虚拟仿真平台结合雨课堂实现有机化学实验的线上教学

陈结霞，吴运军，李祥子，冯志君，胡 磊，王 慧，夏小庆，王伟军，尉 艳

(皖南医学院药学院化学教研室，安徽 芜湖 241002)

为进一步落实国家教育部“停课不停教，停课不停学”的指导意见精神：在慕课和实验资源平台服务支持带动下，依托各级各类在线课程平台、校内网络学习空间等，积极开展线上授课和线上学习等在线教学活动，保证疫情防控期间教学进度和教学质量。学校根据学生实际情况，秉承一切以学生的学习为中心的教育理念，在院领导的指导下，充分发挥教研室的集体智慧，授课教师群策群力寻找适合我们自己独特的教学方式及教学平台，全校齐心协力打造高效课堂。结合我校网络教学的实际，依托润尼尔虚拟仿真实验教学平台，利用雨课堂在线教学平台实现《有机化学实验》课程的线上教学。

1 基于虚拟仿真和雨课堂平台的线上实验教学模式的设计

《有机化学实验》是医学院校中临床医学、麻醉学、预防医学等医学相关专业和药学、制药、药剂等药学相关专业的一门必修专业基础实验课程，其内容与医学理论课程息息相关[1-3]。《有机化学实验》是实践性非常强的一门课程，其教学目标一方面是配合理论课堂教学，以验证和巩固理论教学中讲授的基础理论和基础知识；另一方面是训练学生的实验基本操作技能，让学生正确进行有机化合物合成和结构鉴定；更重要的是培养学生在实验室工作过程中真实、科学的记录实验过程，理论联系实际的观察问题、发现问题、分析问题、解决问题的能力，养成科学、严谨的科研工作习惯。其在进行线上实验课教学过程中，最大的问题是无实物给学生练习实践。

基于虚拟仿真平台的学生线上实验操作学习和模拟练习，再结合雨课堂线上教学模式为有机化学实验教学提供了新的思路[4-7]。我们根据《有机化学实验》教学大纲要求，拟利用虚拟仿真和雨课堂平台构建《有机化学实验》线上课程，以“易燃易爆试剂乙醚的蒸馏”的实验内容及实验方法进行设计为例，实现学生对该实验内容雨课堂平台线上预习、课程内容学习、课后实验报告书写及虚拟仿真平台模拟操作。整个实验课设计如下。课前：通过QQ群分享“虚拟仿真网络教学管理平台-学生”、浏览器及插件，督促学生完成实验平台操作的学习，可以正常访问实验平台；在雨课堂平台推送教材、相关资料及预习习题，希望通过习题的练习，督促学生认真完成预习。课中：利用雨课堂线上教学平台给学生介绍实验的原理、内容、操作步骤、注意事项及虚拟仿真平台的相关内容。对学生的预习情况做出及时评价，鼓励表现好的学生能够更进一步，督促表现不好的学生要迎头赶上。课后：利用QQ群随时解决学生实验平台操作中遇到的问题，并督促学生多练习几遍，熟练实验操作，记录实验现象，以弥补线上实验教学无实物操作的不足。依托雨课堂平台，设计实验报告，内容包括实验目的、原理、步骤、结果与讨论及注意事项，并将实验的重难点及实验步骤等设计成选择题及填空题，让学生复习实验内容的同时，通过习题的训练，加深对实验的理解及实验操作的熟悉。

2 线上实验教学的实施

2.1 虚拟仿真实验平台的准备

2.1.1 教师方面 在实验课开设之前，需要利用平台现有的资源，紧扣《有机化学实验》课程大纲，与平台工程师反复沟通实验内容的安排。同时分别以教师及学生的身份进入平台，反复试验，熟悉平台的性能及实验过程的各种环节并发现可能存在的问题，以备在未来实验过程中，能准确回答及处理学生各种关于操作、平台、实验等相关问题，确保每个学生都能顺利完成实验操作。

2.1.2 学生方面 由于实验需要利用电脑完成，对于浏览器及电脑配置有一定的要求，需要先通过已创建的QQ学习群指导学生在电脑上完成其准备过程，并在过程中随时利用QQ群解答学生关于实验操作的问题，同时与平台工程师及时联系解决同学关于实验平台相关的技术问题，如密码错误、账号登陆不是自己，或者实验内容缺失等问题，保证有电脑的同学都能顺利完成实验。

2.2 课前预习通过QQ学习群，仔细和学生沟通实验课的上课模式。教师先介绍实验内容，利用雨课堂将实验教材电子版关于乙醇沸点的测定PDF文件及相关蒸馏操作视频推送给学生，并指出实验的重点和难点，提供给学生自学。在教会学生蒸馏操作的实验通法之后，针对虚拟仿真实验中乙醚的蒸馏，推送了“重要的化学品——乙醚”的性质介绍相关资料。学生通过学习pdf文件内容，并观看视频对实验有大致了解，然后通过雨课堂推送预习习题“如果被蒸馏的对象是乙醚，您认为实验步骤与乙醇蒸馏有什么不同？乙醚蒸馏装置安装过程中要注意哪些问题？操作时实验台附近为什么要严禁火种？”。通过主观试题，要求学生思考乙醇和乙醚性质的不同导致其蒸馏过程的差异，理解实验的基本原理、操作及注意事项等，达到考察学生预习效果的目的,并将实验教材内容与实验平台内容有机结合起来。同时，学生通过课前的学习，了解了本课程实验的重点和难点，并且明确了本次实验所要进行的任务。老师通过查看相关资料的学习情况及对主观题的批改，基本能了解学生的预习情况及学生对本实验的最大问题及困难所在。在授课过程中，再针对性讲解，使授课内容针对性更强，也能及时解决学生学习中的困难。

2.3 线上授课“停课不停教”，在线教学对于教师既是新的挑战，也是探索教学新模式、提升在线教学能力的契机。面对学校有近2000名一年级学生需要开设《有机化学实验》线上课程，作为第一个开始实行虚拟仿真平台结合雨课堂线上教学模式的教师，在开课前两周就对《有机化学实验》课程进行了设计，请教教研室相关老师把关，并进行反复修改。开课前又进行网络试讲、网速测试、功能操作测试、学生互动预演等工作。为保障学生顺利完成学习任务，确保在线教学质量，对线上教学进行了精心部署，预先准备了直播和录播两套方案，采用PPT和视频播放等多种教学方式[8-10]。开课第一天，《有机化学实验》课程使用雨课堂直播教学，收到了良好的学习效果。开课之前，利用QQ群及雨课堂提醒学生上课时间，确保全员准时进入课堂。

为弥补距离造成的隔阂，利用师生互动方式，将学生的注意力“锁”在课堂上。针对教学内容，将知识点碎片化，大约每5 min与学生互动一次。互动采用弹幕、投稿以及答题等方式进行，有效避免学生注意力不集中，增加学生在线教学的参与感与获得感。经课后雨课堂数据统计，一节课的线上授课过程中师生互动弹幕消息达107次，课堂投稿6次，互动题目2次，学生参与度达95%以上。此外，雨课堂答题功能可以实时掌握学生的在线学习动态，教师可以及时掌握未参与答题学生的情况，督促学生尽快参与到课堂互动环节中。教师用知识之光为学生焦躁的心灵注入了能量，让课堂教学既有温度又有厚度。

授课内容方面，一方面介绍乙醚的蒸馏实验的相关内容，在其中穿插对于课前预习情况的介绍，预习结果分析，并将预习习题穿插到实验内容中。不同的班级用不同的课件，鼓励优秀的学生更加的努力上进，并提醒表现不是非常好的同学要注意改进加油，迎难而上；另一方面，利用视频共享功能给同学们详细演示平台操作及相关注意事项。让学生学会使用实验平台，并加深对于实验原理、步骤及过程的理解。着重引导，让学生自己动手进行虚拟仿真实验操作。

2.4 熟悉实验现象学生通过账号和密码登录，进入虚拟仿真实验平台中的有机化学实验模块，点击乙醚的蒸馏实验名称，进入操作，按照提示，一步步完成模拟实验过程，学生可以反复操作至熟练，然后提交。提交后，若还想练习，仍可点击复习实验。实验过程中出现的技术方面问题可咨询QQ群内公司方面的技术员，实验内容方面的问题可由授课老师进行答疑。实验结束后，教师登录实验平台了解学生的实验完成情况。平台最大的好处是让感兴趣的同学可以反复操作、熟悉，掌握每个实验过程的细节及注意事项，并要求学生记录下来。

2.5 课后作业考虑到线上长时间教学对学生视力的影响及对学生家庭网络及电脑配置的要求等等因素的影响，因此，对于实验报告的书写，我们没有要求学生在线上完成，而是设计成试卷，包括实验原理、步骤、结果及讨论等部分，以单选及填空题的形式考察学生对于实验内容的掌握，通过雨课堂将试卷发送给学生。学生需要对实验熟练掌握之后，才能很好地完成相应的测试。一方面，减轻了学生书写电子实验报告的负担，另一方面对学生掌握实验内容提出了更高的要求。

3 建立过程性评价体系

结合过程性评价的要求，学生的实验成绩由四部分构成：预习情况、课堂表现、虚拟仿真平台实验操作及实验报告完成情况，将对学生的评价贯穿于整个教学过程中，要求所有学生积极参与教学的每一个环节，并力求对所有学生做到公平、公正。具体分配及比例见表1。

表1 实验成绩组成

4 实验教学效果评价

线上教学结束后，利用几分钟听取学生的课堂及在线实验平台反馈，学生参与度较高，提出了很多宝贵的意见和建议。比如，讲授视频能否回放，实验报告是否线上书写，实验提交后能否重置等等。新颖的教学方式和精彩的教学环节，学生给予了积极的肯定，让学生能学有所获。很多同学认为我们的虚拟仿真系统很好，能学到很多东西，比游戏更有吸引力，特别是实验过程中的操作基本都能很好掌握，这从我们的实验报告完成情况及成绩也能很好体现出来。以其中一个班为例，其中90分以上的同学占70.9%；80至90分之间的同学占17.3%；60至80分之间的同学占10.2%；60分以下的同学仅占1.6%。如表2所示，各班的平均分基本在90分左右，学生总人数大约1000人，平均分达到89.5分。这个结果体现绝大多数学生对实验内容都掌握得很好。也从一个角度体现了，本实验设计方案在这个特殊时期是非常有意义的，是值得推广的。

从大纲完成角度来看，我们的虚拟仿真平台让学生能够模拟实验操作，在验证和巩固理论教学中讲授的基础理论和基础知识的同时，训练学生蒸馏操作技能；更重要的是在实验操作过程中，培养学生真实、科学的记录实验过程，并通过乙醇和乙醚蒸馏操作的对比，培养学生理论联系实际的观察问题、发现问题、分析问题、解决问题的能力，养成科学、严谨的科研工作习惯。圆满克服了线上实验课教学无实物给学生练习实践的问题，并带给学生与实体操作完全不同的实验体验。

5 总结

“停课不停学”，让我们可以更深入地去思考学生学习的规律到底是什么?怎样的课堂更有利于我们的学生?也让我们站在时代的前沿，利用“互联网+”的模式重新审视自己的课堂。疫情防控期间，空中课堂的在线学习，是对全体师生的一次考验。基于虚拟仿真平台结合雨课堂实现实验课线上教学模式，充分体现了以学生为中心的特点，调动了学生学习的主动性和参与的积极性，培养了学生创新思维能力，同时大大提高了实验教学效果，值得进一步推广。