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U贏電競第十六周在線教學典型案例之一——《物理化學實驗》課程線上教學
作者: 發布日期: 2020-06-15 瀏覽次數: 來源:教務處


劉光增(化學與化工學院)


實驗教學是高等學校學科建設、科學研究和人才培養的重要組成部分,是人才培養的重要教學環節,肩負著培養學生基本操作技能和實踐能力的重任,是對學生進行綜合素質教育的重要課堂。在疫情特殊時期,面對困難,我校發揮主觀能動性,化危為機,認真完成實驗課的教學任務。

隨著網絡化和信息化的發展,教學形式發生了巨大變化,相應的優勢也應該體現到我們的實驗課上來。在疫情期間,我們探索實驗課的在線教學模式,在更多的環節體現出教師引導、學生自學、互動交流和特殊時期的虛實結合。

下面以物理化學實驗為例,梳理實驗教學的實踐情況。一方面,可以促進相互交流學習,另一方面,需要不斷進行經驗與教訓的總結,為持續推進實驗課線上線下的混合式教學打下堅實基礎。


圖1本校物理化學實驗在線課程


課程要長期有效的開展下去,必須有良好的平臺和成熟的方案。物化教研室幾年前就開始了利用超星平臺建設物理化學實驗的在線課程,并在使用中持續改進和完善。我們建設的在線課,在此次疫情期間得到充分利用,課程打開次數達到了23萬多次如圖1所示。在今年疫情期間,在教務處和學院領導的支持下,三位教師,姜文清、劉光增和閆靜,在教學和科研之余,集中錄制了新的理論講解和實驗演示視頻。

現在,很多高校開放豐富教學資源,這是很好的機會。但是由于不同學校的學生情況、培養方案和教學計劃的差異,不能完全生搬硬套,我們采取的是“自建課+共享課+虛擬仿真”的方案,共享課選擇的是智慧樹平臺上的西安交大課程(圖2)、超星學習通平臺上的大連理工課程(圖3),虛擬仿真主要選用大連理工開發使用的Mlabs(圖4)。


圖2西安交通大學的物理化學實驗在線課程


只有站立在巨人的肩膀上才能看得更高,走得更遠。

西安交通大學建設的物理化學實驗在線課程,成熟運行多個學期。選用的學校多,選用的學生多,互動人次多,開設的實驗項目多,這是我們選擇共享課要考慮的幾個原因。


圖3大連理工大學的物理化學實驗在線課程


一般來說,實驗課程的在線項目包括三部分,即理論講解、操作演示和實驗測試,如圖4所示。實驗測試題目,用于考察學生對重要內容和重要操作的關注和理解,一小部分以視頻中彈題的形式體現,另一大部分以章節測試的形式體現。


圖4實驗課程在線項目的主要內容


圖5展示了本校物理化學實驗在線課程的開設項目及本學期學生完成情況。圖中第一部分是實驗安全和數據處理等內容,第二部分為上學期開設的實驗,第三、四、五部分為本學期開設的實驗。為了更好的便于學生學習和對應項目的進度,我們籌劃下一步分拆為兩個在線課程,即物理化學實驗1和物理化學實驗2,分別對應于兩個學期。在第一個學期,重點強化實驗安全、數據處理、熱力學基礎實驗。在第二個學期,增加電化學、動力學、表面化學和結構化學等相關理論和實驗操作,實驗內容深化,加強對綜合能力的培養。


圖5本校物理化學實驗在線課程的開設項目及本學期學生完成情況


圖6在線課程項目發放方式


在線課程中實驗項目的發放,我們采用闖關模式,設置詳情見圖6。學生必須穩扎穩打在規定時間內做好每一個實驗項目,下一關也是在規定時間開啟,囫圇吞棗和突擊過關是不允許的。

紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行。

物理化學實驗,作為一門基礎實驗課,不僅理論性和技術性強,而且實踐性也很強。單純的理論學習是遠遠不夠的,即便增加視頻演示,不動手做實驗,效果還是大打折扣。

在這樣的特殊時期,我們引入大連理工開發使用的仿真模擬app(Mlabs,見圖8),正好解決了不能動手做實驗的問題。Mlabs(Massive Open Online Labs 即大規模開放在線實驗室,微信公眾號為MoolsNet),致力于開發面向互聯網、移動終端的大眾化、個體實驗體驗,是第一款基于u3d(三維交互)技術的移動化學虛擬實驗室,先期主要為化學實驗,后續逐步推出物理實驗、生物實驗、藥學實驗等等。


圖8 Mlabs下載安裝


虛擬仿真,本意是著力解決傳統化學實驗無法或難以實驗的過程,比如化學微觀過程的虛擬實驗。還可以對儀器工作過程進行仿真,對實驗過程可以進行虛擬訓練。在這個特殊時期,對實驗過程的虛擬訓練正是我們需要的,正好滿足學生“動手做實驗”的需要。


圖9 調研學生下載和安裝Mlabs情況


3月下旬對化學與化工學院2017級和2018級150多名本科和100多名??茖W生進行了關于Mlabs的調研。圖9是2018級本科生的情況,幾乎所有的學生都對Mlabs虛擬仿真這一特殊app感興趣,非常配合的安裝并使用起來。在查閱資料的過程中,發現了贛南師范大學的虛擬仿真,網頁flash版本的,也推薦給了學生,見圖10。



圖10調研學生下載和安裝Mlabs情況


實驗安全是高校實驗室實踐實訓育人和學生成長成才的基本保障。這是我們每學期的實驗課必須重點強調的內容,一定要向學生反復強調并進行必要的訓練,app中訓練項目如圖11所示。



圖11關于實驗安全的訓練項目


僅有豐富的學識還是不夠的,還要激發學生學習的激情。

基礎研究需要加強,相應的人才培養也需要加強。

教師在關心學生生活、督促學生學習的同時,引導學生學會思考,促進學生形成愛國、敬業、誠信、友善的社會主義價值觀,堅定努力學習的決心,從而能夠更好地報效祖國和人民。


圖12關心生活、督促學習,德育教育貫穿始終


拋磚引玉

實驗課通過在線開放、混合式、虛實結合等豐富多樣的教學形式,系統培養學生扎實的基礎功底、熟練的實踐動手能力、求實嚴謹和團結奮進的科學作風,啟發學生綜合解決實際化學問題的基本方法和途徑,激發學生開拓進取的創新思維。

我們的在線課程有很多方面還有待完善,比如,如何更好的互動,最新的科研成果如何轉化到實驗教學上,實驗教學的雙語建設等等。

以上種種,是近期實驗課在線教學的點滴記錄,希望起到拋磚引玉的作用,引起大家對實驗課網絡化和信息化的重視。



(編輯:李楠 李莉 編審:辛源)



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