虚拟仿真实验融合翻转课堂教学模式在化学实验课程中的创新与实践

郭琳，主曦曦

（山东科技大学化工学院，山东青岛 266590）

1 当前高校实验教学中存在的困难

1.1 实验教学方法单一，创新能力不足。长期以来，传统基础化学实验教学模式一直是以教师为主体，由教师完成知识的讲授和传递过程，学生在学习过程中处于被动接受状态，无法主动联系理论知识来解决实验中遇到的问题，其创新精神及实践技能等方面都存在明显缺陷。与此同时，实验教师只是单纯讲解实验步骤，教授学生具体实验操作方法，很少能将思政教育与实验教学相结合。尽管近年来各高校在人才培养过程中均强调实践创新能力的重要性，而传统教育模式下的学生，只是单方面地接受实验操作技能，很少去思考各种实验产生的渊源，由于不了解实验发展的当前状态，因此很难满足当前科学，技术和社会发展的需要。

1.2 实验设备紧缺，无法满足让每一个学生都能随时动手操作，从而存在“部分学生围观”的情况，进而影响学生的实践动手能力培养。与此同时，学生重视不足，动手能力差。一直以来，学生都认为理论学习比实践环节更重要，加上实验设备紧缺，学生们对实验操作不重视，久而久之，导致学生动手能力差。实际上，基础化学实验是高校化学实验操作技能的基础，是开展综合性开放实验的前提。没有良好的基础实验操作的技能，会严重影响工科学生的就业与考研等。

1.3 实验教学考核模式单一化，不适应“互联网+”的教学发展模式。传统的实验评估方法是让学生根据老师的解释重复实验，记录数据并编写实验报告，而老师则将学生的实验报告标记为主要报告，这导致学生仅关注实验报告。学生无法学会主动提出问题、分析问题和解决问题。此外，有关实验的传统报告已由老师更正，也没有再发给学生进行查看与修改，学生对自己实验报告的对与错，都无从知晓。没有沟通的教与学，无法满足当前高等教育的要求。

2 虚拟仿真实验融合翻转课堂教学模式在化学实验课程中的实践

2.1 以知识为基础，以德育为根本，将课程思政融入实验教学中，重视工科学生科学思维方法的发展与教学，灌输学生精益求精的大师精神。在马克思主义理论和实践方法论的指导下，注重科学思维的教学方法，提高学生正确理解，分析和解决问题的能力，并在学生中发展求实，探索真理的责任感和使命感。同时，在实验授课过程中，将化学家的历史故事融入课程教学中，提高学生学习兴趣，激发学生科技报国的家国情怀。

2.2 改变传统教学模式，以学生为中心，以双创教育为引导，在虚拟仿真实验教学的基础上，优化实验教学内容设计，遵循教学相长、因材施教、理论联系实际的原则，实践翻转课堂。为了进一步提高实验教学效果，将单一的传统实验室教学，向多边交流互动的教学模式过渡，搭建多形式、多层次的培养平台。课前，将提前制作好的化学实验项目教学视频上传超星学习通平台，并在视频中设置弹题功能，同时，使用虚拟模拟实验平台为学生定制实验预览，实时记录学生课前实验操作情况，帮助学生对实验知识及仪器形成感性认知；课中，结合学生在学习通的视频观看记录，以及在虚拟仿真平台的实践操作情况，针对视频弹题和操作中出错率较高的题目，分析并说明试点项目的重点和难点，并回答学生进行实验时遇到的问题；课后，通过学习通设置实验反思，从而让学生对每一个实验项目做到“会学、会做、会讲、会创新”，构建“教、学、做、创”一体化的教学模式，真正实践翻转课堂。

2.3 以专业为基础，博采众家之长，融合线上线下的优质教学资源，针对我校基础化学实验教学的特点，为全校各工科专业的普通化学实验、基础化学实验（I）、基础化学实验（II）和基础化学实验（III）等实验课程制作不同实验项目的教学视频，并上传超星学习通平台，允许学生随时随地通过手机观看教学视频。

2.4 以OBE理念为引导，强化过程考核和成果导向的考核机制。通过在超星在线平台上进行视频培训以及在实验虚拟仿真平台上进行实验操作，记录学生课前预习、课中内化、课后深化的情况，将考核内容系统化与科学化，使得考核结果能够更科学、更全面、更及时的反映学生的学习情况。

2.5 增加开放式试点项目的数量，以提高学生的自主创新能力。开放实验是一门全面的体验式课程，由老师指导并由学生自行开发。教育部在《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》中提到，“扩展复杂而创新的实验，帮助学生理解各种学术观点并主持讨论，跟踪学科领域的最新发展，并提高独立学习和独立研究的能力。大学生需要以各种形式开展初步研究工作，例如参加学术研究项目或自行确定研究主题”。因此，在学生掌握了验证性实验的内容和基本化学实验的方法之后，教师可以创建开放的复杂实验项目，使学生可以根据对课程的专业知识独立开发实验程序。在实验室中付诸实践。它可以进一步激发学生的学习兴趣，提高他们的科学和技术创新能力，并发展他们的综合分析、设计和解决问题的能力。

通过将虚拟仿真实验教学与翻转课堂相结合，不仅可以在课前让学生能够通过虚拟仿真平台自主学习基础实验步骤，满足学生的学习需求；在课堂上，教师将花费时间和精力在实践和问答环节上与学生进行实验环节和步骤上的知识交流，从而改善与学生的互动并促进他们的深入学习，从而进一步提高学习质量，加速高校双创教育的步伐。

3 后疫情时代对虚拟仿真实验教学的思考

随着时代的发展，云计算、互联网＋、大数据等现代信息技术为高校提供了新的实验教学手段，特别是在疫情期间，基于现代信息技术的虚拟仿真实验教学已经成为大学教学实验的重要组成部分。今年疫情下，虽然各学校实现了运用虚拟仿真平台进行化学实验教学，但由于软件价格都比较高，它暂时无法满足不同专业的不同学习需求和不同学生的自尊心。

同时，针对有留学生培养的专业实验项目，虚拟仿真软件平台也存在欠缺。由于疫情期间，留学生大都在国外，导致这些学生无法登陆国内的虚拟仿真软件平台，只能由任课教师在实验室进行实验操作展示。这样一来，虚拟仿真实验教学就成了虚设，学生没有了实验数据，也就无法完成实验教学任务。

由此看来，进行虚拟仿真实验教学可能是我们学习的重要工具，但却不能成为我们教学的全部。面对面的实验操作教学，在实验教学中有着不可比拟的重要性。授课教师可以通过观察学生的实验操作技能来不断改进实验教学项目和条件，以更好地提高学生动手能力。

后疫情时代，当我们都回到教室和实验室教学时，与其限制学生玩手机，不如改变我们的教学手段，继续通过虚拟仿真实验和翻转课堂来加强教学中教与学的沟通。我们可以让虚拟仿真实验教学成为课堂教学的补充，授课教师可以通过设置课前或课后的虚拟仿真实验操作来检验学生预习或复习的效果，从而不断提升课堂教学效果，提升教育教学质量。