无机化学实验信息化教学改革实践*

黄子俊，皮少锋，陈建芳，邬 峰，方正军

(湖南工程学院材料与化工学院，湖南 湘潭 411104)

《无机化学实验》课程是对无机化学理论知识的验证和延伸，是培养学生具有严谨的学习作风和科学精神有效途径，有效地提升学生创新意识和化学化工综合素质，对学生深入理解无机化学理论和掌握化学实验操作技能具有重要作用。教育部《教育信息化2.0行动计划》[1]指出，教育信息化的核心内容是教学信息化。教学是教育领域的中心工作，教学信息化就是要使教学手段科技化、教育传播信息化、教学方式现代化。《加快推进教育现代化实施方案(2018-2022年)》[2-3]明确指出，不断促进信息技术与教育教学深度融合，支持学校充分利用信息技术开展人才培养模式和教学方法改革。教育部《2020年教育信息化和网络安全工作要点》[4-5]提出，教育信息化要求在教育过程中较全面地运用以计算机、多媒体、大数据、人工智能和网络通讯为基础的现代信息技术，促进教育改革，从而适应正在到来的信息化社会提出的新要求，对深化教育改革，实施素质教育，具有重大的意义。课程是人才培养的核心要素，学生从大学里受益的最直接、最核心、最显效的是课程。

湖南工程学院作为一所拥有七十年办学历史的应用型本科院校，是“新工科研究与实践项目”实施高校。2018年，学校入选湖南省“双一流”建设高水平应用特色学院。多年来，湖南工程学院围绕“金课”建设，对接“双万计划”，大力改善课程建设的软硬件条件，精心组织一流本科课程建设研讨，着力推进五类“金课”的培育、建设与申报认定工作。2020年，湖南工程学院《无机化学》课程获得教育部国家级线下一流本科课程认定。湖南工程学院无机化学实验课程组联合智慧树平台(https://www.zhihuishu.com/)搭建了在线无机化学实验课程，这一课程的设立为无机化学实验课程信息化改革实践提供了可靠的平台。

1 目前无机化学实验课程传统教学中存在的问题

信息化社会的快速发展，传统的无机化学实验教学模式逐渐凸显出诸多弊端。主要表现在以下几个方面：(1)无机化学实验教学内容陈旧及教学模式单一固化，致使学生处于被动填鸭式学习状态，自主学习及创新能力难以得到提升，课堂获得感较低，进一步导致学生学习动力和积极性不高，实验学习效果差；(2)实验课前预习效果不佳。传统无机实验课程预习以书本为主，缺乏信息化素材，缺乏正确的指导，实验所涉及的无机化学实验原理、实验步骤、仪器操作枯燥抽象，学生主动学习的积极性不强，老师预习效果考核手段较为单一；(3)实验过程操作不规范，实验结果误差较大。预习效果不佳，虽说老师进行了示范性教学，但由于课堂时间限制，学生没有办法快速全面的理解与记忆，学生在开展实验过程中不知所措，进而造成的实验误差或失败；(4)实验结束后，师生缺乏交流渠道，互动较少。课后学生缺少在老师引导下的反思提炼和总结，不利于学生实验技能和创新思维能力提升。

2 信息化无机化学实验教学探索的目标

图1 无机化学实验课程信息化教学研究Fig.1 Research oninformatization teaching of Inorganic Chemistry Experiment course

我国教育信息化取得了长足的发展，为“互联网+”教育战略的实施奠定了坚实基础[6]。特别在利用信息技术提升教育质量、促进教育公平方面做出了大量有效的尝试，全面增强了师生的信息技术应用能力和教育教学的深度融合水平[7]。信息化教学模式是指在教学活动中合理地运用多样信息化教学手段，在老师与学生之间形成信息化学习模式，使学生完成由被动学习到主动学习的转变[8]。

2.1 以培养学生的自主学习能力为目标

采用信息化实验教学模式，以课本为基础，以智慧树平台、课程思政案例库、互动直播课堂、二维码等多种信息化教育模式为渠道，以学生为中心，以提升教学质量为目标，完善多位自主学习，学生可自主学习视频、自主完成习题、自主学习实验操作技能。提升老师学生互动水平，多平台表扬学生、激励学生、树立学生自主学习的自信心，培养学生自主学习能力。

2.2 以着重培养学生的创新性和高阶能力目标(创新性、高阶性、挑战度)

高阶能力，即知识目标、能力目标和素质目标的结合。实验课前：多维度培养学生自主学习能力，提高学生自主学习意识。实验课中：以创新多维实验教学模式为支点，以增加师生互动、增加前沿性的实验拓展内容、增加实验难度为骨架，进一步增设答疑环节、综合性实验，有效提升学生的创新性和高阶能力。实验课后：加强师生互动，老师引导学生总结反思，内化课堂学习内容。通过课前、课中、课后环节，不仅要让学生掌握无机化学基本概念和原理，还要让学生能够基于无机化学实验的实际特点和结合实际生活生产需求，给出具体解决问题的实验方案。

2.3 以坚持立德树人为目标(课程思政)

“育人”先“育德”，注重利用信息化无机化学实验教学方式将传道授业解惑和育人育才有机统一。在信息化教学模式下，实验指导老师须始终坚持以德立身、以德立学、以德施教，注重培养学生正确的人生观和价值观，坚持立德树人，全面提高人才培养质量。在课堂上，选取保障国家安全、服务人民的典型化学化工专业实践案例，充分挖掘化学化工类思想政治资源，在提升学生专业能力的同时，润物无声地培养学生，使其具有强烈的社会责任感、坚韧的科学精神和浓厚的家国情怀。

3 无机化学实验教学信息化改革实践

近年，信息技术发展快、渗透性强、影响面广，与多学科深度交叉融合，成为推动社会生产新变革、提升教学质量的重要力量[9]。信息技术的发展给教育领域带来新模式、新理念、新空间探索的可能，促进了教育的模式变革、理念更新、空间体系重构[10]。在一流本科专业建设和一流本科课程的“双万计划”“双一流”建设的背景下，《教育信息化2.0行动计划》为课程改革与建设带来一系列机遇和挑战，成为促进高等教育发展的重要抓手。本课程组依托湖南工程学院材料与化工学院基础实验中心，围绕国家级线下一流本科《无机化学》课程建设，以注重特色、提高质量、均衡发展为准绳，以学生的视角和需求为导向，在信息化实验教学方面，对无机化学实验课程开展全方位、多维度、多层次的信息化实验教学模式的重构和探索。《无机化学》是理论与实验并重的学科，无机化学实验教学是全面实施创新教育的重要组成部分。与理论教学相比，实验教学的信息化建设更复杂，难度更大。借助无机化学实验教学信息化手段，既是全面提升教学质量、培养学生综合素质的需要，也是更好的提升我校首个国家级线下一流本科课程《无机化学》综合实力的需要。

无机化学实验信息化教学模式借助信息化平台的数据推送、数据采集和数据分析功能，秉持“以学生为中心，以问题为导向，以教师为主导”，做到课前、课中、课后三个教学活动阶段的深度融合。开展方式上强调灵活有序，实现教学过程的有效互动和实时多维度教学评估。搭建诊断预习效果、熟悉实内容、确保实验安全；引导实验，促进理论联系实际、拓展高阶能力三个信息化教学环节，实现针对性、层次性、实践性的教学(师生关系)模式革新，创新课程内容传播模式和优化教学设计能力、赋能高效课堂、提高学生知识点理解力，促进学生高阶思维能力和创新能力的发展。

3.1 无机化学实验课前线上自主学习

老师通过智慧树平台发布教学计划、设定教学目标、创设问题讨论情境；设计教学任务，发布教学公告，投放视频等无机实验课程资料。学生基于课前预习任务，掌握学习目标，查找相应学习资料、观看视频、完成课前测试题、提出问题等自主学习活动。学生可以建立实验探究小组、构思科学的实验方案，准备相应的器具及药品，独自完成课后习题与预习课本导读的任务；预习阶段主要以互联网+平台设计的智慧树平台为主，教科书为辅，完成预习报告。如图2所示，根据掌握学生课前对无机化学实验理解的差异，有针对性地调整实验教学目标，重塑教学手段和组织教学形式，提高教学质量。

图2 无机化学实验课前线上自主学习Fig.2 Online self-learning before Inorganic Chemistry Experiment class

3.2 无机化学实验课中引导学习过程

基于互联网+平台收集的课前自主学习效果的基本情况，指导教师在线下实验室教学过程中合理布设教学重点、难点，并进行实验活动，以学生为中心，引导学生对比分析、讨论实验方案、合作探索、开展实验、根据实验情况得出实验结论、撰写实验记录等。如图3所示，具体而言，首先，根据互联网+平台统计的课前自主学习活动数据，有计划、有步骤的导入新实验。然后，结合互联网+平台的无机化学实验在线课程中的演示实验，老师演示实验，着重讲解实验重点和难点。讲解后，以老师为主导、学生为中心合理安排实验计划，组织学生有序、安全开展无机化学实验。其次，学生独自自主对照平台资源正确地开展实验，以实验验证理论，理论和实践相结合，在实验中领悟老师讲解内容，加深对课堂无机化学理论知识得理解。最后，指导老师在各个实验台逐一指导纠正，学生通过实验查漏补缺，及时反馈，通过互联网+平台进一步提升自身实验技能和化学综合素质。在实验课中学生与学生互动，老师与学生互动，师生共同实现平安、有序、科学、高效的无机化学实验课堂，课后根据实验情况，学生独自完成实验报告，最后老师根据实验情况及时给出实验考核成绩。

图3 无机化学实验课中信息化引导实验Fig.3 Informatization-guided experiment in Inorganic Chemistry Experiment course

3.3 无机化学实验课中课后拓展提升综合能力

无机化学实验课后，对具体理论或实验操作问题的进一步思考，能够促进学生掌握和巩固所学内容或化学实验技能。所以需要学生课后要及时完成实验报告(拓展主题报告)、课本和课堂思考题。如图4所示，学生需完成平台作业，并提交实验报告至老师(平台、微信群、QQ群)、师生通过面对面或者互联网+平台讨论，学生回看智慧树平台的视频，提升总结。此外，老师引导学生总结反思实验过程、自我评价促进其高阶思维能力的发展，有效引导学生从课内知识向课外实际应用延伸，从而提升学生化学综合能力。

图4 无机化学实验课后拓展提升综合能力Fig.4 After class of Inorganic Chemistry Experiment Expanding and improving comprehensive ability

4 结 语

信息技术的革新推动了教育理念更新、模式变革、体系重构。基于无机化学实验课程信息化教学模式革新，以学生为中心，以问题为导向，以教师为主导”，做到课前、课中、课后三个教学活动阶段的深度融合，全面、系统、综合的提升无机化学实验教学质量，增强师生互动，提高学生化学综合素质和化学实验技能。在实验教学过程中将理论联系实践、实践强化理解理论，以理论知识点为主线的课程，转变为以理论和实践相结合解决实际问题为主线，努力提高学生参与度与兴趣点，增加学生自主学习意识。教育现代化背景下，无机化学实验课程与时俱进，进行探索和实践，经整合资源，优化配置，完善管理，构建了信息化教学平台，在保证原有传统实验课程教学目标的同时，还培养了学生的能力目标和素质目标，让学生一直保有学习的兴趣，愿意主动去学习，提升学生创新能力，学生自主学习积极性大幅提高。