医用化学线上实验教学模式探索

蔡玉兴,金玉杰,李 宁,谢一凡,姚莉韵△

(1上海交通大学医学院基础医学实验教学中心， 上海 200025；2上海交通大学医学院药物化学与生物信息学中心； △通讯作者)

医用化学实验是本校临床医学专业学生重要的基础实验课程，它是基础化学、有机化学、分析化学实验根据其内在规律和联系进行重组、交融、整合而建立的一个全新实验体系。作为医用化学理论课教学的重要组成部分，医用化学实验对巩固学生掌握化学的基本理论知识，提升学生的实验操作技能，培养学生运用理论知识解决实际问题和科研创新能力等起着重要的作用[1]。医用化学实验包括动手操作、观察记录实验现象、发现实验中问题并思考和解决问题等，虽然动手操作难以通过在线课堂实现，但线上教学在打破时空限制、互动模式和教学资源等方面有相对优势[2]。教师可以充分利用线上教学优势，如优化实验方案设计、科教融合、学科背景研究和实验拓展等方面[3]，并建立健全线上实验教学体系，最大程度地保证医用化学实验线上教学质量。

1 研究方法

本研究对象是本校2020级临床医学专业五年制留学生，分为实验组和对照组。实验组为因故无法到校参加实验课程的留学生，22人；对照组为在校参加实验课程的留学生，20人。实验组全部采用线上实验教学模式，对照组采用线下实验教学模式。实验组和对照组由相同教师授课，教学大纲、实验内容、教学目标完全相同，学生类别以及知识基础基本一致。我们通过分析实验组和对照组学生成绩，并设计调查问卷，比较研究医用化学线上与线下实验教学质量的优劣。

2 线上实验教学设计

根据医用化学实验的教学目标(实验安全、课程思政、实验技能、实验素质)，我们整合已有的电子资源，设计完善线上电子教学资源，并以超星学习通平台及学校课程中心网站为依托，构建以目标为导向、以探究为中心的线上医用化学实验教学模式，保证线上课程在内容上具备学科前沿性、在学习环节上具备高效互动性。教学方法能有效培养学生创新性和能力素质，充分体现以学生为主体、教师为主导的教育教学理念，以期达到在线学习与线下课堂教学质量基本等效的教学目标。

2.1 以目标为导向

实验安全目标：医用化学实验作为医学生重要的基础实验课程，使学生掌握了医用化学实验室的安全相关知识，能为后续进入专业、科研实验室打下良好的实验安全意识。教师在学生开始课程前设置安全准入内容考核测试，并在课程中加强安全宣教。

课程思政目标：我们在医用化学实验线上教学中融入人文教育，以培养医德高尚、身心健康的医学人才，寻找实验课程中专业教学知识与思政元素的有效整合点，在教学资源以及互动教学过程中，顺其自然地引入思想教育，激发学生对专业的热爱。教师通过渗透科学实验方法，培养学生严谨求真的精神[4]；通过有目的的教学情境设计，激发学生的求知欲望，以达到启发学生深入思考及思政教育的目的；挖掘、引入与实验内容息息相关的事迹作为榜样，充分激发学生的情感共鸣，起到示范和激励作用[5]，构建全过程“浸润式”的医用化学实验线上思政教学模式[6]。

实验技能目标：根据医用化学实验课程教学大纲，学生需要掌握物质分离、物质理化性质测定、物质提取和鉴定技术以及物质制备、物质定性定量分析方法。教师在线上教学资源与教学互动中加强实验技能的传授，发挥线上教学的优势[7]，体现实验技术的前沿性，充分调动学生学习相关操作技术、技能的积极性和主动性，同时讲清实验技能的原理，呈现实验技能的真实场景，让学生更好地掌握实验技能的重点、难点。

实验素质目标：学生通过系统的线上教学资源学习以及探究性的教学互动，掌握医用化学实验的基本操作技能，加深对医用化学理论课中基本原理和基本知识的理解[8]，同时培养自身的观察能力、思考能力，提高运用所学知识分析问题、解决问题的能力[9]，养成独立思考和积极进取的科学精神以及学生创新与实践意识。

2.2 以探究为中心

科学探究起源于20世纪初，经历数百年的发展，在当今世界各国的教育中占有及其重要的地位[10]。当前，我国的科学探究教学更多偏向于对学生操作能力的培养，忽视学生的思维发展，造成学生解决复杂问题以及创新能力的不足[11]。

医用化学实验线上教学改变传统以教师为中心的线下教学模式，充分发挥线上教学知识覆盖面广、互动模式多样等优点，开展以探究为基础、以学生为中心的主动学习教学理念。教师根据教学目标，以问题为引导、设置探究点，并采用问题引导探究的方式实施线上教学，在科学探究教学中创设能够引起学生认知冲突的问题作为教学场景[12]，促进学生主动学习，激发学生积极思考问题，培养学生创新思维能力，进而以思维能力的培养为核心，引领核心素养的协调发展。

2.3 线上教学课程设计流程

医用化学线上实验教学课程设计流程如图1。

图1 医用化学线上实验教学课程设计

2.3.1 课程前 教师在线上公布课程简介、课程电子教学日历、电子教材、教学大纲等信息。学生可在课程前通过超星学习通平台及校课程中心网站查阅，以便了解课程定位、目标、内容等信息，为后期更好地开展线上教学提供基础。

教师设置实验安全准入制度。学生必须观看线上实验室安全宣传视频，通过实验室安全知识测试题考核后方可进入课程。

课程前，教师设置课程思政板块。学生需要观看与实验诚信、名人故事相关的视频。所制作的视频以轻松诙谐的方式展现给学生，如关于实验诚信的微视频《学海中的贝壳》引用电影《阿凡达》片段为开篇，通过主人公讲述“详细记录任何你所看到的，这是科学研究的一部分”。教师结合化学分析实验的数据记录要求，引导学生树立实事求是、诚信为本的观念。又如视频《青蒿素》以屠呦呦获得诺贝尔奖为切入点，介绍屠呦呦生平及其提取合成青蒿素的过程，引导学生要有艰苦奋斗、重视基础、研究探索、勇于创新的科学素养。

2.3.2 课前 教师线上发布教学实验PPT和以实验内容为基础的微视频，内容包括拓展信息、实验技术发展史、应用前景等，同时有机融入思政元素。通过布置课前拓展思考题，我们让学生了解实验的同时，激发学生的实验兴趣，引导学生进行探究学习，并建立规范的实验思路。

2.3.3 课中 学生先观看实验讲解视频(30 min左右)，充分理解实验目的、原理、操作步骤、注意事项等；然后，观看操作视频，通过具体实验掌握实验的操作内容、实验现象、可能出现的问题及解决方案等。最后,根据学生学习进程，教师在超星平台布置探究思考题，开设讨论板块进行讨论，此过程中引导学生自主学习相应实验技术及实验知识。对于实验操作部分，教师可按照实验操作难易程度，截取各个视频片段分段发布，要求学生签到观看并讨论，同时回答实验操作流程、注意事项等问题，旨在最大程度地鼓励学生参与其中，以更好地掌握实验操作技能。

2.3.4 课后 教师通过布置课后习题，检验学生掌握实验操作情况；布置虚拟实验教学任务，检验学生学习情况，同时起到复习的作用；最后要求学生查阅教材、文献等资料，设计完成实验报告，考查学生知识掌握情况、实验设计能力以及书面表达能力，引导学生进行探究学习，培养学生的科研思维。

2.3.5 实验考核 学生学习完所有实验项目后，教师发布测试习题、设置考核性实验，要求学生完成虚拟仿真测试，以考查其课程学习情况。考核性实验要求学生查阅文献、教材自主设计实验路线，完善实验流程，明确实验操作的所有步骤、现象等，最终完成实验设计报告并在线提交。

3 线上实验教学评价

3.1 完善线上实验教学考核体系

线上实验的考核与评价贯穿整个教学过程，在实验任务资源的观看、安全准入、讨论互动、探究题、实验习题、虚拟实验、设计报告等多方面、全维度进行评价。我们严格实行实验教学过程的监督与控制，保证实验教学评价的客观性和合理性，提高实验教学质量；在实验教学过程考核评价中，采用加权法评定实验成绩，借助实验教学信息化管理平台，分别给予各实验考核部分一定的权重，然后将各项成绩加权，最终获得学生的线上实验成绩(见图2)。

图2 医用化学线上实验考核评价体系

3.2 线上实验教学质量分析

3.2.1 实验成绩分析 我们对实验组和对照组学生进行期末测试。测试包括客观题(总分100)和虚拟仿真测试(总分100)。学生直接在超星平台上完成客观题，内容主要涉及实验的基础理论知识(占50%)、实验操作(占30%)和实验探究(占20%)三部分。同时在实验中心网络平台完成虚拟仿真操作测试，由平台直接给分。实验组和对照组学生的期末测试平均成绩见图3。结果表明，实验组学生的客观题总分成绩高于对照组，其中基础理论知识及实验探究部分成绩明显高于对照组，但客观题中实验操作部分以及虚拟仿真测试成绩得分显著低于对照组。

图3 实验组和对照组期末测试平均成绩比较

我们从学生实验成绩分布可以看出，采用以目标为导向、探究为中心的线上医用化学实验教学模式，能够很好帮助学生掌握实验理论知识，拓展学习的广度及深度。但由于学生未亲自动手完成实验，仅仅依靠观看操作视频，学生对于实验操作细节和实验过程的印象会淡化很多。

3.2.2 调查问卷分析 为了更好地了解学生参与线上、线下课程的情况，我们以问卷星形式调查了本研究对象2020级临床五年制留学生对于实验课程的感受体会，反馈结果见表1。

表1 线上与线下实验教学学生调查问卷反馈 (%)

反馈结果显示，学生对线上实验教学与线下实验教学的课程满意度与学习兴趣评价差异性不大。参与线上实验教学的学生对于实验知识点理解、查阅文献能力、促进自主学习以及分析问题、解决问题、创新能力培养的评价明显优于参与线下实验教学的学生。

当前，如何采用合适的实验教学方式给教师带来了严峻的挑战。本文采用以目标为导向、以探究为中心的线上医用化学实验教学模式，充分发挥了线上教学在教学互动、科教融合、实验拓展等方面的优势，有利于学生对实验基础知识的理解，对于学生自主学习、文献查阅及创新能力等科学素养的培养有一定优势，但是缺少实验操作训练，学生的动手能力无法得到提升。纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。对于实验而言，线上教学不能完全替代线下实验，在动手能力培养方面，最佳的教学方式仍是线下实验教学。对于参与线上医用化学实验教学的学生，如能在后期辅助一些具体的实验操作课程，将极大提升线上实验课程的教学效果。