新建構主義下基于微課的高校化工類實驗教學模式改革

焦琳娟, 郭會時

(韶關學院 化學與環境工程學院， 廣東 韶關 512005)

新建構主義下基于微課的高校化工類實驗教學模式改革

焦琳娟, 郭會時

(韶關學院 化學與環境工程學院， 廣東 韶關 512005)

以新建構主義理論為指導,探討 “微課+課堂實驗”“微課+虛擬實驗+課堂實驗”“微課+虛擬實驗+畢業實習”和“微課+虛擬實驗+開放實驗”4種教學模式的構建,根據不同類型的實驗,將微課與虛擬實驗、課內實驗、畢業實習有機結合起來,綜合4種教學模式的優勢,充分調動學生的主觀能動性和學習熱情,幫助學生建構自身知識體系,培養其創新能力。

新建構主義； 微課； 實驗教學模式

實驗教學是高等教育的重要組成部分,它對培養理工科學生的動手能力、思考能力、創新能力等有著不可替代的重要作用。但是,由于受到經費和場地的限制,實驗設備不足、型號落后、難以更新換代跟上科技發展等問題[1-2],致使學生得不到應有的實踐鍛煉,嚴重影響了實驗教學效果。《教育信息化“十三五”規劃》指出“強化教育信息化對教學改革,尤其是課程改革的服務與支撐”[3]。因此,以學生的實際需要為根本開發微課程,探索基于微課程的混合式實驗教學模式,就成為解決這一難題的有效手段和方法。

1 微課的起源和組成

微課最早起緣于美國北愛荷華大學LeRoyA.McGrew教授提出的60 s課程,以便在舞會或電梯等非正式場合給大家普及化學知識[4],而現在我們熟知的微課程概念則由美國新墨西哥州圣胡安學院的高級教學設計師David Penrose于2008年提出,他認為微課在相應的作業與討論的支持下,能夠與傳統課堂教學取得相同的效果[5]。微課全稱是“微型視頻課程”,是指基于教學設計思想,使用多媒體技術在10 min左右時間就一個知識點進行針對性講解的一段視頻[6-7]。微課的核心組成內容是課堂教學視頻,同時還包含與該教學主題相關的教學設計、素材課件、教學反思、練習測試及學生反饋、教師點評等輔助性教學資源,它們以一定的組織關系和呈現方式共同營造了一個半結構化、主題式的資源單元應用小環境[8]。

2 微課是體現新建構主義的一種教學手段

針對網絡時代的學習特點,2011年王竹立教授對建構主義、認知主義等傳統學習理論進行改良和創新,提出新建構主義[9]。新建構主義注重教學“以學生為中心,以教師為指導”,強調學生對知識的主動探索和對所學知識的主動構建,并注重培養學生的協作交流與創新精神。針對網絡時代的知識碎片化學習,新建構主義提出了零存整取式學習策略[10-11]。微課程恰恰就是一種“拆零復整”工作。微視頻在較短時間內所提煉出的核心知識點打破了學習者框架式學習思維定勢,有效消解知識的體系化和結構化,微課這種化整為零的教學手段有利于知識的重構、對接和創新。由于微課程資源既分散又具有內在的關聯性,因此,又有利于個性化知識體系的建立,實現化零為整。

3 新建構主義下微課在實驗教學中的優勢

3.1 有效培養學生創新能力

傳統實驗教學是標準的3步曲:學生預習—教師講解—學生操作。為了能在有限的時間內完成實驗,通常情況下教師讓學生如何做,學生就如何做,學生幾乎沒有自主實驗的權利,這嚴重遏制了學生創新能力的培養。如果能將基本操作、實驗原理、實驗步驟、實驗注意事項等制作成微課,那么學生就可以利用課間、等人、吃飯等“碎片化”時間進行學習,難點和重點知識還可以反復觀看,并通過網絡平臺進行生生或師生交流。通過這樣的課前微課學習,學生基本上已經掌握了實驗基本操作、實驗原理等知識,因此,實驗課時教師要么不講、要么少講,將時間還給學生,鼓勵學生大膽進行探索性研究,在將新知識內化、建構形成自身知識體系的同時培養創新能力。

3.2 彌補實驗教學中硬件方面的不足

隨著普通高等院校學生規模的急劇膨脹,導致學生人數的增加與實驗場地、儀器設備不足的矛盾愈加突出。如果能借助于Balabolka、Camtasia Studio、Adobe Captivate等專業軟件，將那些本來應該開設、但因為設備和場地的限制只能十幾人一組或停開的實驗，以微課的形式呈現在學生面前,無疑可彌補原來實驗教學的不足,給實驗教學帶來新的教學方法。

3.3 彌補實驗教學中軟件方面的不足

“雙師型”實驗教學團隊是實驗教學中重要的軟件條件,但是目前高校教師普遍缺乏工程實踐經驗,致使培養出來的學生理論強、實踐弱。如果聘請有著豐富實踐經驗的專業人士一起開發微課型實驗課程,那么這樣的實驗課程即使在實驗教師人數少、實驗教師沒有工程實踐經驗的情況下,也能實現理論、實驗并重,基本操作能力和創新能力同時培養,驗證型實驗和綜合型、設計型實驗比例合理的人才培養目標。

4 微課環境下實驗教學模式改革

微課可以將傳統課堂與網絡課堂融合,是一種具有交互功能的開放式在線學習方式。如果將微課與虛擬實驗、課堂實驗等有機結合起來,構建具有化學特色的逐層提高的實驗開放課程,讓學生擁有更多可供選擇的學習資源,實現虛擬資源網絡共享和實體資源的全校師生共享,必然在一定程度上解決高校實驗教學模式中存在的問題,提高實驗教學的信息化、網絡化管理,給高校實驗教學模式帶來新的發展機遇。

4.1 微課程+課堂實驗

“無機化學實驗”“有機化學實驗”“分析化學實驗”和“物理化學實驗”是化學、應用化學、環境工程等化學專業的4大基礎實驗課程,重點在于要求學生掌握基本操作和基本知識的應用,實驗類型以驗證型實驗為主,綜合型和設計型實驗為輔。這4門實驗課程適合以微課程+課堂實驗的教學模式開展教學。

在建設這4門課程的微課教學資源時,應將基本操作單獨做成微課,如“分析化學實驗”一定要包含以下5節微課:滴定管、移液管(吸量管)、溶解和定容、分析天平和常壓過濾。學生通過反復觀看視頻就可以掌握分析化學最主要的基本操作,無需課堂上教師一步步講解、一步步演示。

在制作每個具體實驗的微課時,應設置理論教學模塊、演示模塊、在線測試和在線交流模塊,目的是讓學生看過微課視頻后就能明白實驗原理、實驗步驟、實驗現象等,并且可以通過在線交流,與同學和老師一起交流學習心得,通過在線測試檢測自己是否掌握了該實驗的重點、難點知識。

需要注意的是,微課教學只是讓學生通過視頻對所要進行的實驗先進行一個直觀的理論學習,而培養學生的觀察能力、動手能力、實事求是的科學素養等,只能在課堂實驗完成。所以,教師一定要重視課堂實驗的教學效果,在新建構主義的教育理念下,通過引導、啟發,讓學生發現問題、解決問題,提高實驗能力和創新能力。

4.2 微課程+虛擬實驗+課堂實驗

傳統實驗教學中,教師最怕上“儀器分析”“化工原理”“環境工程學”等實驗,因為這些實驗往往要用到一些專用的大型儀器,這些儀器造價高,學校一般只購置1～2臺,一個60人的教學班,教師至少講解5遍才能將實驗帶完。教師口干舌燥,但教學效果甚微。因為學生只能是走馬觀花,忙著記錄數據,對于儀器內部結構如何、如何設定實驗參數、日常如何保養儀器、儀器出現故障如何維修等問題全然不知。

如果采用微課程+虛擬實驗+課堂實驗這種教學模式,問題就可得到一定程度的緩解。在這種新的教學模式中,微課側重于介紹實驗儀器、實驗原理、實驗步驟,虛擬實驗主要給學生提供像在真實環境中一樣的實驗項目,讓學生在多次反復的練習中,掌握大型儀器的結構、基本操作、維護、維修等知識。當學生對理論和實驗操作技能都有了一定程度的掌握之后,再申請進入實驗室進行實驗。因此,任課教師無需多講,只需在關鍵步驟提醒學生、啟發學生即可。

這種新的教學模式不僅降低了教師的勞動強度,而且彌補了實驗場地和儀器設備的不足,同時教學效果得到大幅度提高。另外,微課和虛擬實驗可以加入動畫、聲音、圖像等模擬效果,使學生身臨其境,像玩游戲一樣投入到學習環境中。在這種逼真的環境中,學生會全身心地投入到技能操作中去,既保證實驗目的和效果,還能提高學生學習興趣和積極性,獲得了在真實條件下難以獲得的信息[12]。

4.3 微課程+虛擬實驗+畢業實習

隨著時代的進步,一些儀器分析方法,如ICP—AES、ICP—MS、GC—MS、LC—MS、NMR等,已成為化學工作者必須掌握的基礎知識和基本技能。但是地方高校由于辦學經費緊張,無法購買上述儀器,這些實驗被迫停開,致使培養出來的學生知識老化、動手能力差,不能符合社會需求。

韶關市出入境檢驗檢疫局、韶關市環境監測中心站、韶關市質量計量監督檢測所、韶關市核工業二九研究所是我校化學與環境工程學院簽約的4家實習基地。這幾年隨著國家增加經費投入,這4家單位基本上都購置了上述大型儀器。因此,采用微課程+虛擬實驗+畢業實習的教學方法無疑是我校破解尷尬局面的一種方法。

實習前,學生通過微課程和虛擬實驗提供的教學資源,反復學習這些儀器的基本原理、結構、基本操作、基本應用等知識,通過測試后,被安排到這4家單位進行為期3～6個月的畢業實習。這期間,學生在實習單位指導教師的幫助下,利用這些儀器進行一些實際樣品的分析測試,遇到問題解決問題,動手能力、分析問題和解決問題的能力都得到提高。

4.4 微課程+虛擬實驗+開放實驗

我國高等教育法第五條明確規定: “高等教育的任務是培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才。”[13]為此,高校化工類實驗不再局限于課堂實驗,而是通過開放實驗室延伸學生創新訓練。對于化工類學生來說,創新性研究項目的實施步驟多半是合成—表征—應用,表征就要用到諸如透射電子顯微鏡、X射線衍射儀、紫外可見光漫反射光譜儀、掃描電子顯微鏡等大型儀器,但普通高等院校一般缺乏這些儀器,因此本科生沒有學習過相關知識,無法解釋委托公司表征出來的數據,只能指導教師親自代勞了,削弱了學生創新訓練項目的培養宗旨。

如果將化工類常用表征儀器的實驗原理、構造、基本操作、數據處理、譜圖解釋等知識制作成生動的微課,再加以虛擬實驗的仿真效果,讓學生多次虛擬操作、多次解釋譜圖,必然會提高學生的數據分析能力,使學生能夠自主解釋實驗結果,為下一步實驗方向提供改進意見。將微課和虛擬實驗引入學生創新訓練實驗,不僅能拓寬學生的知識面,而且能充分發揮學生的自主性,啟發學生的創造性思維,提高實驗教學質量。

5 結語

在實驗教學中應用微課程,打破了傳統實驗的時空限制,能滿足不同知識層次學生的要求。根據不同類型的實驗,將微課程與虛擬實驗、課堂實驗、畢業實習有機結合起來,綜合4種教學模式的優勢,充分調動學生的主觀能動性和學習熱情,激發其創新能力。但微課畢竟是一個新的教學手段,為進一步完善微課在教學中發揮的作用，還需要注意以下幾點:

(1) 微課既可以安排為課前自學,也可以安排為課后復習,甚至也可以安排為堂上學習。教師需更新教育理念,以新建構主義為宗旨,以不同實驗特點為抓手,充分挖掘微課的內容精簡、主題突出、使用便捷、形式多樣等特點,優化教學設計。

(2) 微課仍然是現實實驗室教學的輔助、補充性手段,因此它的開發和應用仍然需要以現實實驗器材和儀器設備的更新與完善為基礎。

(3) 由于目前專業教師的計算機水平有限,使高質量的微課的研究和開發不得不依靠計算機相關專業人員,但計算機專業人員對化工實驗不甚熟悉,甚至一無所知,因此,只有化工類專業人員與計算機多媒體技術人員充分、有效地結合,才能使高質量微課的設計和開發得到較快的發展和應用。

(4) 微課只是實驗教學中必要和有益的輔助手段,它無法完全代替真實的實驗操作,因此二者必須相互補充、相互促進,才能更好地服務于創新人才培養。

References)

[1] 邵俊,孟君,楊習居.基于虛擬實驗室的儀器分析課程教學改革[J].化學教育,2016,37(10):75-77.

[2] 白雁,張娟,潘瑾,等.“虛擬實驗室”在高校儀器分析教學中的應用[J].實驗技術與管理,2011,28(12):169-171.

[3] 張進良,張克敏.現代教育技術微課程資源建設[J].當代教育理論與實踐,2016,8(11):88-90.

[4] 陳耿慶,林玉生.“微課程"教學模式下高校教師及學生的素質研究[J].牡丹江大學學報,2014,23(7):156-158.

[5] 尹合棟.微課程的設計、開發與評價[J].現代教育技術,2015(1):46-52.

[6] 侯巧芝,郝紅英,吳建麗.構建微課程平臺,實現物理化學有效教學的新途徑[J].廣東化工,2014,41(21):260-261.

[7] 焦哲.微課在儀器分析實驗教學中的應用研究[J].廣東化工,2014,41(20):159-161.

[8] 李燕.微課程在計算機應用基礎教學中的設計與應用:基于遠程開放教育模式[J].電腦知識與技術,2016(12):119-120.

[9] 王竹立.新建構主義:網絡時代的學習理論[J].遠程教育雜志,2011(2):11-18.

[10] 王竹立.新建構主義的理論體系和創新實踐[J].遠程教育雜志,2012(6):3-10.

[11] 閏亞非.新建構主義視閾中的中學生物微課教學[J].中學生物學,2015,31(10):7-8.

[12] 馬飛峰.大規模在線開放課程對高校校內實踐教學模式的啟發[J].中國成人教育,2014(15):149-151.

[13] 張寶昌,劉海峰.構建綜合性實踐教學體系,加強實踐能力培養[J].實驗技術與管理,2012,29(4):248-250.

Reform on experimental teaching mode for university chemical engineering majors based on micro-class under new constructivism

Jiao Linjuan, Guo Huishi

(College of Chemistry and Environmental Engineering,Shaoguan University, Shaoguan 512005, China)

With the new constructivism theory as a guide, the construction of the four teaching modes such as micro-class + classroom experiment, micro-class + virtual experiment + classroom experiment, micro-class + virtual experiment + graduation practice and micro-class + virtual experiment + open experiment is explored. According to the different types of experiments, the micro-class is organically combined with the virtual experiments, classroom experiments and graduation practice. These four teaching modes can fully arouse the students’ initiative and learning enthusiasm, and help them to construct their own knowledge system and cultivate their innovative ability.

new constructivism; micro-class; experimental teaching mode

10.16791/j.cnki.sjg.2017.08.048

2017-03-13 修改日期：2017-04-06

2016年廣東省高等教育教學研究和改革項目([2016]479)；韶關學院第十六批校級教育教學改革研究重點項目(SYJY20151609)

焦琳娟(1970—),女,安徽巢湖,碩士,副教授,主要從事分析化學教學和實踐教學管理工作等.E-mail：1379266851@qq.com

G642.0

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1002-4956(2017)08-0192-03