“无机化学实验”智慧教学模式的探索、策略与实践

苑 蕾 张静玉 姜莉莉 张 林 付晓伟 马志研 李 娜 刘海燕

(营口理工学院 化学与环境工程学院,辽宁 营口 115000)

随着化学学科的发展和社会的进步,实验技术和方法在不断丰富、更新,对人才培养的要求也在不断调整和发展。我国高等教育已进入内涵式发展新时期,建设和发展“一流本科教育”的目标对实验教学提出了新的更高要求[1]。传统的“无机化学实验”课程面临着学生课前缺少预研、教学内容陈旧、资源体验感差、手段匮乏、考核机制缺乏系统性等一系列问题。按照国家一流课程“两性一度”的建设要求,遵循在线学习与课堂教学内容的互补性原则,智慧教学已成为新时代教育教学变革和创新的主旋律,因而“无机化学实验”智慧教学是大数据背景下教学改革的必然选择。基于以上背景和“无机化学实验”教学发展的趋势,我们拟对营口理工学院“无机化学实验”课程进行“多位一体”的改革与探索。以“注重能力、引导创新”为课堂教学基本原则,以“以学生为中心”为核心理念,以“实时动态、全过程、多元化学习评价”为显著特点,将先进的信息技术与传统教育教学方法深度融合,从整体教学流程、教学内容、教学方式方法、考核评价方式4个层面分别进行改革以进一步满足课堂教学活动的延伸,激发学生学习积极性,引导学生内化新知,发展高阶思维与综合能力,促进科学与人文素养协调发展。

1 革新教育理念

革新教育理念,以学生为中心,以产出为导向,“教为主导、学为主体、因材施教”[2]。实验教学目标从传授知识和技能过渡到能力与素质的培养。在加强宣传和引导的同时,先从点上突破,而后通过示范带动进行推广,并通过适合营口理工学院学情的自编实验讲义及时固化改革成果。在实验教学设计过程中教师由讲授者转变为引导者,有意识地引导和鼓励学生自主思考和设计实验,并通过小组讨论、方案现场展示交流等互动方式,让学生大胆参与表达自己的看法和意见,激发学生的学习兴趣和主动性,培养学生主动探究、深入思考的创新精神。

2 实现教学内容的现代化

目前,营口理工学院“无机化学实验”教学存在实验项目内容陈旧,与科研实际、生产生活脱节,缺乏创新性、高阶性和挑战性等问题,亟待改革。部分实验内容占据大量时间,阻碍了新方法、新技术的引入[3]。因此,对较为陈旧的实验内容进行合并、精简、淘汰,将实验内容设置与日常生活、岗位技能、科研实际等问题相结合,使实验内容前沿化、系统化,同时增加环保、绿色化和创新设计等内容。

2.1 加强实验教学与生产实际的联系

保留原教材中与生产实际有关的实验,同时选择性地增加葡萄糖酸锌的制备及锌含量测定、明矾制备及定性检验、高锰酸钾制备及纯度分析等选做内容的新实验,旨在使学生接触实际,了解生产,开拓视野。

2.2 增加综合、设计性实验项目比例

要发挥综合、设计和创新实验的高阶性和挑战性,强调学生自主思考和设计,团队研讨修改、总结评价的教学模式。增加未知液定性分析、混合阴阳离子鉴定等实验,力求融基础性、新颖性、探索性、实用性、趣味性等特色于一体,使学生在实验中了解生产与科研的曲折性,开拓其视野,培养其科研兴趣和对化学学科的情感。

2.3 对现行实验讲义呈现方式进行修改

修订无机化学实验讲义,同时以二维码形式提供课程配套的教学课件、微课操作视频等丰富的教学资源。将实验操作“视频化”、实验用品“实景化”,并提供二维码链接,教材使用者可随时随地通过扫描二维码,可在移动终端上直接观看视频、照片、文字等信息。实验视频资源中覆盖基本的实验操作内容,包括加热(水浴加热)、溶解、倾泻、过滤(包括减压过滤、常压过滤)、离心、蒸发、浓缩、结晶、干燥等基本操作[4]。新形态教材也是演示实验资源的有效载体,对资源建设与积累起到了促进作用。2020年初新冠疫情时期,由于线下实验无法开展,这些演示实验资源在帮助学生理解化学原理和元素、化合物性质方面发挥了很大的作用。

3 创新教学方法

提升实验教学质量、发挥实验教学育人作用的关键是实验教学方法改革。传统实验教学采取教师讲授实验内容、演示实验操作,学生听讲、跟做和模仿的填鸭式教学方式,学生往往未对实验原理进行深入思考,只是机械地效仿,无法实现自主探究和创新思维。本次改革过程中我们采用递进型教学方法流程,学生课前线上完成预研,取消了纸质实验报告,课中线下实践探究,课后拓展延伸。

3.1 提高实验预习程度和要求

为了解决学生课前缺少预研的问题,我们通过超星学习通平台建立线上课程,上传教学讲义、演示视频、测试题、拓展资料等教学资源、发布学习任务,组织教学活动,获取学习成果分析数据。学生接收任务后进行课前线上预习,在课前对实验项目有总体的把握,掌握实验原理、厘清实验目的,通过观看视频可以很直观地了解到校外名师的课堂精髓,完成了易学知识点的前移工作。教师准备了丰富题库、扩展阅读、名人故事等多媒体资源,减少了学生自己盲目收集资料的时间,很大程度上提高了学习效率,同时使学生养成了深入、系统思考的习惯。教师参照后台学情数据,决定教学的起点,为课堂及时调整教学侧重点提供依据,拓展了教学时间的宽度和教学内容的深度。

3.2 革新教学方法

以学生为中心,基于学生自主学习进行教学设计,从“手把手”到教师指导下的自主学习,变教师讲授为学生的主动探究,采用问题式教学法、探究式教学法、协作式教学法、翻转课堂教学法等,加强师生、生生的讨论和互动,教师为主导学生为主体,加强讨论与分享。例如,在粗盐提纯实验中选用问题式教学法(思维导图+问题引领),使学生达到从探究到思辨再提高的学习效果。在铬锰铁钴镍和硼碳硅氮磷性质实验中使用“翻转课堂”的教学方式,引导学生课前预习元素及化合物性质,组织学生课上根据物质性质的差异设计鉴别实验并动手实践,最后归纳鉴别实验原理,找出物质间相互转化的方法,从而建构物质性质的知识体系。

3.3 完善实验室开放制度

突出学生的自主性,使学有余力的学生冲刺高阶层次的学习和研究,培养可研、爱研、会研、能研的应用型化学人才。例如在未知液定性分析、混合阴阳离子鉴定等选做实验中由学生自行设计实验内容和实验思路,与指导老师沟通并预约实验时间后即可进入实验室完成实验操作,教师对实验报告进行反馈和评价[5]。

3.4 价值引领,课程思政

情感是认知的“催化剂”,也是认知的“动机”。我们分别从中华优秀传统文化、化学实验中的传奇故事、化学史上的优秀科学家故事、生产生活中的化学知识等几个方面充分挖掘化学实验教学中蕴含的思政元素,让大学新生在获得知识的同时学生潜移默化地接受思政教育,有利于学生实现立德树人、润物细无声,树立正确的价值观、人生观和世界观。使教师讲授和学生自我教育有机结合,将“课程思政”的目标与大学新生的学习生活融会贯通。

4 多维度实行过程性评价

以往“无机化学实验”课的考核以预习报告、实验报告、操作考查为主,缺少过程考核,这使部分书写工整、数据处理好的同学,即使操作不正确,也能得到很高的分数。因而我们在学习考核评估层面,改变唯实验报告结果的考评方法,建立多层次考核评估指标体系和考核方法,取消纸质实验报告部分,建立学生实验成绩综合评价系统,真实、公平、合理地评价学生的实验成绩。整个课程的成绩实行百分制,其中线上实验预习与测试、团队协作等成绩占20%,线下成绩占80%。线下成绩中出勤5%,实验操作50%,实验报告40%,卫生5%。

在实验课程考核方案设计过程中,我们同时重点落实了无机化学实验报告书写规范化和课程评分标准规范化。将实验教学每一个环节中的各项内容,如实验报告中的实验目的、实验原理、实验步骤、结果与讨论、习题等各占多少比重进行了更详细的规定,制定了无机化学实验评分标准,所有指导教师参照执行。对实验教学全过程的信息进行综合分析评价,从多环节、多维度考查学生的学习投入、学习成果和差异化能力,促进学生自主学习,提升学习内驱力。

5 结语

本研究将信息技术与实验教学深度融合,从教学理念、教学内容、教学方式方法、考核评估等层面进行改革,探索了智慧教学模式在无机化学实验课程中的应用,以期扭转实验教学中“照方抓药”“思考不足”的现象,提高无机化学实验教学质量,助力“新工科”背景下的人才培养,为实验课程的智慧教学提供参考依据。