打造教师教学发展共同体，多校共上一堂课——“大学化学实验课程群虚拟教研室”教研活动初探及成效

朱平平，邵伟，姚奇志，郑媛，李婉，李玲玲，张万群，查正根，关明，白希，李厚金，胡昱，原弘，李恺，胡文远，王爱玲，赵军龙，翟翠萍，秦川丽，范乃英，胡瑞祥，沈永雯，郝俊生，张越，赵发琼，张海波，龚成斌，夏茹，郝海刚，张兴文，孙兴文，高珍，范勇2，郭栋才2，曹田2，罗时玮，李红春，胡万群，兰泉，吴红

1 中国科学技术大学化学与材料科学学院，合肥 230026

2 化学国家级实验教学示范中心(中国科学技术大学)，合肥 230026

3 新疆师范大学化学化工学院，乌鲁木齐 830054

4 中山大学化学学院，广州 510006

5 南昌大学化学学院，南昌 330031

6 华中师范大学化学学院，化学国家级实验教学示范中心(华中师范大学)，武汉 430079

7 郑州大学化学学院，郑州 450001

8 西南科技大学材料科学与工程学院，四川 绵阳 621010

9 大连大学环境与化学工程学院，辽宁 大连 116622

10 西北大学医学院，西安 710069

11 河南大学化学化工学院，河南 开封 475001

12 黑龙江大学化学化工与材料学院, 哈尔滨 150080

13 湖南师范大学化学化工学院，长沙 410081

14 兰州大学化学化工学院，化学国家级实验教学示范中心(兰州大学)，兰州 730000

15 山西大学化学化工学院，化学国家级实验教学示范中心(山西大学)，太原 030006

16 武汉大学化学与分子科学学院，化学国家级实验教学示范中心(武汉大学)，武汉 430072

17 西南大学化学化工学院，重庆 400715

18 安徽大学化学化工学院，合肥 230601

19 内蒙古大学化学化工学院，呼和浩特 010021

20 哈尔滨工业大学化工与化学学院，哈尔滨 150001

21 复旦大学化学系，化学国家级实验教学示范中心(复旦大学)，上海 200433

22 北京大学化学与分子工程学院，化学国家级实验教学示范中心(北京大学)，北京 100871

23 吉林大学化学学院，长春 130012

24 湖南大学化学化工学院, 化学国家级实验教学示范中心(湖南大学), 长沙 410082

25 安徽建筑大学材料与化学工程学院，合肥 230601

1 引言

“大学化学实验课程群虚拟教研室”为教育部首批虚拟教研室建设试点单位[1]，依托化学国家级实验教学示范中心、化学国家级虚拟仿真实验教学中心(中国科学技术大学) 2个国家级实验教学示范中心，由涵盖中国七大地理地区的47所高校协同共建(图1)，目前共有成员123位。

图1 本虚拟教研室由47所高校协同共建

其中，中国科学技术大学(简称：中国科大)成员23人，包括：国家级一流课程负责人6人(次)，省级在线开放课程负责人3人，省级线上教学优秀课堂负责人1人，省级教学名师2人，省级卓越教学新秀、线上教学新秀、教坛新秀共8人(次)。成员承担多门大学化学实验课程。他们长期坚持开展实验教学研究，广泛开展“互联网+”背景下的教学资源建设和在线辅助教学模式创新，取得明显成效。

来自华东、华中、华北、华南、东北、西北和西南七大地理地区46所高校的教师成员有100人。包括多位国家级一流本科课程负责人、化学国家级实验教学示范中心负责人、国家级规划教材主编和骨干教师等，他们具有丰富的化学实验教学和教研经验，为虚拟教研室工作的开展打下了扎实的基础。

2 教研活动概况

“大学化学实验课程群虚拟教研室”紧密围绕教育部关于开展虚拟教研室试点建设的建设目标(参照教高司函[2021]10号、教高司函[2022]2号文件)[1,2]，在大学化学实验教学、实验教学改革、课程思政建设、教师队伍建设、创新性人才培养和化学科普教育等方面开展多元探索，切实开展了创新教研形态、加强教学研究、共建优质资源以及开展教师培训等一系列工作，已初显成效。

本虚拟教研室一直强化队伍的建设。目前成员由申报时的11所高校、56位教师成员，增至47所高校、123位教师成员，涵盖华东、华中、华北、华南、东北、西北和西南七大地理地区，特别是吸引中西部高校化学实验教学一线教师积极参与。截至2023年7月底，本教研室中高校成员分布数据参见表1，其中，45岁以下青年教师占比为40.5%。

表1 本虚拟教研室中高校成员分布情况

充分运用信息技术，探索形式多样、线上线下相结合的教师教研模式，教研室开展了多次围绕一流课程建设、课程思政建设等多类主题的教学研究活动，如示范教学活动(图2，详见第3小节)，以打造教师教学发展共同体，促进人才培养能力与教学质量的共同提高。

图2 多校共上一堂课 共享教学云资源

通过平台工具，我们已构建知识图谱8个，内含多层级的知识模块，相关知识单元和知识点分别是618个和2194个(图3)。另共建共享文件236个，分门别类建于平台资源库中(图4)。

图3 知识图谱页面截图

目前在全部657个虚拟教研室中，本虚拟教研室在教研活动、知识图谱和教学资源三项活跃度监测指标均进入排行榜Top50 (图5，注：数据是动态更新的)。

图5 三项活跃度监测指标均进入排行榜Top50 (2023年8月19日数据)

3 典型案例

以示范教学直播课活动为例。

借助虚拟教研室(A版)新版客户端在线会议，本虚拟教研室以直播形式开展了多主题的示范教学活动(表2)，为打造教师教学发展共同体、促进人才培养能力与教学质量的共同提高积累了一定的经验。

直播课内容的选取主要基于以下几个原则。

3.1 原则一：基于虚实结合和线上线下混合的实验教学——依托一流课程建设的坚实基础

以邵伟老师主讲的“仪器分析实验”课程为例[3,4]。2022年4月12日下午，在中国科大化学实验教学中心的仪器分析教学实验室和新疆师范大学的智慧教室，一次特别的共享课堂正在进行。中国科大的邵伟老师和2名学生(图6a)，与新疆师范大学在线的白希老师和35名学生(图6b)，正在共同参与“气质联用法测定饮料中塑化剂的含量”实验教学课堂。同时来自北京大学、吉林大学、复旦大学、南昌大学、黑龙江大学、安徽大学、安徽建筑大学等18所高校100余位教师在线全程参与线上教学，并适时与邵伟老师互动。中国科大教学督导在线观摩。

图6 “气质联用法测定饮料中塑化剂的含量”教学课堂(邵伟主讲)

由于大型仪器操作的高度自动化、内部器件又大都被封闭，学生在一个教学单元内很难做到熟练操作仪器并深刻理解仪器工作原理。示范教学直播中，邵伟老师利用由报废仪器改建的教学模具和自制的虚拟仿真实验教学项目(图6c)，对于气质联用仪进行拆解式教学，让线上线下的学生们充分了解仪器内部结构，深化对于仪器工作原理的理解。在中国科大学生进行线下实验的同时，新疆师范大学的学生通过虚拟仿真实验同步完成了仪器方法设置、进样、数据分析等实验流程。

在仪器分析实验等待的间隙，线上线下进行了广泛的师师、师生、生生互动。邵伟老师还介绍了与质谱发展相关的主要Nobel奖成果以及获得者的故事。最终，中国科大的同学与线上师生分享了实测结果(图6d)，线上同学可以根据共享的数据来分析实验结果。

基于国家级一流本科课程(虚拟仿真实验教学、线上线下混合式和线下一流课程)建设的良好基础[5,6]，我们还开展了“重金属离子的性质与鉴定虚拟仿真实验(双语教学)”[7](图7)、“多相二氧化钛粉末X射线衍射综合分析实验——从大型仪器科研表征方法出发”[8](图8)和“线上线下相结合的‘茶叶中咖啡因的提取’探讨式教学”[9,10](图9)示范教学直播活动。

图7 “重金属离子的性质与鉴定虚拟仿真实验(双语教学)”教学课堂(李婉主讲)

图8 “多相二氧化钛粉末X射线衍射综合分析实验——从大型仪器科研表征方法出发”教学课堂(张万群主讲)

图9 “线上线下相结合的‘茶叶中咖啡因的提取’探讨式教学”教学课堂(郑媛主讲)

3.2 原则二：基于“教学内容与学科前沿相结合”理念的实验教学——以Nobel奖成果的融入为例

中国科大化学实验教学秉持“教学内容与学科前沿相结合”的理念，将诺贝尔奖工作、本学科最新进展、本校代表性科研成果转化为实验内容，确保教学内容的先进性和高阶性。

如，“有机化学实验”课程负责人查正根老师主讲的一次示范教学直播课“有机小分子催化的不对称Aldol反应实验设计”[9,11](图10)，该项目由2021年Nobel化学奖成果转化而成，为设计性实验，学生自行设计方案，课堂上先由学生分享方案，师生就可行性展开讨论，再调整方案，进行探究。

图10 “有机小分子催化的不对称Aldol反应实验设计”教学课堂(查正根主讲)

3.3 原则三：基于“以学生发展为中心”理念的实验教学——注重学生的实验方案设计能力的提升

“从纸上到躬行：基于有机化学理论和文献的实验设计及优化之低年级本科教学初探”，这是中国科大化学实验教学青年教师李玲玲的教研心得，发表在《大学化学》[12]。正如文中所述“初步探索出适合低年级本科生的以理论知识和文献指导实验设计和优化的教学策略”“鼓励学生对教材提出质疑并自主设计和开展验证实验，对教材中的经典方法持续优化。学生深度参与实验路线设计和关键参数设置，沉浸学术研究氛围，敢于质疑并验证，提升了将已学理论转化为解决实际问题的能力，一定程度上有利于其科学思维和科研执行力的培养，提高其从事化学专业技术职务或相关科研工作的核心竞争力”。

虚拟教研室特邀请李玲玲老师以示范教学的形式与大家共享教研心得(图11)。

图11 “乙酰二茂铁的合成、纯化与表征——从科研的思路出发”教学课堂(李玲玲主讲)

事实上，注重培养学生的实验方案设计能力已有很好的传统，以落实和深化“以学生为主体、以教师为主导”的教学理念。以“分析化学实验”教学为例，教研室开展了2次学生对自行设计方案答辩的直播活动[13,14](图12)。

图12 “含铬废液的绿色处理和分析”“海藻酸盐微胶囊制备及缓释的全过程探究”教学课堂(姚奇志主讲)

4 建设成效与特色

经过一年多的建设，本虚拟教研室在教师教学发展、实验教学改革、课程思政建设、一流本科课程建设、人才培养等方面，已初显成效，形成较为鲜明的特色。

据不完全统计，本虚拟教研室成员单位共获批第二批国家级一流本科课程9门[5]、省级一流课程5门、省级课程思政示范课程(或样板课程) 4门。获批省级课程思政建设示范中心1个。教研室成员荣获省级及以上教学成果奖10项。

教研室成员积极参加多项教师教学能力竞赛赛事，以赛促教，以赛促建，推动教学改革和创新。如，参加高校教师教学创新大赛和混合式教学设计创新大赛等赛事，获奖7人(次)。其中，第二届全国高校教师教学创新大赛部属高校正高组一等奖1项，第二届全国高校教师教学创新大赛安徽省选拔赛、第三届全国高校教师教学创新大赛湖北省选拔赛正高组一等奖各1项。

注重学生创新意识和实践能力的培养，已产生良好实效。在2022年8月举办的我国化学学科竞赛的A类赛事——“第三届全国大学生化学实验创新设计大赛”中，由本虚拟教研室成员指导学生获特等奖6项(分属6所高校，共计8人次)[15-18]，占总决赛所设的18项特等奖的1/3。而在前半赛程(2022年6、7月)举办的七个分赛区竞赛中，本教研室成员指导学生获一等奖10项(分属8所高校，共计14人次)。此外，教研室成员指导学生参加“第八届中国国际‘互联网+’大学生创新创业大赛”“第十六届全国大学生化工设计竞赛”“第一届全国仿真创新应用大赛化学化工仿真创新赛道本科组”等赛事，均取得优异成绩。

教研室成员受邀在全国性实验教学研讨会、中国化学会学术年会(高等化学教育分会场)以及化学学科协作组虚拟教研室之间开展了14人次的交流分享(表3)。在《大学化学》发表教研论文5篇。

表3 教研经验和虚拟教研室建设经验交流与推广情况

(续表3)

5 结语

正如新疆师范大学化学化工学院白希老师所言：“面向西部高校(如新疆师范大学)的教师及学生开展实验直播教学，为我校实验教学改革提供了可借鉴、可复制的典型案例，为我校青年教师在实验教学中的成长起到引领和师范作用，同时也使学生身临其境般领略到了名校教师的风采，激发了学生的学习兴趣。”西南科技大学材料科学与工程学院胡文远老师认为：有幸作为首批虚拟教研室的教师成员全程参与和见证了虚拟教研室的建设和运行。在短短一年多的运行期间，“多校共上一堂课”等多种形式的教研活动，对积极探索跨校、跨地域的教研交流新形态，共享优质教学资源提供了有价值的参考。特别对于西部高校的学生实时在线共享优质课程资源提供了可以复制范例。

打造化学实验教学研究共同体，打造一线实验教师教学发展共同体，是我们努力的目标。我们已尝试开展“大学化学实验课程群虚拟教研室西部行——走进新疆师范大学”活动，继续共同探讨基于数字化背景的化学实验教学设计、开展教研活动的有效途径以及示范辐射。如何促进和实现虚拟教研室的化“虚”为“实”，是我们共同前进的方向[19,20]。

致谢：感谢合肥亚慕信息科技有限公司对虚拟教研室示范教学直播活动提供的技术支持。