农业院校有机化学实验网络教学平台的开发

董彦莉, 张 健, 郝 丽

（河北农业大学 中兽医学院,河北 定州 073000）

农业院校有机化学实验网络教学平台的开发

董彦莉, 张 健, 郝 丽

（河北农业大学 中兽医学院,河北 定州 073000）

为了实现低碳绿色有机化学实验,根据农业院校的特点,分析了传统化学实验存在的弊端,并结合当前应用普遍的计算机网络平台技术,构建了有机化学实验网络教学平台。通过在有机化学实验中利用虚拟现实技术,在计算机三维互动仿真化学实验室中进行实验模拟操作。并对两种实验教学手段进行了效果比较,结果表明:应用网络教学平台更有利于激发学生的学习兴趣,提高学生综合实验技能水平,加深学生对环境保护的认识,同时实现了节能减排。

农业院校;模拟实验;网络教学平台;实践教学

有机化学是农林院校中一门重要的基础课,几乎涉及所有的农林专业 ,包括植保、园艺、环保、食品、动医、动科等,是学生今后学习专业课程的重要基础知识 。实验教学在有机化学中是非常重要的环节。对于高校来说,实验室特别是有机化学实验室是不容忽视的污染源[1,2]。为了解决这一问题,河北农业大学中兽医学院将虚拟技术引入到实验教学中,有效的实现了有机化学实验的绿色化。

一、传统有机化学实验教学存在的问题

1.在实验教学内容和方法上比较单一、陈旧 传统实验教学仅仅是为了配合课堂理论教学而开设的,造成部分理论课程和实验内容脱节,不能按照实验教学自身的系统性和科学性进行教学。教学方法上注重向学生灌输知识和技能,而在训练学生智能开发和能力培养方面远远不够。在实验教学中,由于场地的限制,只能两个学生一组,所以有的学生是在“看实验”,而不是“做实验”甚至有学生抄袭、杜撰实验数据的现象[3]。并且每一个实验,学生往往只有一次进实验室动手操作的机会,很难再进行重复实验,因此实验知识往往得不到巩固。

2.传统实验对仪器设备要求高,使用的药品试剂较多,试剂毒性较强 受资金的限制,有些价格昂贵的设备购买不起,考虑到安全因素,个别毒性较大、危险性大的实验也无法开设。

3.有机化学实验中常用到酚类、芳香烃、醛、酮等有毒、有害物质 一方面,由于实验室空间小,进行实验操作的学生多,实验过程中产生和扩散的有害物质势必污染教学环境,影响师生的健康,也不利于培养学生的环境意识。另一方面,实验过程中产生的大量的废气、废水以及废渣未经处理直接排放到自然环境中,必然对环境造成污染[4]。所以,有机化学实验教学改革势在必行,而采用计算机虚拟实验,是实现有机化学的绿色化,提高教学质量的有效途径之一。

二、建设有机化学实验网络教学平台

（一）网络教学平台的总体目标

构建网络教学课程首先要给学生构建一个自主的学习环境,打破传统教学中“以教师为中心”的课堂教学模式。考虑到实验课不同于理论课,更注重培养学生观察、分析与解决问题能力。有机化学实验网络教学平台开发的总体目标是:利用现代计算机和互联网的优势,实施现代远程教育,充分考虑到该平台要兼具学习功能、答疑功能、交流功能,并且要实现人机交互、师生交互,使授课内容形象生动、灵活多样,能够激发学生的学习兴趣,使学生由“被动式”学习变为“主动探索式”学习。

（二）网络教学平台的总体设计

1.主体页面设计 构建网络平台时,应该首先立足于实验教学。根据实验课程的特点,制定了相关的功能结构。

网络平台采用了灰绿色做底色,整体设计简洁干净,功能实用。如图1所示,本网络课程在结构上采用了相对独立的模块化组织方式,清晰明了。主页条目栏主要显示七大功能模块,各模块通过主体数据库紧密联系在一起,点击进出非常方便。七大模块中的实验课件、答疑系统、在线考试系统、报告上传系统是网络教学模式中重点建设内容,工具箱、化学园地是实用的辅助模块,各模块都具有动态可更新功能。

图1 系统构架

2.内容模块设计

（1）实验模拟模块。实验模拟模块是本平台的构建核心。通过实验课的教学,不仅使学生掌握一定的基本理论和概念,还要逐步培养学生观察、思考、解决问题的能力,培养学生熟练的实验操作技能。针对有机化学实验课注重基本操作的特点,笔者已经设计制作了集演示与模拟于一体的网络版多媒体课件,灵活运用了文字、声音、图形、动画等手段,具有很强的真实感和表现力,大大提高了学生学习积极性。根据有机化学实验课程,将实验内容设计拆分成12个基本单元操作,每个基本单元均由实验原理、实验装置、实验步骤、实验演示等构成,形成了适合农业院校本科教学的有机化学实验内容体系（组织结构如图2）。学生进入虚拟实验室后可以通过鼠标的点击和拖拽完成整个实验的操作,观察到正确的实验现象,并且可以多次重复操作。通过虚拟实验室,给学生创造出了一个灵活自主的实验环境（如图3所示）。

图2 组织结构

图3 模拟实验界面

（2）辅导答疑系统模块。传统的答疑方式受时间和地点制约,致使许多问题都未能及时解决。所以构建网络教学模式,有必要构建答疑系统。考虑到学生使用的简便性,我们采用了 BBS（Bulletin Board Systems）方式,这一方式操作十分简单,大多数学生都能很容易掌握其使用方法,这样就能够使答疑系统得到广泛的应用。无论何时,学生只要有问题就可以通过网络留言,其他学生或者老师都能及时回答,并且能够长久的保存解答记录,可方便学生随时查阅,也使其他有同样问题的学生能够看到,避免了回答问题的重复性,也在一定程度上缓解了教师的工作压力。

（3）报告上传系统。完成实验报告是化学学科的重要任务之一,在传统的实验报告模式中,表格处理、图形处理、数据处理等一系列步骤中基本上都需要学生手工操作。为了改善这种陈旧的模式,在网络教学平台上提供了实验的有关参数（如:温度、气压、日期）以及实验报告编辑区,学生可以在此完成实验报告的撰写,完成后可以通过提交保存在系统的服务器当中。教师通过网络直接在系统中逐个批改,给出成绩和评语,并上传到服务器,在线的学生即可查看。

学生通过网络上传报告有很多优势,一方面系统为学生提供了一个保存报告的空间,并且报告的格式统一规范;另一方面教师批改工作也更加灵活方便,不再局限于办公室、实验室;并且还可以将学生在网络教学平台参与的情况纳入评价范畴,比如学生参与讨论的次数、与其他同学网上协作的情况、与教师互动的情况,网络教学平台对虚拟试实验教学的全过程实现了自动记录和控制,这就为虚拟实验教学效果的评价提供了很好的客观依据。

三、传统教学和网络教学有机结合

使用有机化学实验网络教学平台是我们提高教学质量,完善教学手段的一个好方法。但不可否认,传统教学溶入了教师宝贵的教学经验,在常规教学中,教师能用简短的语言把某个复杂的问题讲得清楚透彻,并带有强烈的感情色彩和逻辑力量,它是任何现代技术不能代替的。如传统教学中的讲授、演示等教学方法至今仍有强大的生命力,并且一些对化学实验的感知,尤其是嗅觉、味觉和肤觉,从模拟中是无法体验到的。所以有机化学实验网络教学平台决不能越俎代庖取代真正的化学实验,而应作为实际的化学实验的一个有益补充,二者配合才能优势互补、相得益彰。

四、教学效果

我们选定了两个自然班（对照班和实验班）,将常规的实验教学和网络实验教学从学习兴趣、对实验掌握情况和环保低碳意识的培养等3个方面进行对比。结果显示（见表1）:网络实验教学受到越来越多的学生的青睐,学生学习兴趣浓厚,动手能力增强,常见问题减少,创新能力得到锻炼,环保和低碳意识明显增强,教学质量显著提高,教学效果十分明显[5]。

表1 有机化学实验网络教学平台教学效果调查结果 %

五、结束语

众所周知,化学实验虚拟实验室有传统实验教学无法比拟的优势:第一,解决了化学实验的开设场地问题,节省了仪器、药品的费用;第二,降低了环境污染的问题,实现了化学实验绿色化;第三,提高了同学们的学习效率,让同学们在最短的时间内掌握大量的实验知识。通过网络,学生可以根据自身的特点和需要主动地、个性化地学习,弥补了传统课堂教学单调、信息有限、沉闷的学习模式。这种教学模式不但适用于农业院校的教学改革,同样对其他院校的实验教学也有一定参考价值。相信随着计算机网络技术的进一步完善,实验网络教学将发挥出更大的作用。

[1] 黄丹,范崇光.论有机化学实验的绿色化[J].实验室研究与探索,2001,20（5）:33-34.

[2] 胡荣华,黄周璋,李树保.有机化学实验“绿色化”教改浅谈[J].井冈山学院学报（自然科学）,2005,26（3）: 56-58.

[3] 饶骏.计算机虚拟实验教学浅析[J].实验科学与技术,2006,5（10）:83-85.

[4] 高万寿.以绿色化学理念指导高校化学实验教学[J].教育探索,2010（6）:62-63.

[5] 白靖文,徐雅琴,叶非,等.农业院校有机化学实验多媒体教学课件的开发与思考[J].高等农业教育, 2009,3（3）:64-66.

The development of network teaching platform in experiments of organic chemistry in agricultural universities

DONG Yan-li,ZHANGJian,HAO Li

（College of Traditional Chinese Veterinary Medicine,Agricultural University of Hebei,Dingzhou,Hebei 073000）

In order to realize the low consumption of carbon in the experiments of organic chemistry,we analyzed the disadvantages of traditional experiments of organic chemistry and combined the internet technology to establish the network platform in the experiments of organic chemistry.By using virtual reality technology in the experiments of organic chemistry and making the experiments of organic chemistry in the computer three-dimension interaction simulation chemical laboratory,we concluded that using network platform is better than the traditional method by comparing the effects of the two kinds of teaching methods.Using the network teaching platform can not only arouse the students’learning interest in chemistry experiments and improve the comprehensive experimental skills of the students,but also deepen the students’understanding of environmental protection and make the energy-saving and carbon emission reduction come true.

simulation experiment;network teaching platform;practice education

G 642.0

A

1008-6927（2011）02-0214-04

2010-11-15

河北农业大学科学基金项目（项目编号:2006-K-02）。

董彦莉（1981-）,女,讲师,河北省鹿泉人,化学硕士,讲师,主要从事化学教育教学工作。

（编辑:刘雪春）