有机化学实验线上教学与实践

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摘要：为了探索《有机化学实验》课程线上教学的方法和模式，文章利用网络、虚拟仿真项目和微课，开展了《有机化学实验》线上教学，并采用学生问卷的方式对教学效果进行了调查。研究结果表明：《有机化学实验》线上教学直观清晰、互动方便，虚拟仿真项目实现了人机互动，弥补了不能实际操作的不足，教学整体效果较好。

关键词：有机化学实验；线上教学；虚拟仿真；微课

一、引言

肺炎疫情爆发后[1][2]，由于学生是易感人群和防控重点，教育部《关于2020年春季学期延期开学的通知》，并印发《关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见》（以下简称《指导意见》），要求采取政府主导、高校主体、社会参与的方式，共同实施并保障高校在疫情防控期间的在线教学，实现“停课不停教、停课不停学”[3][4]，鼓励各高校通过网络形式进行远程授课，尽力保障春季学期的正常教学秩序。由于实验课程的开展实施比理论课要更为复杂，一般需要特殊的场地（规范的实验室）和防护（穿戴防护设备）、实验仪器以及试剂耗材等[5]。疫情的严峻性导致全国大学生居家隔离，实验课的教学遇到巨大挑战，学生不能到校、不能进入实验室、无法使用仪器设备。在学生返校日期不确定的前提下，需要用新的方法来满足学生线上实验教学的要求。首都医科大学药学院实验教学中心依托药学国家级实验教学中心、国家级虚拟仿真项目和近几年建设的微课资源，开展了《有机化学实验》线上教学，取得了较好的教学效果。

二、《有机化学实验》线上教学探索

学校在开展《有机化学实验》线上教学时，经历了一个不断探索、磨合和调整的过程，前期发现在《有机化学实验》线上教学过程中主要存在以下几个方面的问题：①《有机化学实验》课程教学需要用到一些小型仪器设备，比如熔点测定仪、旋光仪和折射仪等，学生见不到实际仪器，对原理和操作理解起来比较困难。②各门课程都进行网络教学，学生每天从早到晚盯着屏幕，感觉眼睛不舒服，视力下降。③家里线上学习氛围不如线下教学，学生一个人学习注意力有时无法集中。④上课期间有时会出现网络拥堵、卡顿等现象。因此，我们根据《有机化学实验》课程特点、学生自主学习能力及网络教学硬件条件三个方面的问题，不断调整和完善《有机化学实验》线上教学。1.《有机化学实验》线上教学模式探索首先，网络教学平台种类繁多，各具特点，通过不断尝试和多次实践，学校选择了腾讯会议系统作为网络教学直播平台。该系统的优势是网络流畅、界面简洁、操作简单，免费版本可满足300人同时在线，能够满足大班教学的规模要求。利用屏幕共享功能可以将PPT在学生的手机或电脑终端展示，与教师讲解同步。其次，以班级为单位组建微信群，学生需要通过“学号+实名”认证的方式加入班级微信群，作为上传课程相关资料、教师和学生讨论答疑的沟通交流平台。每位学生都需要实名注册到实验空间———国家虚拟仿真实验教学项目共享平台（网址：www.ilab-x.com，以下简称i-Lab），进入首都医科大学药学院国家级金课“药学安全实验教学虚拟仿真项目”，按照预习、学习、考核、报告和评价等模块，完成《有机化学实验》课程虚拟仿真实验（见图1）。授课教师将邮箱地址和QQ号发送给学生，学生也可以通过发邮件给教师或单独通过QQ联系教师进行交流沟通、上交实验报告验》课程最终采用“腾讯会议平台+微信+iLab+E-mail+QQ”的混合在线教学模式。2.《有机化学实验》线上教学方法探索《有机化学实验》在线教学采用“预习+直播+虚拟仿真+微课+讨论”的方法进行教学，具体如下：课前，教师将电子教材、知识重点和教学要求提前一周发给学生，要求学生做好实验预习。每堂课均设置督导教师，督导教师全程参与听课，课前、课中和课后要随时清点人数，做好考勤，按照设定的标准对授课效果进行评价，课后立即将考勤和评价上交主讲教师，以便其及时改进和调整教学方法。课中，由于学生不能实际操作仪器，PPT课件应尽量详细，采用“屏幕共享”的方式展示，讲授的时候速度要比实验室授课稍慢一些，充分采用图片、表格数据和案例等形式进行讲解。学生远程听课学习，很容易被其他事物干扰和吸引，授课教师要通过课堂提问、点名等多种方式与学生互动，防止学生听课时走神。直播讲授时间控制在1.5个小时（包括对上次实验报告的讲评和新实验的讲授），分配2.5个小时让学生学习虚拟仿真和微课，剩余0.5个小时回到课堂进行讨论和小结。学习完成后，所有学生在微信群打卡，教师掌握学生的学习进度和完成情况。课后，学生撰写规范的Word形式实验报告，上交任课教师，教师以修订模式评阅完成后，在下次实验课之前返还给学生并讲评。周末再安排一个小时的统一答疑时间，个别不愿意参加统一答疑的学生可以通过QQ和微信进行单独答疑。考核方式为选取一个虚拟仿真实验项目，通过机器智能评价操作，预习成绩（20%）、操作成绩（60%）和报告成绩（20%）作为学生的期末考试成绩。期末考试成绩占最后总成绩的25%，平时成绩（14个实验）占总成绩的75%。3.《有机化学实验》线上教学管理探索线上教学管理同线下教学管理一样严格要求，采用“主讲教师管理制”，每个教学环节都一丝不苟地完成。教学任务书、课程表、进度安排、新学期开学教学准备会、每次预实验及集中备课、研究生助教试讲、学生评教、同行评教、学期末教学总结会、教学制度落实到人等，所有环节都通过腾讯会议、微信群和E-mail完成，并形成了电子版教学日志，课程结束后连同教学资料（学生成绩、教案、PPT课件等）一并上交中心留档保存。

三、《有机化学实验》线上教学效果调查与分析

为了全面了解线上实验教学现状，本研究设计了5个问题，采用学生问卷调查的方式对教学效果进行调查。参与此次调研的学生有药学和临床药学两个专业、三个班，总计57人，为《有机化学实验》上课学生总人数的80%。因此，此次调查结果能够比较好地反映学校药学类《有机化学实验》课程线上教学的开展情况。根据调查报告深入分析线上实验教学模式的优势及弊端，可为今后线上实验教学提供借鉴，以期更好地服务学生，提升线上实验教学效果。1.线上实验教学的整体效果较好在肺炎疫情爆发前，大部分教师和学生都没有完整地参与过线上教学的经验，只是部分实验开展过虚拟仿真项目训练。从调查结果中可以看出（见图2），有19位学生（33%）认为腾讯会议进行网上远程直播实验教学的整体效果非常好，有34位学生（60%）认为实验教学的整体效果较好，这两部分比例达到了93%，说明线上直播进行实验教学的整体效果是比较好的，得到了绝大部分学生的认可。只有4位学生（7%）认为实验教学的整体效果一般，没有学生认为网上直播实验教学效果较差。2.线上实验教学的优缺点通过表1的统计可以看出，线上实验教学的优点和缺点都很突出。其中，选择互动方便的学生有16人（28%），他们认为线上直播时可以随时向教师提问，参与感较强；而选择直观清晰和方便快捷的学生分别为14人（25%）和12人（21%），他们认为通过屏幕共享的方式讲解与PPT同步，和线下上课相似、非常清楚，腾讯会议教室进入方便快捷；由于学生不能亲自操作，授课教师在讲解实验理论部分的时候要比线下授课讲得更细致，所以有12人（21%）认为线上授课比线下讲解更详细；课前一周，授课教师将电子教材、PPT、预习题和视频等提前发给学生，其可以充分利用这些资料反复学习，所以有3人（5%）认为同线下教学相比可以获得更多的学习资料。对于实验课来说，61%的学生认为线上直播教学最大的缺点就是不能实际操作，缺乏对实物的真实感受，实验结果和实验经验无法得到，实验中的很多问题依靠想象、比较抽象，对知识点的记忆不够深刻；有18%的学生认为网络信号有时不好，有延迟或卡顿现象，偶尔有杂音；腾讯会议线上直播无录播功能，基础较弱或记忆力不太好的学生，或者有因生病不能按时上课的情况，不能在其他时间看课程视频回放学习；有7%的学生认为一个人听课有时容易走神，家里学习氛围不如在教室；有4%的学生认为线上课程需要一直长时间盯着电子屏幕，眼睛很累，对视力不好；还有1%的学生认为线上实验教学枯燥、无趣。3.线上实验教学能够掌握实验内容并达到教学要求通过图3的统计可以看到，所有参与问卷调查的学生对实验内容的掌握程度都在70%以上，说明线上实验教学能够达到教学要求。其中，掌握程度在90%~100%之间的有16人（28%）；掌握程度在80%~90%之间的学生最多，有30人（53%），掌握程度在70%~80%之间的有11人（19%）。4.虚拟仿真实验对大部分学生的学习具有帮助作用学生对线上教学缺点提到最多的就是“不能亲自动手操作”，而虚拟仿真实验是针对这一缺憾最好的应对措施，能够实现人机互动，模拟实验室真实场景完成实验任务的学习。很多化学实验教学涉及到易燃、易爆、有毒、有害或者需要大型仪器设备，如果直接进行真实实验，危害性很大或成本太高，无法面对大众本科教学。而这些实验内容又是专业所必须掌握的知识点，因此采用虚拟仿真技术为实验过程的安全性和经济成本问题提供了有力的技术支撑[6-10]。为积极响应教育部提出的“停课不停教，停课不停学”号召以及iLab对首都医科大学药学院国家级虚拟仿真项目“药学安全实验教学虚拟仿真项目”要面向全国高校免费开放共享、保证实验平台联通顺畅的要求，在学校的统一部署下，学校信息中心反复沟通、细致准备，在开学前调集药学院所有教师、研究生和本科生同时登录“药学院虚拟仿真实验平台”进行实际网络压力测试，确保了开学后校内、校外兄弟院校近千人学生使用平台的网络畅通。调查结果表明（见图4），有40%的学生认为虚拟仿真实验对自己学习有很大的帮助，将近有一半的学生（49%）认为比较有帮助，有7%的学生认为帮助一般，只有4%的学生认为没有帮助，可能是个别学生操作系统不兼容，无法进入虚拟仿真平台系统。学生对虚拟仿真实验也提出了很多宝贵的意见，比如个别实验步骤的按键区域较小，不易操作；考核有时会卡，卡了再刷新就得重新做，希望有保存进度这一功能；虚拟仿真项目实验操作的时间可以适当缩短等等。这些建议对以后虚拟仿真实验项目的建设和改进弥足珍贵，可以让实验设计和开发更加符合学生的心理特征，让学生主动去体验虚拟仿真项目，从而获取实验知识。5.微课视频对实验学习具有帮助作用微课是指经过精心的信息化教学设计，以视频为主要载体，呈现碎片化或集中化学习内容。微课视频的教学时间较短，因此视频的形式和学生学习时间都相对比较灵活。《有机化学实验》的基本操作，如实验室安全知识、熔点测定、简单蒸馏、重结晶、水蒸气蒸馏、减压蒸馏都可以录制成简短的微课视频。我校药学院实验教学中心的微课视频统一集中放在雨课堂网站上，学生可以随时访问学习。微课作为一种新型的学习方式，是对《有机化学实验》课程学习的一种有效补充，在提高学生实验积极性的同时又掌握了关键操作步骤，有利于更好地培养学生的创新意识，提高分析问题、解决问题的能力[11-13]。从图5的统计可以看出，所有学生都认为微课视频对自己的学习有帮助，其中绝大部分学生（65%）认为对自己有很大的帮助，有26%的学生认为比较有帮助，9%的学生认为对自己帮助一般。

四、结束语

虚拟仿真实验线上教学可以提升实验教学水平，推进实验教学信息化更好地发展，也为推动高等教育教学改革和创新人才培养作出了有益的探索[14]。通过《有机化学实验》线上教学模式、教学方法和教学管理的探索实践，表明我校《有机化学实验》线上教学的总体效果较好，学生能够掌握实验内容，达到教学要求，满意度较高。线上实验教学首先要解决的问题是有充足的、符合自己学校课程需要的、优质的实验教学数字资源。2020年4月，《教育部办公厅关于启动部分领域教学资源建设工作的通知》中提出，要聚焦国家重点领域紧缺人才培养，开展教学资源建设，形成优质教学资源库，服务专业教学活动[15]。这说明在当前新的教育形式下，国家非常重视教学资源的建设工作。根据学校《有机化学实验》线上教学的实践可知，虚拟仿真项目和微课视频对学生的学习帮助很大，是实验课线上教学开展的重要保证，也是今后实验教学数字资源建设的重要发展方向。

作者：李青原 邵建群 石晨 唐静成 单位：首都医科大学 药学院实验教学中心