融合信息化手段的分析化学实验教学模式的探索

姜松，金珊杉，战瑞瑞，刘畅(北华大学理学院，吉林 吉林 132013)

0 引言

伴随信息化浪潮的冲击，教育在当今社会仍然肩负着培养人才的巨大使命。国内外的教育家一致认为，树立学生的创新精神，培养学生创造力与创新力是当代教育的首要目标。因此，知识创新和科技创新，均离不开教育的支撑。对各个阶段的教育理念、教育模式的优化任重道远。实践教学是培养学生创新意识的重要途径，担负着提升学生综合能力的重任，将现代科技手段融入实践教学中，是全球信息化与教育结合的重要方面。高校作为培养创新型人才的基地，正经历着由传统教育向创新模式的变革。当前高等教育变革正逐步深化，化学相关专业课程随着新要求的提出取得了较大发展。其中，实验实践教学作为高等学校教学结构中的重要组成，在学生多方面能力的培养中显现出无可替代的优势。同时，食品安全和环境保护问题随着化工产业和社会经济的发展表现的尤为突出。因此对分析化学人才的需求量不断加大。分析化学实验作为重要的必修课程，同时林学、食品安全、医药卫生相关专业学生的限选必修实验实践课程，在分析人才培养体系中，起着重要作用。分析化学实验教学目标主要以坚实学生分析化学相关理论知识为基础，提升分析化学实验相关操作技能，让学生进一步深化基本理论；分析化学实验旨在能够树立学生严谨科学精神的同时，促进学生分析、解决实际问题的能力的提升，与此同时，实验教学作是培养应用创新型人才的有效途径，培养创新意识与思维能力的重要载体[1]。伴随各种自动化精密分析仪器的应运而生，分析化学实验课程在原有计划课时上有一定程度的缩减，在科学技术日益进步的当下，分析化学实验也迎来了新的挑战[2]。2013年，教育部颁布了有关虚拟仿真实验教学工作的相关文件，题为《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》，根据文件精神，拉开了高校虚拟实验教学的序幕[3]。

1 传统分析化学实验教学模式存在的问题

实验教学模式的优化着眼于教学思想、课程设置、教学环节、教学方法等方面。传统的实验教学模式在课程理念、教学内容、教学手段等方面存在着诸多问题，具体表现在以下四个方面：(1)实验教学内容基本上都是对课堂理论知识的补充和验证，多“菜单式”实验，缺乏综合性、创新性、不能与生产生活相联系。例如分析实验往往只注重滴定分析结果，忽略了样品的来源与处理等方面。欠缺对于同一学科的知识点间的结合与二级学科各知识点的串联。缺乏让学生进行系统地学习、综合运用所学知识与技能的主线。实验内容的设置，不利于学生求知欲望的产生，缺乏拓展性与探究性，进而轻视实验，不能与教学预期目标达成一致。(2)教学方法缺乏创新，各高校都以教师为主体，学生疏于思考，“照方抓药”、“为实验而实验”的现象普遍存在，缺乏主观能动性。各高校及高校教师的实验教学方法和流程也比较相似：即学生先做预习，写好预习报告；按照实验前完成预习报告，由教师详细讲解实验原理、操作步骤、注意事项等方面，最后由学生进行操作，完成实验过程。(3)教学环节过于单一化、程式化，缺乏学生主动参与教学的过程，缺乏开放性。学生在实验过程中，以按部就班地完成实验为目标，缺乏探究性与拓展性。(4)信息化教学资源利用不够，缺乏自主性与共享性。

2 融合信息化手段的分析化学实验教学模式的作用

“信息化”视角下及时优化与完善传统实验教育模式。本文以大学分析化学实验为主体，将信息化与实验教学紧密结合，力图将信息化线上虚拟资源与线下实验教学融合优化，从而推动学生创新能力与综合能力的提升。具体体现在以下六点：(1)促进传统实验教学理念的转变。教学观念是教学改革的先决条件，全新的教学思想是教学改革的动力，打破原有教师主体的“输入式”观念，至关重要。(2)促进适应培养目标的课程体系建设。分析化学实验课程设置偏重基础验证型实验，缺乏综合性、创新性实验。(3)促进教学方式的转变。传统的分析化学实验教学方式偏重注入式，缺乏学生的自主性与互动性。(4)促进教学手段的信息化构建。以往的分析化学实验教学手段过于单一，不够多元化。(5)促进教师角色转变。由教师为主体转变为学生为主导。(6)促进分析化学实验考核机制的完善。

3 融合信息化手段的分析化学实验教学模式的建立

3.1 教学内容多样化建设

凝练基础阶段，基本实验内容以验证性实验为主，适当增加生活性及探究性题目，使其与理论知识同步。加强综合阶段，综合性实验内容，(学科内与学科间关联实验)实验内容表现为至少两个二级学科之间的交叉，在巩固实验操作技能与应用，同时加强各学科之间的横向关联。着眼创新阶段，研究性和设计性实验内容(分析化学及仪器分析与科学研究课题相关实验)以设计为主，以大学生创新创业训练项目为平台，进一步深化对学生发现、分析、解决问题能力的提升，进而培养创新意识、严谨的科研作风。通过信息化手段，建立实验项目信息库，学生通过线上平台选择实验项目。

3.2 实验教学方法与环节的多元化

抓住课前预习，课中实验，课后巩固三个阶段相结合。学生登录教师指定的虚拟仿真平台，突破了空间限制，在食堂、操场等场所即可完成课前预习。如在 “混合碱的测定”实验中，学生进入虚拟实验平台界面后，出现两种模式进行选择：训练操作模式和考核操作模式。训练操作模式不计分数，并附有详细的实验操作步骤供学生参考，学生可完成对实验目的、原理等的学习，还可参考视频演示。通过预习，学生即可对本实验有初步了解。课中实验，采用线上虚拟平台和线下真实实验相结合，发现虚拟仿真实验考核操作模式进行后出现的问题，在线下真实实验中着重解决所发现问题，鼓励学生进行分组讨论。课后巩固，建立小组进行团队研讨，团队成员间多设计总结性或有利创新思维的问题，将信息化作用充分发挥，团队研讨可采用以网上平台方式进行，以学生为主体，主持研讨活动。从而提升学生主动参与的意识。

3.3 多维度实验考核方式

第一维度——虚拟仿真模拟考核成绩。学生通过虚拟仿真平台考核操作模式得到成绩。第二维度——线下实际操作考核成绩。学生通过真实实验操作，实验态度，实验报告等方面进行考核。第三维度——研究和设计性实验的合理性、创新性、实际操作及问题处理能力、实验成果展示等方面的成绩综合评定。最终成绩将三个维度结合进行加权。

4 将信息化手段贯穿实验教学管理过程

建立并健全学校—院系—实验室三级管理体系，系统建立网格化管理体系。

应用信息化手段，将网格化落实到实验室安全管理责任制中，形成逐级共管的管理合力作用。依托学校顶层引导的带领作用，落实到一线师生对实验室制度的实际执行中，切实推动实验室安全管理工作落到实处[4]。

以信息化平台为依托，按照三级管理体系对实验室安全管理工作凸显快捷、高效、科学的信息化管理理念与措施的落实。对实验过程中重要环节进行监管，(1)建立仪器设备采购与管理系统，对实验仪器设备的采购与使用实行全流程的管理监测。将信息化手段渗透到多机构与多步骤的协同管理中。设备购置论证信息录入系统后，由审批、采购、使用、转移到报废的全过程必须全流程监管办理，环环相扣，避免遗留安全隐患。(2)试剂使用管理平台的建立，实现对试剂管理全程全方位监控。以信息化平台为载体，试剂从采购、运输、储存、到回收管理等步骤实现一站式管理，优化管理流程系统，科学估算实验废弃物产生量，及时监督实验室固废物的回收，弱化安全隐患和环境污染物的产生[5]。(3)对学生进行线上实验室安全教育及线下实验安全演练。通过线上进行实验安全模拟，学生通过线上实验室安全虚拟平台，如身临其境般体会实验室安全的重要性，并且能够学会在实验过程中出现安全隐患问题的实际处理方法，能够及时并有效地处理实验过程中的安全隐患，保证切身安全。同时，建立实验室安全信息题库，题库中包含实验室准入制度、常用药品的使用安全，常见实验室安全隐患的排查，实验室突发事件应急处理等方面的安全知识，熟练掌握这些知识，有利于学生对于实验室的安全有一个比较深入的认知。最后，在实践阶段，进行实验安全演练。联合其他职能部门，对实验室安全，特别是火灾隐患的突发情况进行安全演练，模拟真实情况发生，应急处置，师生的有序撤离，应当通过演练，指定行之有效的应急处置方案。

5 结语

融合信息化及时优化与完善化学实验教育模式。本文以大学分析化学实验为主体，从传统分析化学实验存在的问题入手，从融合信息化手段的分析化学实验教学模式的作用、多维度教学新模式的建立、实验教学挂历过程的信息化实施等方面进行阐述，将信息化与实验教学紧密结合，力图将信息化线上虚拟资源与线下实验教学融合优化，构建教学内容多样化、实验教学方法与环节的多元化、实验考核方式的多维度，从而推动学生创新能力与综合能力的提升。