究

王静岚，王 奇，陆 露

（江西科技师范大学化学化工学院，江西南昌 330013）

无机化学实验是高校大化学类（化学、药学、材料、食品和环境工程等）专业学生接受的第一门专业基础实验课程，该课程不仅是化学实验的重要分支，也是学生学习其他化学实验课程的重要基础，是真正开始培养学生实验基本操作技能和运用理论知识解决问题的一门课程。

1 调研分析内容

从实验课程中预习、实验、总结三环节展开探究，采用的方法有访谈法、问卷法、统计法。探究分析从三个角度进行：传统的实验模式、疫情期间的线上模式、线上线下混合式模式。其中混合式教学思路如图1。

图1 混合式教学思路

1.1 预习阶段

预习是实施课程教学的首要环节。在传统的实验教学模式中，预习环节通常是教师课前布置教材中的内容并向学生提供相应查阅资料的专业网站，预习效果考察主要以教师课前提问为主，缺乏对学生预习状况的全面了解。混合式教学中预习的整个过程加入有关实验安全、实验探究的内容，以多种形式对学生思政情感进行潜移默化的渗透。“鸡蛋壳制备乳酸钙”混合式教学预习流程如图2。

图2 “鸡蛋壳制备乳酸钙”实验混合式教学预习流程

1.2 实验阶段

传统教学实验只是按照教学目标对学生进行相关的要求，教学效果检验单一。混合式教学将实验目的、原理、内容、步骤和注意事项在实验前通过线上学习平台完成预习，同时利用仿真平台进行实验。教师根据不同类型的实验和预习情况来调整实验授课侧重点，既增强了学生对实验项目的理解，又给予了学生对实验现象、实验数据的探究和拓展，突出学生学习的主体地位。如图3对于不同类型的实验采用了不同的混合式教学流程。

图3 不同类型实验的混合式教学流程

1.2.1 基本操作实验的混合式教学

基本操作规范是实验成功的重要前提，该阶段实验重点在于让学生掌握规范的实验操作、实验室安全以及一些常用实验仪器的使用方法，培育学生科学、规范的严谨态度。

1.2.2 制备实验类型的混合式教学

在教学中制备实验是递进式安排的，实验难度系数越来越大，以在规定的时间内制备所得产品的质量和数量考查学生的实验技能。实验安排先由两人合作完成2个实验单元，再独立完成1项综合制备实验。学生首先在超星学习通平台和中国大学MOOC平台预习实验目的、原理、方法和步骤，再在虚拟仿真平台进行线上仿真实验，三个平台任务完成，成绩合格者方可进入线下实验环节，制备实验单元的混合式教学有效地提升了学生的合作学习和独立自主的实验 能力。

1.2.3 性质验证实验的混合式教学

性质实验是指元素性质相关实验，实验内容多而偏杂，实验现象常常会因为试剂用量、加入试剂的先后顺序和快慢、介质酸碱性和反应温度等条件的不同会变得复杂，甚至与理论预测的现象不符[1]。混合式教学则先利用虚拟仿真平台提前进行模拟实验，对实验现象有初步的了解，梳理好实验步骤，提前分析哪些因素可能会影响实验，在线下实验时，对不符合预期的实验现象能有效地予以分析和解释，切实地提高学生们分析问题和解决问题的能力。性质验证实验的混合式教学流程如图4。

图4 性质验证实验的混合式教学流程

1.2.4 创新型实验的混合式教学

学生具备了一定的实验能力后，则可利用线上学习平台的教学资源和查阅文献，自行设计出创新性的实验方案，再经小组和班级两级讨论设计出最佳方案。通过开设创新性综合实验提升学生的综合实验能力。如“鸡蛋壳制备乳酸钙”“废弃易拉罐制备明矾”等与生活息息相关的综合实验，将变废为宝的绿色环保理念融入具体的实验项目，将知识、能力与社会实践紧密相连，跳出内容有限的教材，提升实验教学的高度，将知识外延。学习书本之外的操作技能，又如增设“铁、钴、镍、铜和锌的纸上层析分离”“配合物晶体场分裂能测定实验”“纳米材料绿色合成方法的研究”等更多的探究综合实验，以培养学生的综合实验能力，在教学的深度和广度发力，有效地增强学生独立设计、分析问题、举一反三能力。“鸡蛋壳制备乳酸钙”实验课程任务单见图5。

图5 “鸡蛋壳制备乳酸钙”实验课程任务单

1.3 总结阶段

实验教学的课后内化提升十分重要，通过学生的总结和思考，可以提高他们对数据的处理能力和对知识的总结归纳的能力[2]。传统实验教学总结方式通常是批阅实验报告，总结方式单调不全面。实施线上线下混合式教学模式，教师可以在实验教学完成之后，通过批阅学生手写实验报告，检查平台仿真实验数据等多种方式对课程项目完成情况有一个全面的评价。学生也可以通过同样的途径对知识掌握情况更清晰明了，学生们的理论知识和实验水平都能得到全面提升和发展。

2 混合式教学提升实验课程教学效果

结合丰富的网络线上教学资源与传统的教师讲解学生操作教学，混合式教学模式潜力巨大。线上学习平台指导自学，经过多次模拟仿真练习后再实战，尤其在疫情常态化的大背景下，虚拟仿真实验极大地降低突发状况对实验教学的影响[3]。相比于传统的教学方式，混合式教学取得的成效与优势从实验能力、创新能力、思政元素和评价机制四个方面分析评定。

2.1 实验能力

无机化学实验核心思想在于基础性，教学过程中着重于规范实验过程的基本操作，狠抓基本技能训练。围绕“学做实验”“会做实验”“能做实验”“做好实验”实施教学过程，熟练掌握实验的操作技能，培养良好的“一看、二练、三反思”实验习惯，夯实实验基础能力。

无机化学实验作为一门实验学科，以学生会做实验、能做实验、做好实验为基本要求，强调将知识拓展创新，注重自主学习。线上线下混合式教学方式可以让学生主动接收文字型实验技能的指导，并将难消化的抽象信息通过虚拟实验练习，以“看”“做”“听”等实际感官强化实验能力。虚拟仿真实验改变了学生获取知识的方式，以更直观生动、高质有效的方式将知识传递给学生，课本里枯燥的内容逐步从纸上演进到3D视觉呈现和操作，对于激发学生的学习热情和提高学习效率有很好的促进作用。

2.2 创新能力

将学术研究、科技发展前沿成果引入课程，提升教学内容创新性、前沿性与时代性。虚拟仿真技术和线上平台的应用，高度融合化学学科理论知识和实验技能，在对环境零污染并保证学生安全的前提下，让学生能够学习到更多的实验知识，培养学生的动手能力和科研创新能力[3]。

教学方法体现先进性与互动性，线上线下、翻转课堂，积极引导学生进行探究式与个性化学习。利用互联网技术扩展实验教学，依托中国大学MOOC、超星学习通和虚拟仿真平台，把知识体系通过多种方式与学生的感观联系起来，线上线下同频共振，从被动接受型转变为主动创新型，加深了对实验内容的理解、对实验现象的观察以及实验操作技能的规范，极大地丰富了教学内容和教学手段。

2.3 思政元素

构建滋养工匠精神的价值体系，培养工匠精神是应用型高校的时代使命，让敬业执着、吃苦耐劳、精益求精、勇于创新成为实验课程自觉的价值追求，将绿色与安全化学理念有效渗透于实验过程中，将其充分贯彻落实到实验教学的方方面面，注重环保责任意识和实验室安全意识，践行工匠精神。

在无机化学实验过程中会接触许多强酸强碱、重金属离子反应，还会使用酒精灯加热等一系危险操作，应时刻将绿色化学理念渗透于实验教学中，提高实验室安全责任意识。在实验阶段中，按照先小组合作，再独立完成的顺序。合作实验要求学生具备沟通交流能力与团队合作精神，养成认真、求实、勤奋良好科研精神和严谨、规范的实验习惯，在独立完成实验环节注重培养独立思考和解决问题的能力。

2.4 评价机制

线下传统教学中教师只能根据主观判断给出一个较为笼统的分数，成绩评定存在随意性大、不合理的问题，十分不利于全面衡量学生对实验知识的掌握能力[4]。而混合式教学中线上预习情况与虚拟仿真实验可以作为一项考查内容，丰富评价方式。利用MOOC和学习通平台的“预习任务”进行自检，教师迅速准确地得到教学效果的信息反馈，及时进行有的放矢的教学指导，既减轻了负担，又为达到教学目标创造了条件。混合式教学较传统教学拥有线上大数据信息，可以根据不同班级的个体差异，把个体的有关侧面进行相互比较，更好地进行个体内差异评价，且过程性评价和总结性评价分别可以和大数据、网上在线测试问答完美契合，体现教学的达成度。表1为课程评价表。

表1 课程评价表

3 结束语

线上线下混合式教学仍有部分需要改进的地方，主要体现为线上预习过程不够精简，学生和教师皆需要耗费大量时间和精力；模拟实验部分步骤与线下实际操作有部分不同；学生学习自主性还有待提高；线下实际操作机会仅限于上课教学时间。针对以上问题提出以下改善的方式：

1）充分调动学生的学习状态。教师全面审视课堂教学，结合学习规律，调整线上线下教学任务比例，增加与学生的互动，激发学生的学习热情，调动出学生更好的学习状态。

2）通过开放实验室，让学生线下实际操作机会不再仅限于上课教学时间，能够有机会去尝试不同的实验操作方式，体会实验过程中的微妙差别对于实验现象或误差带来的影响，进一步提升实验的探究性和创新性。