“海洋科学综合实验”(化学方向)教学的信息化应用探索

宁志铭 方 草 余克服 林武辉

广西大学海洋学院 广西南宁 530004

认识海洋是保护和开发利用海洋的必经之路，海洋是经济社会发展的重要依托和载体[1]，科学研判我国海洋事业发展形势是在新时代发展海洋事业、建设海洋强国的重要前提[2]。国家积极支持海洋科学的发展，同时大力发展海洋科学的教育[3]，为更好地培养海洋科学专业型人才，高校设置“海洋科学综合实验”作为海洋科学学科的基础核心课程。本文以广西大学海洋学院的专业课程“海洋科学综合实验”为依托，结合海水中营养盐测定的实验教学方法，探究在海洋科学综合实验课教学中的信息化手段应用，深化互动教学课堂信息化融合，促进教学过程的整体优化，提升学生的海洋数字信息化意识及创新实践能力，引导学生把握海洋调查的科学方法，提升学生的基础实验技能和知识，培育具备海洋科学素养的专业型人才。

1 基于信息化手段的实验教学目的与意义

教师在实验教材、理论讲解、实验教学、实验报告等基础上，通过信息化手段对各过程进行干预(图1)，在授课前通过实验视频预习实验步骤、多元化的资料和图片提高学生学习兴趣，埋设实验思考题；实验教学中，师生通过智慧课堂交流增加师生互动，启发学生主动思考，提出问题并记录课堂中遇到的问题与解决方法；课后建立实验报告数据库，及时掌握学生的实验结果和效果，教师针对性地提出解决对策。该信息化教学模式可充分利用课前、中和后时间，师生交流互动充分，教师教授实验效果显著提高，学生在课堂中扎实理论功底和训练专业技能，为今后熟练应用海洋调查方法打下坚实基础。

图1 实验教学中的信息化教学模式设计图

2 “海洋科学综合实验”课程教与学存在的问题

2.1 学生学习主动性较差，教材文字描述不直观

学生学习主动性差，导致预习不充分，而教材文字的不直观更是降低了预习效果。另外，大多数学生存在动手能力差的特点[4]，在实验中对自身操作能力过分自信，对实验过程中出现的问题不主动思考或寻求解决办法，缺乏对实验操作细节的考量，实验结果往往不理想。

2.2 大班实验教学效果有限，师生交流互动困难

学生人数较多，大班实验教学不便对学生进行针对性的实验示范教学[5]。传统的教学模式效果十分有限，师生交流互动困难，学生往往急于求成，对实验过程中遇到的问题得过且过，当实验报告出现问题时，教师为学生答疑解惑已无从下手、无处针对。

2.3 教学效果获取滞后，出现问题解决对策慢

由于实验基础课程的学生人数较多，传统上收集报告、批改报告，再拿到学生报告的统计情况都相对滞后，拿到数据时往往已经进行到了后续内容的教学，存在衔接嫌隙，不能达到很好的教学效果。

3 实验教学中的信息化手段应用探索

3.1 启动实验课前课后，师生信息化学习交流

首先，将课程实验相关的视频、图片、新闻资讯和习题等资源(图2)划分为课前、课中和课后三类，分别发布到“泛课堂”“雨课堂”等智慧系统平台上[6]。课前资源是为了让学生有目的地进行预习实验，通过下载观看发布的实验视频，直观明确各个步骤的操作顺序及规范；根据科学前沿问题，收集相关信息推送到智慧系统内，提高学生对将要学习内容的兴趣和好奇心；课前布置预习任务和思考题，要求学生自主学习相关章节内容，并将习题成绩计入考核，增加学生课外学习时间，埋下疑问到课堂，增进师生互动。

图2 “海洋科学综合实验”课程部分教学视频截图

其次，课中将视频资源与理论操作讲述相结合，通过在实验课中视频展示与理论操作讲述相结合的方式，给予学生直观的实验教学感受；在实验中设置学习小组，增加每位学生的参与度和积极性；讲授完实验后，在学生进行实验期间，在智慧系统内打开“弹幕”功能，让学生轻松自由地发表对本次课堂学习的想法和遇到的问题，使教师可以快速知道各位同学在实验操作中遇到的问题和困难，这一操作更加增进了师生的互动和情感，提升课堂学习互动氛围。

最后，利用课后信息化平台收集学生的实验数据，快速掌握学生学习效果，有助于对学生学习进行针对性的加强巩固[7]。提交课后作业的平台设置了自动截止时间，在监督学生完成实验数据计算和思考题的同时，让学生能够及时地自我纠错和复习，遇到问题可以在上课时及时请教教师。

三个过程对学生查看资源的动态均有监控数据，可以作为学生学习效果和课程考核的指标，优化教学过程。在该课程实行教学信息化的两年多以来，根据百度网盘统计的教学视频，实验包括海水中的铵盐、硅酸盐、颗粒磷、硝酸盐的测定，数据显示视频浏览次数已超过1180次，表明学生多次反复利用教学资源进行了预习和复习，达到良好的预期效果(本实验教学视频的百度网盘下载链接为：https：//pan.baidu.com/s/1wyBf48_QzIhxZ95JhkZu6A?pwd=hyxy，提取码：hyxy)。

3.2 大班实验教学改革，整体优化教学过程

在大班实验教学中，经过学生课前预习和视频学习，教师的课上讲解，学生对实验操作已经有了初步的认识，然后学生以小组为单位进行实际操作，包括搭建实验装置、配制标准溶液、测定海水样品、记录数据、计算结果。教师在实验中巡视指导学生，规范学生操作，同时记录各组表现。在实验课上，教师利用智慧系统平台发起讨论，引导学生对实验的影响因素、注意事项、操作要点等进行探讨，使每位学生都参与其中，并记录问题与解决方法，解决了只有个别表达能力强的学生主动参与而大部分学生不爱主动发言的问题，也加快了学生对实验关键点和注意事项的掌握，巩固提高了课堂的教学效果[8]，同时有助于学生课后分析实验结果与实验过程的联系，找出影响实验结果的原因。实验完成后，教师开启信息化平台收集学生的原始数据及计算结果，并设定最后提交时间，提交后学生可以看到每位同学的数据结果，提升学生的海洋数字信息化意识及创新实践能力。通过数据集对比分析，找到实验的关键影响因素，抓住实验注意事项的重难点，教师将其应用到之后的教学中，更有针对性地提醒学生常常忽略的实验细节，确保每位学生能够掌握到系统科学的海洋科学综合实验方法。

3.3 数据分析捕获关键信息，信息化手段改进传统教学

通过信息化平台收集实验数据，教师可以有效快速地得到各班级不同小组学生对实验的掌握情况，及时把握学生对实验的学习效果，在课上精准地进行对于重点难点的讲解。根据系统的统计信息，可以及时了解每位学生的学习情况，对于部分实验结果偏差较大的学生，需要在后续的教学活动中给予更多的关注，对其进行精准帮扶，整体提升教学效果、优化教学过程，并根据全部学生的学习效果，及时调整上课的节奏和重点难点的把握，争取把教学信息化深度融合到课程教学过程中，促进教学过程整体优化。

例如，通过对各组学生配制标准溶液得到的标准曲线的R2分析(图3)，大部分同学的R2集中在1.00，然而根据测定结果显示，有个别同学的配制标准曲线的斜率值较其他同学的差异较大，可能存在移液枪使用不当、加水定容、比色皿使用不规范等问题，可以根据大数据筛选结果，针对这部分同学进行精准的教学与指导。

图3 各学生小组在不同营养盐含量测定实验的

通过比较各个实验的斜率误差值，可得到学生对实验的掌握情况(见右表)，对亚硝酸盐的测定实验的把握度最差，这是可能由于该实验课相较于其他实验未进行视频预习和教学，其次是铵盐、硅酸盐、颗粒磷，最后是硝酸盐的测定。因此，可开展各实验的视频可视化教学，再根据各年级的学生学习效果的长期监控数据，适当调整实验难度的设置，先教授学生较容易理解和操作的实验，通过加深学生对实验理论的理解，循序渐进地进行教学，逐步深入教学操作要求更专业、理解更深入的实验课程。

从各个班级的斜率误差可得到各班级对课程系统掌握情况(见右表)，B年级的班级误差之和较大，这是由于该年级在使用比色皿时未统一量程。在A年级教学中统一比色皿量程，使得各班级整体的实验斜率数量级一致，具有直观可比性。但值得注意的是，大量程测量高浓度海水营养盐会出现超出标准曲线预设量程的情况。因此，需要根据海水样本的营养盐浓度大小，设置适合的标准曲线的浓度梯度，统一比色皿量程。

各班级在不同营养盐含量测定实验中标准曲线的斜率误差值表

结语

建立课程资源信息化和实验报告数据库，学生能够进行课外自主学习，而且新鲜的教学资源和新颖的教学互动平台不仅提高了学生学习的主动性，还增进了师生的沟通互动。信息化手段的应用实现了实验教学各个环节全体学生的预习、资源查看和实验报告的信息自动统计，能够快速准确地反映学生的学习状态和效果，为整体优化教学过程提供重要参考数据。