基于新工科背景下探索有机化学实验课混合式教学体系的构建

林 觅 关宏宇 葛春华 黄 鹏 冯大明 姜玉春

（辽宁大学化学院 辽宁·沈阳 110036）

1 研究意义和前景

新工科是基于国家战略发展新需求、估计竞争新形势、立德树人新要求而提出的我国工程教育改革方向。新工科的内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为理念，以继承创新、交叉融合、协调共享为途径，培养未来卓越工程人才。化学是一门以创新为特色，对诸多新技术、新业态的发展起着基础性、引导性作用的学科。实验教学是化学教育体系的一个重要环节。理论教学对实验教学具有指引作用，但如果只重理论、轻实践，则无异于纸上谈兵，毕竟任何新物质都是要靠人们实践操作才能合成、创造出来的。实验教学与理论教学是相辅相成，互相促进的。实验教学有助于学生理解、掌握理论课程所学知识；是理论知识与实际应用的桥梁，有助于培养学生实事求是的工作作风及良好的科学素养；是培养复合型和创新型卓越工程技术人才的重要切入点，其在“新工科”教学理念中发挥着不可替代的作用。实验课程的课堂教学中常面临两难困境，要么实验操作太难、仪器紧张，留给学生动手操作的时间少了；要么学生机械地参照讲义完成实验，不去理解其中的原理和知识。因而对化学实验课的教学内容、教学模式、教学手段等的改革势在必行。

2 国内外研究现状

2014年中国大学MOOC上线。为推进信息技术与实验教学的融合，加强实验教学优质资源建设与应用，提高实验教学质量和实践育人水平，目前国内各高校纷纷开展虚拟仿真实验教学项目建设工作。

2018年辽宁大学化学院将虚拟实验引入有机化学实验课，通过虚拟仿真与实践操作相结合的教学手段，实现了有机化学实验的信息化改革[1]。2020年开始筹建化学实验在线教学，实现学生、社会学习者的个性化学习。通过线上实验基本操作视频和虚拟实验，可以规范学生的实验操作，特别是针对有一定危险和难度的化学实验，能降低实验风险，提高实验成功率和产率，为后续的相关实验积累经验，有助于培养学生探索、研究精神。

混合式教学是将传统的课堂教学与网络教学相结合，融合二者优势的新型教学模式，是信息化时代教学改革的热点。“线上”教学模式，突破了时间和空间的限定；“线下”教学模式则将“线上”获取的碎片化知识整合、内化，最终系统掌握知识。这种“线上+线下”的教学模式，使教学个性化、科学化、人性化。混合式教学包括：教学形式的混合，如面授与网络教学混合；教学手段的混合；教学技术的混合；教学评价的混合，如过程性评价、形成性评价、终结性评价的混合[2]。

有机化学实验混合式教学立足于新理念、新思路，结合我校化学专业的现状，通过升级实验教学内容、改进实验教学方法等措施，将虚拟实验和实践操作相结合，利用优质网络资源，通过录制理论和操作视频，开设线上实验课程，将微信平台、虚拟实验、视频教学和实践操作有机统一的结合起来，形成四位一体式教学模式。保证了专业设计的科学性、人才培养的可行性和人才就业发展的适应性。

3 线上线下混合式教学的开展

3.1 建设预习、考试题库

根据不同的实验内容，可以设置不同题型，试题数目，试题分值，学生在作答时是系统自动从题库中随机抽取，这样学生的试卷内容就各不相同，能够有效防止学生串通答案；在提交后能够显示正确答案，学生可以查看自己的错题情况，老师也可以及时查看，针对错误较多问题的可以在课上集中讲解。试题库一直在不断完善，每个实验的试题库大概在30道题左右，每次考试题目数维持在10～15道；考试时间一般是5-10分钟，学生要在规定时间内完成。

实验试题包括实验原理，本次实验涉及基本操作，产物的后处理和实验安全、环保等相关知识内容。通过预习考试不但可以加深学生对实验的基本理论、基本原理、实验仪器、实验步骤及实验安全的掌握和理解，还能强化学生的安全意识和对应急事故的处理。

3.2 教学视频及课件资源建设

传统课堂教学中，教师在演示实验操作和仪器使用时，靠后的同学就没有前排同学观察的清楚，而采用操作视频教学时，学生可以清晰地观察操作重点、难点，甚至可以反复观摩。

以有机化学实验为例，根据每学期所开设的实验项目涉及到的知识点，在录制教学视频时分为基础操作和理论讲解两大模块[3]。基础操作类视频包括常压蒸馏、减压蒸馏、萃取、重结晶等7个单元。理论讲解部分，为避免因更换实验题目而导致视频不适用，我们按知识点进行分类讲解和剪辑制作，一些通用部分可以和基础操作配合观看。

3.3 课堂开展混合式教学

教师会根据教学内容的难易程度，分类应用混合式教学[4]。简单的实验项目比如实验室基础知识、安全教育、实验室规章制度等可以通过在线学习即可；基础的实验操作比如蒸馏、分液、干燥、抽滤等可以在线学习观摩，线下融合在合成或综合实验里，进行练习、强化；对于较难的操作如减压蒸馏、柱色谱等操作，不但要预先学习、虚拟演练，还要专门单独进行操作训练；而对于一些难度大的综合实验，就要以线上为辅，线下为主。

通常课前先让学生利用在线视频资源和虚拟实验自学。上课提前十分钟对学生进行测试，实验中利用微信群推送正确或错误的学生操作，起到示范和警醒作用。预先在微信平台建立的操作标准，通过微信平台随时记录学生的错误操作并及时予以扣分；课后可以引导学生讨论为何会出现理论与现象不符、产率低的原因。

图1：混合式教学方法示意图

3.4 考核方式

线上与线下相结合，通过考察在线视频学习时长完成情况，测试习题正确数量，课后思考题和讨论活跃度，虚拟实验、实践操作能力和实验报告等进行综合考量。

4 有机化学实验混合式教学实践成效

4.1 学习方式灵活、新颖

教学形式新颖，更为直观、立体，打破传统实验课仅靠教师讲解的局限性，激发了学生的学习兴趣，提高了学习的积极性。由沉默式、问答式教学转变为对话式、思辨式教学。

通过操作的视频教学，学生不仅提前看到装置的搭建，更能观察到实验现象与结果，从而在动手操作时能做到心中有数，大大提高实验的准确率。建设我校自主实验线上教学视频，比虚拟实验或其他院校的视频教学，更能符合本校教学环境与设备要求，更能将高水平MOOC与特色化、差异化SPOC相结合。

4.2 实验互动，见贤思齐

在学生实验进行过程中，选择较为规范的学生操作，录制小视频，在微信群里即时推送，可以提高学生的主体地位和荣誉感，提高学生的学习积极性[5]。批改实验报告的过程中，选择表述清晰、现象记录翔实、数据处理规范、问题讨论有独到见解的实验报告发送到微信群，供大家学习，以期发挥引领作用。教师或学生提出问题，大家共同讨论，对于主动提出问题或有效回答问题的学生，视问题水平，奖励一定分数。

4.3 提高自学能力、创新能力、综合应用能力

有机化学实验混合式教学，以学生为主体，教师为引导者，实现了传统课堂的翻转，使被动学习向主动学习转变，注重知识内化与迁移，增强学生动手实践操作能力，提高学生应变能力，解决理论实际应用问题，有利于实现创新应用型人才培养，符合新工科建设背景要求，使教学从知识传授转变为能力培养。