网络教学平台下的物理化学实验研究型教学

张予辉 王芳珠 张庆轩 周 亭 叶天旭

中国石油大学(华东)理学院 山东青岛 266580

物理化学实验是我校多个专业开设的一门重要的必修课程。这门课程学科综合性强，理论与实践结合紧密，实验技术、技能要求较高，而且实验过程复杂、步骤多，对实验原始数据记录、实验数据处理方法及误差分析等还要做到科学、严谨、合理。它对于培养学生掌握基本实验操作技能、设计实验、从事科学研究以及创新能力都具有十分重要的作用。

目前我校物理化学实验在实体硬件平台不断提升的基础上，教学方法仍主要采用教师传授为主的传统模式，导致学生被动参与，对实验课的兴趣及学习主动性不足。而现代物理化学实验教学特别强调对学生自主学习和创新能力的培养[1-3]，在这样的大背景下，也迫使我们要不断更新教学观念和方法，改变以教师为主体的传统教学模式为以学生为主体的研究型教学模式。

教师如何以研究型教学方法为指导，根据物理化学实验教学中存在的具体问题构建物理化学实验研究型教学新模式是提高实验教学质量和效率的关键问题。充分利用已经建设的“物理化学实验学习管理系统”，借助网络教学综合平台强大的辅助教学功能，转变物理化学实验教学理念，构建了“在线开放式、讨论式教学”与“课堂教学”相辅相成、相互促进的物理化学实验研究型教学新模式。

1 物理化学实验教学中存在的主要问题

1.1 传统的实验教学模式难于满足各专业要求

新的专业培养计划中，物理化学实验涵盖的专业较多，各专业学生的实验基础参差不齐，如果还按照原有的“教师长篇大论地讲+学生机械模仿地做”的传统实验教学模式，在非常有限的实验学时内达到专业培养要求难度很大。

1.2 实验预习渠道单一 学生自主学习性差

物理化学实验前的预习是一个非常重要的环节，但学生的预习渠道来源只有书本非常单一，提交的预习报告普遍存在大量照抄书本的现象，对真正需要实验前掌握的知识缺乏自主学习。单靠书本的预习也使得学生对仪器的操作、使用和实验步骤缺乏直观的认识，只能凭空想象，造成学生对实验的操作流程并不明确。因此实验过程中比较被动，实验完成的质量和效率大打折扣。

1.3 实验过程忙于机械模仿 不利于学生创新能力的培养

由于预习环节没有认真思考，未完全掌握实验的精髓，实验过程中只能手忙脚乱地模仿，大多数实验难以给学生留下深刻的印象，对实验的设计思想更做不到真正领会，这样对学生设计实验能力和创新能力的培养都非常不利。

1.4 实验报告缺少实质性的讨论问题 难以实现学生的研究型学习

现今学生提交的实验报告从规范性(图、表、有效数字等)到对实验的误差来源及分析讨论、对实验中出现现象的分析和解释等方面都非常欠缺。尤其是涉及的讨论内容，基本上无实质性问题，要么简单回答课后的思考题，要么就做成了实验检讨，没有达到学生通过讨论问题而实现研究型学习的目的。

1.5 实验报告问题反馈时间滞后 缺少师生间的良性互动

学生每次完成实验后，在下次实验课提交报告、教师统一批改后再统一发放，时间一般都超过2周。对于实验及报告中的问题难以做到及时反馈，更难做到良性互动，这样问题越积越多，最终也会使学生失去学习的积极性。

2 “在线开放式、讨论式教学”与“课堂教学”相结合的研究型教学模式

2.1 物理化学实验学习管理系统

利用我校现有的“网络教学综合平台”设计完成的“物理化学实验学习管理系统”(如图1所示)，可以根据不同专业的需求，提供灵活的、开放的、交互的教与学的支撑平台，为物理化学实验研究型教学提供了基本保障。

图1 物理化学实验学习管理系统流程

2.2 利用三模块实现“在线开放式教学”

通过网上实验预习(模版)→实验仿真练习→预习效果测评3个预习环节达到学生预习渠道多样化，实现教师引导、学生自主学习的多渠道“在线开放式教学”。

学生可以利用教师编排的“实验预习”模块进行实验目的、预习重点、原理等内容的预习，不再要求学生提供预习报告，让学生从机械的大量无用的抄抄写写中解放出来，把主要的学习精力用在对实验的理解和掌握上。“实验仿真”模块可以展示实验的过程及仪器使用方法、实验注意事项等，实现虚拟实验操作环境。通过实验仿真的练习，使不同专业、不同基础的学生都能够进行开放式自主学习，由于不受时间和空间的限制，可以有效帮助学生实验前熟悉仪器和操作，减少实验室操作中的盲从性。对于基础好的学生，鼓励他们在虚拟实验操作中发现新的问题，带着问题到实体实验中寻求解决的思路或者结合学习系统中提供的大型仪器的使用视频，拓展针对同一实验的不同测量方法或不同的设计理念，提高学生发现问题、解决问题的能力。对于基础较差的学生，鼓励他们通过对同一实验的多次仿真练习，真正掌握实验仪器的使用、实验的操作步骤，在操作中慢慢提高自己的实验能力。“预习效果测评”模块是教师编排的针对每一个实验预习内容的在线测试题，这些测试题的主要目的是用来引导学生到底要预习什么。如在可逆电池电动势的实验中，设计的预习测试题包括：(1)测量可逆电池电动势为什么要采用对消法？(2)在用对消法测定电池电动势的电路中，工作电池、标准电池及待测电池的正、负极如何连接？(3)实验中标定工作电流的目的是什么？是如何标定的?(4)在使用电位差计测定电池电动势时，在实验中采取哪些措施来尽量减少电极极化？(5)使用甘汞电极时有哪些注意事项？(6)为什么电池a，c，d需要盐桥，而电池b不需要盐桥？(7)检流计在使用时应注意的事项？(8)如何制作AgCl电极？通过这些小题测评学生预习实验的程度如何，每一个学生只有通过测试才能参加后续的实验。

在网络教学综合平台下的多渠道开放式实验预习模式，不仅可以避免学生只利用课本预习效果差的现象，最主要的是能有效调动学生自主学习、自主思考的乐趣，提高教学质量。

2.3 实现师生及时交流和教师引导下的“在线讨论式教学”

通过提交实验原始记录(模版)→网上提交报告(模版)→教师网上批改→教师汇总→发布总结报告→在线反馈及讨论等环节，对在实验过程中未能及时解决的、实验后处理中出现的问题实现师生及时交流，进行“在线讨论式教学”。

教师编排每个实验的原始数据记录、数据处理模版，让学生在实体实验室完成实验的同时提交记录的原始数据，利用教师提供的实验报告在线模板和课堂上提供的原始数据在线进行处理数据、实验结果分析，教师在模板上直接批改。这种模式在引导学生提高数据记录规范性的同时，也有效杜绝了少部分学生篡改原始数据的现象。实验报告模版可以引导学生注意数据处理过程中图、表的规范性和准确性，增强学生对原始数据处理后的实验误差来源的分析能力。就已经完成的实验，教师汇总“发布总结报告”，对每一个实验的实验过程和实验报告做出整体评价，发布集中出现的问题。师生借助“在线反馈及讨论”进行交流讨论，教师提供在课程教学与指导实验过程中发现的共性或个性的问题提交讨论，学生也可根据在完成实验过程中未弄清的问题或实验的体会、思考与教师交流，还可以是学生就实验报告中的实验数据处理、实验结果或报告中的讨论问题与教师交流。

师生及时的在线交流与讨论，一方面可以解决学生无实质性问题可讨论的情况，也可以有效避免学生在学习过程中问题越积越多而失去学习的积极性，通过讨论也更加有利于学生主动参与学习，真正实现对知识的理解，同时提高学习效率。

通过“实验拓展”环节，在基础实验中挖掘研究题材，在综合实验中拓展实验范围，实现在教师引导下的“在线小组讨论式教学”。

“实验拓展”模块是学生在教师的指导下，确定与实验相关的专题进行讨论研究。对于基础性实验[4]，挖掘可供讨论研究的题材。如：在“乙酸乙酯皂化反应”中，可供讨论的问题除电导法外，还有什么物理方法可以测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数；如果乙酸乙酯与氢氧化钠的初始浓度不等，如何测定其反应速率常数。对于综合性实验，引导学生进一步拓展实验范围，如：在“可逆电池电动势的测定”中，让学生思考把实验拓展到如何测量电化学反应的热力学函数、如何测定电解质溶液的活度因子、如何测定难溶电解质的溶度积等问题。讨论时每3～5个学生组成1个小组，针对需要讨论的题目，查阅资料，小组讨论合作，最终提交可行的实验设计方案，教师审查学生的设计方案后，给出合理性意见，使之具有科学合理性和可操作性。在此过程中真正培养学生主动获取知识、应用知识、解决实际问题的能力。

2.4 高效的课堂教学 使学生成为教学的主导者

由于学生有了前期实验预习的基础，在课堂上教师只需要注重讲解实验的关键点、设计思想、注意事项等，避免了长时间讲解。由于课堂上实验时间充裕，学生成为实验课的主导者，可以就操作中出现的异常现象或问题进行反复验证，也是学生自身发现问题、探索问题以及系统分析处理问题的过程。这样使学生在实验时既思路清晰、操作准确，又提高了学生探究的能力，大大提高了课堂教学的效率。

3 合理的考评

针对上述的物理化学实验研究性教学新模式，考评方式和内容也应做出相应的改变[5]。考评采用闭卷考试与在线预习测评、在线讨论、实验拓展、在线实验报告等多种形式相结合的方式进行，各种考评方式所占的比例大体为：在线预习测评占10%、在线讨论占20%、实验拓展占20%、在线实验报告占30%、期末测评占20%。

加大讨论和拓展的比例，降低期末测评的比例，把传统的与辅助的考评方式相结合，才能形成一种比较科学、合理的考评体系，以合理的考评体系来促进研究型教学的效果。

4 结语

将研究型教学理念融入物理化学实验的教学中，借助网络教学综合平台的辅助教学功能，构建了“在线开放式、讨论式教学”与“课堂教学”相辅相成、相互促进的物理化学实验教学新模式。这种模式涉及了从实验预习到实验操作再到实验讨论三个环节的研究型教学改革，真正实现了学生在教学过程中的主体地位，突破时间和空间的限制进行师生间的良性交流和互动，对推动我校物理化学实验课程的教学非常有意义。