MOOCs与工科类有机化学实验融合的教学模式探索

温 娜，吕海霞，李宝铭

(福州大学材料科学与工程学院，福建 福州 350116)



MOOCs与工科类有机化学实验融合的教学模式探索

温 娜，吕海霞，李宝铭

(福州大学材料科学与工程学院，福建 福州 350116)

针对高校工科类专业有机化学实验学时少且对解决复杂工程问题的能力要求高等实验教学现状，借助学校的课程网络中心教学平台，提出了以MOOCs教学为主，传统实验教学引导协助为辅的“协助式”教学方式，将MOOCs微视频、虚拟仿真实验技术和“翻转课堂”有机结合，通过设立课外科研小分队及构建合理的考核体系来加强教学改革，极大地激发了学生的学习兴趣，更好地培养了学生的动手能力，教学实践取得了较好的效果。

MOOCs；“翻转课堂”；实验教学；教学模式

实验教学是高等院校工科类专业学生能力培养的重要组成部分，是培养学生的专业能力和实践能力的主要途径。有机化学实验作为材料、化学、化工类等专业实验教学体系中的重要组成部分，是培养学生工程能力和创新能力的一门重要课程。以工科为主的福州大学为例，作为国家211工程重点建设及省部共建高校，就有化学、石油化工、材料、生工、环资、矿业等六个学院的近12个专业独立开设了该门实验课程，授课人数每年将近一千五百人。但是，按照目前的实验教学方式，有机化学实验中普遍存在着积极性不高，按部就班的重复试验，缺乏独立解决问题的能力，教师的教学方式多年一成不变，学生实验的兴趣和实际效果大打折扣[1]等问题。随着技术手段和教学理念的不断创新，如何高效的培养复合应用型人才，已经成为目前实验教学改革的研究热点[2-3]。

近年来，慕课(Massive open online course,MOOCs)的教学理念浪潮般席卷全球，受到MOOCs对高等教育的强烈冲击，国内外各大知名高校积极推动“MOOCs”背景下的课程教学改革。上海交大校长张杰说“MOOCs与实体课堂各有优势和不足，两者的结合是未来教育改革的方向。”[4]因此，如何紧紧抓住信息技术高速发展的国际化机遇，更新工科类专业实验教学理念，探索创新的教学模式与方法，提高教师教学水平和教学质量，推动MOOCs时代下工科类专业实验的教学理念与模式创新，是高校工科类创新教育可持续发展亟待解决的问题。

1 工科类专业有机化学实验采用“协助式”教学新模式的必要性

MOOCs体现了一种以学生为中心，以“学”为本的教育价值取向，重视激发学生主动学习的积极性，强调学生独立自主学习的能力。我们的课程如果还是采用传统的灌输式的教学方法，学生就有可能用耳朵和眼睛投票，人在课堂心却不在，拿着电脑、手机在看国外名校教师的课程。因此，借鉴MOOCs思维，取长补短，以MOOCs教学方式为主导，在传统实验教学方式的引导协助下，完成实验操作内容，以此来探索MOOCs理念下有机化学实验课程教学的“协助式”新模式，对提高相关学科的人才培养质量具有重要的实际意义。

福州大学材料科学与工程实验教学中心是省级示范教学中心，有机化学实验课作为独立设课课程，其现状是：

1.1 受到传统实验教学思想和方法制约，缺少能力拓展，限制了学生的创新性

由于有机化学是一门专业基础课，一般在大学一年级第二学期开设，有机化学实验也是基础性试验、验证性试验，学生基本上不具备基础的操作知识和技能。因此，目前，有机化学实验教学主要是采用传统的“灌入式”实验操作模式，先由教师组织安排，提前配制溶液，调好仪器，上课后介绍实验目的、原理和仪器设备；对易出现的问题提出注意事项，对实验中出现的现象提出理论解释，学生按教师的讲解按部就班的步骤重复实验，获取数据，验证规律。使用实验规定的仪器设备，按照规定的实验方法和步骤，在规定的时间内，完成规定的实验内容，然后按规定的格式完成实验报告。它提倡严谨、认真、规范的学习态度，有利于学生掌握有机化学实验操作要领，打下扎实的基础。但却往往会使学生缺少独立解决问题的意识，挫伤学生的创造性和积极主动性，完全把他们放在了被动接受的位置上，不能主动地去消化实验所涉及到的知识，严重地束缚了其思维能力和创新能力。

而MOOCs作为当前教育领域出现的一种新型的在线教育模式，可进一步实现学生的自主学习，结合MOOCs的优质资源与学生对网络信息化的热情，在以往的实验教学“引导协助”下，将“学”的主动性最大限度的交还给学生，让学生通过MOOCs，学会分析问题，敢于表达自己的主张，形成探究型学习习惯,培养学习的创新能力，这无疑是目前高等院校实验教学改革最先要攻克的问题。

1.2 课时少，解决复杂工程问题的能力要求高

目前我校独立设课的有机化学实验有12门，除了化学创新实验班等专业外，大部分工科类专业学时数都不多。如材料科学与工程专业的《有机化学实验》课程总学时数仅为12学时，根据《有机化学实验》教学大纲要求，除了巩固学生的基本操作技术和技能，介绍有机化学实验的一般知识，还要较全面培养学生的动手能力和学会分析问题和解决问题的能力。尤其是2016年6月中国成为“华盛顿协议”的正式成员国，正在积极构建与国际实质等效的工程教育专业认证体系，我校作为工科为主的院校，也正在积极推进我校的工程教育改革，加强工程实践教育，进一步提高工程教育质量。以材料科学与工程专业为例，经历了认证专家进校现场考查环节并进行了考查意见反馈等，专家在对毕业生的培养等方面提出了很多具体的指导建议，强调了对学生工程能力的培养。对学生的毕业要求第一条是即要满足“掌握材料制备、生产、应用的基本原理和相关知识，并结合数学、自然科学、工程基础知识，用于解决本专业的复杂工程问题。”并要求“掌握化学的基本原理和相关知识，能够就简单的工程问题进行求解或分析，选择正确方法，对所研究的对象进行合理优化。”这就要求我们不得不改变以往的教学模式，从学时数少要求高等实际情况出发，借助MOOCs资源，实行线上学习和线下实践结合，现代慕课技术与传统教学方法结合，理想与现实相结合的教学模式，老师作为“引路人”，引导学生形成良好的自主学习能力，使学生从积极地听从老师的讲授，过渡到独立思考，有所创新,并能在学习中体会到创新的快感，从而产生更大的兴趣和热情。

2 工科类专业有机化学实验课实施“协助式”教学模式的设计

有机化学实验具有操作性强、技能要求高的特点。它的主要任务不仅使学生巩固和理解有机化学理论知识和基本技能，更重要的是较全面地培养学生的动手能力、提升学生的创新思维、增强学生安全和环保意识、培养实事求是的科学态度、严谨细致的工作习惯。大量的反应器皿和表征仪器操作、反应机理的动画模拟、视频等多媒体教学内容的使用贯穿着整个实验，本文采用MOOCs线上学习为主，传统实验教学方式的引导协助为辅的“协助式”教学方式，对有机化学实验教学进行了初步的探索。

2.1 整合利用资源，共享MOOCs微视频

融合福州大学的课程网络中心教学平台及清华大学“学堂在线”等MOOCs平台，教师以“小视频+小测验”的模式，让十分钟左右的微视频作为MOOCs 主要载体，为每一个有机化学实验共享或制作一个或多个有主题的微视频，在视频中，除了教会学生基本的实验操作外，还要引导学生通过不断改变实验条件，以获得更佳的实验结果。此外，要求学生在实验之前进行预习，在预习过程中要认真观看微视频，对实验过程做到心中有数，这样可以极大地提高预习效率，这样，还可以摒弃在具体操作时边看书边做实验的坏习惯。微视频是一对一的学习，促使学生充分利用课前时间独立思考，针对老师在视频中提出的问题，学生在课程网络中心提交预习答案并在实验中寻求解决的方法，克服了以前“照方抓药”的依赖心理。从而达到学习知识、掌握技能和培养能力的目的。

如从茶叶中提取咖啡碱的实验中，索氏提取器中虹吸原理一般同学很难理解，通过观看MOOCs平台“学堂在线”上清华大学李艳梅教授的微视频后，就很容易理解，此外，我们还自己拍摄制作了符合MOOCs规范的微视频，对索氏提取器进行了细致的讲解，共享在对应的课程网络上。通过对微视频的多角度直观学习后，学生还可以通过课程网络和MOOCs资源学习虹吸原理在船舶、化工生产中的应用，屋面虹吸式雨水排放系统的新型技术，鱼缸底滤中虹吸原理的运用等相关视频，从而跟生产实践联系结合起来。通过各种实际生活及工程案例应用，加深学生对虹吸原理的了解，进而举一反三，从而完全掌握索氏提取器的要领，这对提高工科类学生的工程实践认识能力,培养其创新意识,提高其综合素质有明显的益处。

2.2 结合虚拟仿真实验技术，丰富网络教学资源

在MOOCs背景下研究实验课程教学的改革,虚拟仿真实验技术的应用必不可少。它是运用计算机软硬件构建的一种整体或者局部的可以代替真实实验的各种可视化操作情景，学生进入仿真虚拟情景后，可以进行实验内容和实验操作的学习，在理解实验原理和操作步骤的基础上继而提高真实实验的操作技能，使学习者获得更好的学习环境。针对有机化学实验不同的操作，得到的结果往往大相径庭，且学生多无法一一验证和实施。另外，根据工科类专业对复杂工程问题解决能力要求高的特点，通过MOOCs资源学习和了解化学实验室中实验的仿真模拟操作，让学生加深了解，同时实现了节能减排。 对此，我们从实际条件出发，利用省大学城共享网络系统，借助兄弟院校福建师范大学生物技术与生物化工虚拟仿真实验教学中心的虚拟仿真实验技术，对“紫外-可见光分光光度计”等的仿真表征实验，为基础较扎实、求知欲较强、对有机化学有浓厚兴趣、不只满足于学习课堂知识的学生提供了训练实验技能的平台，他们可以把实验课中提取出的咖啡碱进行模拟测试训练，从而完成样品成分分析和表征的步骤，这是课堂教学活动的延伸，得到了很多同学的喜爱。

2.3 转化师生课堂角色，实现翻转实验教学

由于工科类专业对学生的手动能力和实践活动要求高，但实验课学时数不足，实验台套数不足、公共实验室开放时间有限等教学条件的限制，与此同时，受到传统的实验教学观念的影响，学生的预习和实验报告大部分是在翻炒实验指导书后完成的，最终导致实验教学效果并不理想。

实践证明，翻转课堂在激发学生实验兴趣度和解决问题的能力等方面都具有促进作用[5]。翻转课堂的教学模式给有机化学实验教学提供了一个新的思路，MOOCs网络开放课程资源的兴起又为翻转课堂的实现提供了优质的教学资源和保障，促进了翻转课堂的真正实现[6]。我们翻转实验的实施借助了学校的课程网络中心教学平台，MOOCs资源上也有很多老师提早设计好与实验相关的教学内容，为我们构建以学生为中心，老师来主导的翻转实验教学模式提供了技术背景。学生充分利用课前时间，完成老师布置的课程网络课程上形象生动的微视频、实验模拟或者MOOCs在线资源内容自主学习，在线讨论、测试，老师在线答疑等，使学生基本了解与实验相关的内容和流程，或目睹了一次完整的实验关键步骤或过程，比如为什么做这个实验，所需要的仪器长什么样子，怎么选择，试剂是否绿色环保，对环境是安全可靠的吗，存在哪些安全隐患，操作步骤有哪些等等，获得老师在线批准，方可进实验室进行实验操作。这样就克服了以往学生抱着实验指导书或密密麻麻的预习报告“临时抱佛脚”和“照方抓药”的窘境。为实验室里师生角色转化,实现翻转实验教学准备了条件。如果学生能够在课前把这些预习的效果做实了，就会减少教师实验课堂讲授的时间，从而留给学生更多的时间进行实验，允许尝试多种实验可能，也有时间思考并带着问题与老师和其他同学交流实验、讨论或参与讨论，老师在学生动手操作的过程中,只要需要讲解实验重点及注意事项，恰如其分地充当“导演”和“引路人”，适时地根据实验进度,与学生互动,解答问题就可以了。实验结束后,每位学生要进行实验讨论,总结实验心得，老师除了批阅实验报告上传成绩外，还要通过网络教学平台给同学们反馈实验报告的评语，引导学生积极展开思考，让学生知道哪里错了，哪里需要改进，哪里值得肯定，继续线上线下交流，以此形成良性循环，克服了学生做完实验就做“甩手掌柜”的心态，培养了学生科学思考的能力，显著的增强了学习效果。

2.4 设立课外科研小分队，培养创新创业能力

化学实验具有设计性和探索性，老师除了把最近的科研领域的发展、应用或接地气的科研成果引入到实验课当中，把MOOCs上优秀的相关资源成果发布给学生，做好“引路人”。此外，还可以抽出时间让学生们参观科研实验室，激发其对科研实验的兴趣和热情。比如设立课外科研兴趣小分队，为基础较扎实、求知欲较强、对有机化学有浓厚兴趣、不只满足于学习课堂知识的学生提供训练动手能力和实验技能的平台。科研兴趣小分队需要有优胜劣汰的激励机制，做得好的可加学分，做得差的淘汰。教师或学生提出具有科研或开发背景的课题与项目，在教师的指导下学生利用课余时间到实验室进行独立性、研究性实验研究，完成研究工作，提交研究论文或研究报告。学生也可根据自己的兴趣爱好选择到老师的研究室开展研究工作，学生在教师、研究生或高年级学生的带领下参与课题的研究过程，使学生尽早了解科学研究的基本方法，知道所学的知识和技能在实际科学研究中。通过这种活动可使学生直接介入前沿科学研究和现实科学技术项目开发的活动，强化创新能力训练，激发其创新思维和意识，培养其追求创新的态度与团队合作的意识。如近三年来，我院以有机化学实验创新小分队为代表的科研创新取得了喜人的进展,学生们发表了各类科研论文并申请授权专利多项，此外参加各类实验技能和材料设计大赛都取得了较好的成绩。

2.5 构建合理的考核体系，提升实验教学水平

以往的实验课程考核，在每次实验结束之后，是考勤、预习报告和实验报告综合评分，最后以一个大致的分数和评语的形式体现学生的实验操作水平的，这就导致部分学生认为实验课只要出勤并按时提交篇幅多、字迹清晰的报告就可以拿到学分了，对实验课程的过程不重视不思考，且对部分实验操作技能把握比较扎实而报告一般的同学而言，却没有得到肯定的评价。因此，构建合理全面的考核体系十分重要。

MOOCs 与传统在线教育相比，增加了一些非常新的后台技术手段，使学生的学习过程、提交的问题、答案、反馈内容等被全程记录和跟踪，例如，详细的记录了学生预习课件的时间、回答问题的正确率和其他学习者的评价情况等，老师通过对学生的学习情况进行分析，全面、综合掌握每个学生的学习行为，作为平时成绩打分，从而促进因材施教，能有力提升人才培养质量。

此外，据日常教学的观察和思考，学生其实更关注老师在实验现场当场做出的实验分数评比，这样能够很快地回忆起自己哪些方面没有做好，甚至还有机会在考核之后再一次进行反思、实践。其实，除了给予评比之外，老师还应该发挥学生的主动性，让他们自己谈一谈实验的感想，比如在实验中收获了什么，哪些地方有失误，有没有建设性的意见等，可以写进实验报告，留言到课程网络平台等。这不仅有利于激发学生的学习兴趣，提高学习的积极性，而且能够促进整个教学实验环节的水平提升。

在MOOCs教学为主的“协助式”教学新模式下，充分利用了我校的课程网络平台，有机化学实验实行以实验操作考核为主，在线预习、在线练习、在线讨论、在线测试记录及实验报告等为辅的评分模式，从近两年的学生实验成绩来看，对激发学生的学习兴趣，提高学生实验的主动性方面都有积极的作用，同时也极大地促进了教师实验教学水平的提高。

3 结 语

结合高校工科类专业的实际情况，将课程网络平台和MOOCs资源应用到有机化学实验的教学中，采用线上MOOCs教学为主，线下传统实验教学引导协助为辅的“协助式”教学新模式，在引导学生积极探索及交流协作精神的培养的同时，也潜移默化地提高了高校工科类学生的自学能力和独立解决问题的能力，对培养工科类学生运用自然科学、工程基础知识，用于解决本专业的复杂工程问题的能力有极大的提升。

[1] 温燕梅.慕课时代的有机化学实验教学改革初探[J].广东化工,2014,41(18):180.

[2] 郑春满,盘毅,洪晓斌,等.基于双PBL模式的有机化学实验教学探索[J].实验室研究与探索，2013,32(18):178-180.

[3] 林标声,沈绍新.慕课、微课在地方应用型高校“发酵工程”课程教学中的改革与探索[J].微生物学通报,2015,42(12):2475-2481.

[4] 张男星,饶燕婷.“慕课”(MOOCs)带给中国大学的挑战与机遇：访上海交通大学校长张杰[J].大学:学术版,2014(1):4-15.

[5] 郭文平,陈盈,赵小明.基于翻转课堂的网络工程实验教学设计[J].实验技术与管理，2015，32(5):35-38.

[6] 王文礼.MOOC的发展及其对高等教育的影响[J].江苏教育,2013(2):53-57.

Exploration on Teaching Model of Fusion of MOOCs and Organic Chemistry Experiment in Engineering Majors

WENNa,LVHai-xia,LIBao-ming

(College of Materials Science and Engineering, FuZhou University, Fujian Fuzhou 350116, China)

In the course of current chemistry experiments, it is quite common that the ability to solve complex engineering problems by engineering majors students requires high, while the assigned teaching period is insufficient. With the aid of network teaching platform, taking the MOOCs based teaching as the principal thing, assisted supplemented “to assist” teaching methods guided by the traditional experiment teaching was put forward, combined the micro video of MOOCs, virtual simulation experiment technology and flip the classroom organically. At the same time, to strengthen the teaching reform through the establishment of extracurricular scientific research teams and to construct a reasonable evaluation system, the learning interest of the students was greatly stimulated, to better cultivate students' practical ability, the teaching practice had achieved good results.

massive open online course (MOOCs); flipped classroom; experimental teaching; teaching model

福州大学高等教育教学改革工程项目(0360-52001035)；福州大学本科专业核心课程建设项目(0360-52000721)。

G642.423

B

1001-9677(2016)022-0178-03