“大学化学实验”课程新模式设计研究

刘晓霞 赵业军 杨 洁 唐红枫

(武汉东湖学院 护理与健康管理学院,湖北 武汉 430212)

《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》指出,为贯彻落实习近平总书记关于教育的重要论述和全国教育大会精神,落实新时代全国高等学校本科教育工作会议要求,必须深化教育教学改革,必须把教学改革成果落实到课程建设上[1-3]。

“大学化学实验”是我校生物制药专业大一学生开设的专业基础课,重在培养学生的化学实验基本操作技能,包括规范化动手操作能力、实验现象观察和分析能力、数据处理能力等,为后续专业课程的进一步有效学习、科研创新能力的培养及毕业论文等教学环节奠定坚实的基础,因此基础化学类课程的重要性不言而喻[4-6]。

大一学生的化学实验基础普遍较弱,专业课实验教师及就业单位多次反馈提出学生在相关工作和科研过程中基本实验技能较欠缺,很多操作不熟练、动作不专业。要解决这一多年困扰且不被重视的现实问题,除了应调整实验内容以满足学生各种基本实验技能的训练,重点在于建立一套完整的实验操作评价标准并在实际中加以运用,切实提高实验技能和规范化的动手操作能力。另外,互联网直观高效、可复用和可迭代的优势完全可以为线下基础类实验课程服务[7-9],且为线下实验的实际动手操作争取更多的时长。由此提出了需设计并构建“大学化学实验”“线下标准化实操+移动端辅助教学”线上线下混合式教学实验课程新模式。

1 课程目标设定

“大学化学实验”是我校生物制药专业的集中性实践教学类必修课程。立足本校“地方性、应用型、重特色”的办学定位,依据本专业培养具备医药卫生检疫检测相关技术人才的目标,满足后续“药物分析”等专业课教学需要,兼顾学生可持续发展,本课程设定如下教学目标。

知识目标:通过系统的实验训练获得大量物质变化的感性知识。掌握常见单质和化合物的性质、制备和分离、提纯等基本知识、基本化学实验操作技术和典型的分析测定方法。

技能目标:能规范地进行各种基本实验操作和进行实验数据的记录及处理。能对实验现象进行解释和表达,具备分析和解决化学问题的能力。

素质目标:形成整洁、节约、准确、有条不紊等良好的实验素养。训练乐于协作、严谨求实、创新存疑的科学品德和科学精神,具备高度的质量和安全意识。

2 学情分析

“大学化学实验”课程组成员分析总结了学生在该课程中的主要学情。

(1) 学生对进入大学第一门独立完成实验的课程倍感新奇,但内心有些忐忑和不知所措,感觉无从下手。

(2) 学生对实验的热情很高,但规范操作的习惯和能力较差。

(3) 学生对化学实验现象比较感兴趣,但对实验现象的分析和反思意识及能力不强。

3 课程教学改革重点

基于以上学情分析,本课程的教学改革重点在于以下几点。

(1) 充分利用互联网优势,做好课前实验预习,以消除学生进到实验室的忐忑和畏难心理,保证站在实验台前做到心中有数。

(2) 制定相应的标准化实验操作规范,让每个实验项目的具体操作细节有规可依、有据可循。

(3) 课堂上留出专门时间进行实验现象分析、数据处理和结果分析,及由此开展相关内容的讨论,真正提高学生的实验分析和处理能力。

4 实验课程新体系实践

在“大学化学实验”“线下标准化实操+移动端辅助教学”实验课程新模式下,相比传统的纯线下实验教学,教学内容和组织实施有一些新变化。

4.1 建立移动端辅助实验教学

利用超星学习通APP平台建立移动端辅助实验教学,主要完成“大学化学实验”课前实验预习以及课后讨论提高环节,让学生真正地“忙”起来。

移动端辅助教学内容如图1(A)所示,可分为课前和课后两大板块。课前板块有教案、章节、资料和通知等,课后板块包含作业、考试、讨论和统计。

课前实验预习,其内容不再仅是以往的一张实验报告,增加了实验演示视频、实验项目标准和扩展知识,不仅能让学生在课前充分且直观地预习实验内容,还能反复学习和观看,并且不受时间和地点的约束,还为线下课程争取了更多的实际动手操作时长。图1(B)为“大学化学实验”实验8发布的4个任务点,包括3个视频和1个实验报告,每个任务点学习后,后台都自动记录学习时间和时长并给出每个任务点学习的分数。

图1 “大学化学实验”学习通APP部分页面截图:主界面8个板块(A),实验8发布的4个任务点(B)

移动端课后作业和互动讨论,由于学生发表的讨论全班可见,不但进一步加强师生互动,也可以加强生生互动,增强学习兴趣和积极性,让学生经过一轮理论和实践环节后,再回到理论环节,对于知识点的掌握更透彻。

课后统计包括课堂报告、学情统计和成绩统计,图2为“大学化学实验”学习通APP统计界面部分截图,图2(A)为全班同学成绩统计及分数分布,图2(B)为学生成绩详细统计信息,学生的自主学习详情都将在线记录。每个学生都可以在移动端看到自己的学生名片,包括学生总得分以及成绩具体得分的分布情况,作业、课程任务点、章节测验、章节学习次数和考试等内容,后台都将实时记录并自动汇总,不但减轻了教师的教业负担,而且教师评定成绩更真实。

图2 “大学化学实验”学习通APP统计界面部分截图:全班同学成绩统计及分数分布(A),学生成绩详细统计信息(B)

4.2 建立线下标准化实操评价系统

建立线下标准化实操评价系统,保证了课中操作规范性,让学生实验技能“专”起来。

因为课堂实验一般只配备1位实验教师和1位实验员,不可能像大型竞赛一样每位学生都有一名专门的教师裁判员进行专门观察和打分,事实上,教师需要在学生操作过程中进行全场的巡视,很难顾及每一位学生的操作是否规范。如果能有一套实验操作标准,学生实验过程中严格按照实验操作标准进行实验,真正做到细节操作有规可依,学生和教师都能从以往粗略的教学中解放出来。

目前除大型化学竞赛项目有相应竞赛项目的评分标准外,实验类课程尚无完整操作评价标准。“大学化学实验”课程组成员利用教学团队多年积累的实验教学经验,以及组织和参加各类化学类竞赛担任裁判员的专业素养,将世界技能等大赛的竞赛标准和对接后续专业课程“药物分析”对应的中国药典等质量标准嫁接到该实验课程,在激烈的专业思维碰撞下,总结集体智慧的结晶,制定并完善了一整套课程标准化评价规范,并在实际课堂中加以运用。图3为实验8自来水总硬度的测定实验操作自我评分表部分页面截图。

图3 实验8自我评分表部分页面截图

学生可依据具体的评分标准对自己的操作细节进行比对和调整,而不像以往需要老师一个一个地来纠正,避免了以往1对多的实验过程中很多不规范的操作。因为化学实验步骤操作的规范性会大大减小最后实验结果的误差,让实验结果更准确,增强了学生的实验自信,帮助同学们练就大学化学实验技能的过硬本领。

4.3 强化课堂实验现象分析和反思环节

因为课前移动端辅助教学既有实验报告预习,也有关键实验操作视频共享等,学生走进课堂时已胸有成竹,也为课堂节省了很多讲解实验理论的时间。课堂最后可以专门留出20分钟左右的时间让学生充分讨论实验现象、数据处理和结果分析等,改变以往学生对化学实验现象比较感兴趣,但对实验现象的分析和反思意识及能力不强的问题,真正提高学生分析实验问题和解决实验问题的能力。另外,这个讨论过程虽在课堂上进行,但可以利用学习通APP的讨论功能,学生们可以同时发言,节省了时间,提高了效率。课堂时间不能完成的讨论也可继续无缝对接到线上,真正实现可持续讨论。

5 教学效果

移动端辅助教学为线下实操争取了更多的时长,相比传统的纯线下实验教学,学生实际动手操作时长增加了20～30分钟。学生对进入大学第一门独立完成的实验课程不但倍感新奇,而且胸有成竹,得心应手。同学们纷纷把自己实验制备的成品发到朋友圈展示,提升了同学们对专业认可度和对实验课程的成就感。

线下标准化实操评价标准类似一项一项的闯关设置,给实验者带来游戏体验感觉,学生对实验的热情更高,规范操作的习惯和能力变强。以前参加各类化学实验竞赛均无缘前三等奖,现在不但有多个一等奖、二等奖和三等奖,还有优秀组织奖。在后续专业课实验中,老师们也普遍反映同学们的专业实验操作较往届同学更规范和到位。就业单位也对我们的毕业生反馈较好,纷纷表示希望我校给他们输送更多的人才。

6 结语

作者在课程定位基础上,以本校“大学化学实验”为例,设计一套完整线下实验操作评价标准和移动端辅助教学管理系统,从课程目标设定、学情分析、课程教学改革重点和实验课程新体系等方面进行了实践分析。教学效果表明“线下标准化实操+移动端辅助教学”实验课程新体系不但使学生实际动手操作时长增加了20～30分钟,学生对实验的热情更高,规范操作的习惯和基础化学实验能力变得更强。基础化学类实验课程包括“无机化学”“有机化学”“分析化学”和“物理化学”等课程,涵盖包括化学类、生物类、材料类、环境类、食品类等理工科十多个专业[10,11]。该实验体系也对这些专业的化学类实验课程有一定的借鉴作用。