大學化學先修課實驗制作探索與實踐

牛麗紅, 李 強, 周 云, 楊 錦, 尉京志, 宗瑞隆, 張四純

(清華大學 化學系, 北京 100084)

大學化學先修課實驗制作探索與實踐

牛麗紅, 李 強, 周 云, 楊 錦, 尉京志, 宗瑞隆, 張四純

(清華大學 化學系, 北京 100084)

總結了作為中國大學先修課項目中第一門開課的清華MOOC課程“大學化學先修課”,實驗部分的實驗內容、制作特色以及業界影響,對在慕課中如何制作化學實驗視頻具有一定指導意義。

MOOC； 大學化學先修課； 化學實驗

1 課程背景

MOOC(massive open online course)即大規模開放在線課程,是2011年以來國際開放教育領域興起的一種網絡在線學習模式[1]。2012年,斯坦福大學教授創建的Coursera 和Udacity 在線學習平臺上線,麻省理工學院和哈佛大學聯合創辦的edX 上線,美國一流大學紛紛加入在線教育,這一年也隨之被《紐約時報》稱為“MOOC 年”。2013 年5月,清華大學、北京大學正式加入edX 平臺,10月清華大學推出“學堂在線”平臺。“慕課”浪潮在我國已經從高等教育影響到基礎教育,這一以優質教學課程為傳播載體的全新教育模式正在沖擊著我國的傳統教育體制[2]。

AP(advanced placement)即大學先修課,它始于美國,指在高中階段開設并達到大學學術標準與學業水平的課程,供高中生選擇。如果學生參加統一命題的AP考試并考核合格,在進入大學之前就可以獲得大學認可的學分[3]。中國慕課大學先修課程,實質上是在教育綜合改革的大背景下,充分利用大學和中學的自主空間、結合互聯網時代信息化平臺所形成的一套新型優質教育資源共建、共有、共享的體系。

大學化學先修課不僅在于向本專業的學生傳授化學知識,更有向大眾普及化學文化、解決生活中遇到的化學問題的重要意義。“大學化學先修課”在高中化學國家新課標大綱的基礎上,從全新的角度介紹大學化學的基本理論,以及化學與現實生活、工農業生產和科學研究的相互關系,幫助學生進一步拓展學術視野,提升用化學知識解決實際問題的能力,培養化學思維的新模式。而實驗作為化學課程的重要組成部分,如何在MOOC課程中發揮作用、體現以實驗為基礎的學科特點,是MOOC時代對實驗教師提出的新要求[4]。

2 創新而前沿的實驗內容

傳統課程采用章節式教學,學生基本上是依據教師授課或教材前后的順序從事學習活動,學習方式主要有課程內容的學習、課程章節測試、課程實驗評定、課程期終考試。但在MOOC環境中,在參與學習方式、參與學習路徑和學習結果等方面極富自主個性化,并呈現多樣性[5]。

MOOCAP是面向高中生且具有大學學術水平的課程,既要符合高中生的認知特點,也要體現大學課程的前瞻性、學術性。經過前期充分調研,緊密結合課程內容,推出了表1的實驗內容。實驗內容涵蓋了大學化學的典型性、重要性實驗,將實驗分為多個層次,兼顧和高中知識的銜接,以及現代化學理論的應用,用全新的實驗體系的設計展現不一樣的大學化學[6-7]

表1 MOOCAP實驗內容

3 名師主導的優秀教學團隊

慕課的制作是系統工程,良好的團隊是MOOCAP順利運行的前提,大學化學先修課制作團隊由一批長期活躍在教學和科研一線的中青年教師組成：李強(北京市教學名師,國務院特殊津貼獲得者,清華大學化學系教授,博士生導師)大學化學先修課負責人，主講教師寇會忠(清華大學化學系教授,博士生導師)、崔愛莉(清華大學化學系教授)、嚴清峰(清華大學化學系副教授,博士生導師)、馮琳(清華大學化學系副教授,博士生導師)等長期活躍在教學和科研一線的青年教師。創作團隊還特邀《美麗化學》項目負責人中國科學技術大學科技傳播與科技政策系特任副研究員梁琰(其制作的《美麗化學》入圍由美國國家科學基金會和美國《大眾科學》雜志舉辦的VIZZIES國際科學可視化競賽大獎),以及多名具有豐富實驗教學經驗和實驗技術專長的專業工程師提供指導。

4 獨特的拍攝過程立體展現學科魅力

實驗力圖將教師從重復繁瑣的知識講解中解脫出來,將學生放置于實驗學習的中心位置,讓學生擁有充足的時間不斷地操作與思考[8],以期提高學生的實踐動手能力和創新能力。

大學先修課并不是簡單地將大學課程移植到中學,通過一味地“求深求難”來提高教育質量,而是采用更加符合教育規律的方式,重新精心打造中學教育和大學教育的銜接性課程,以此推動和幫助學生實現“貫通學習”[9]。課程建設以創新的思路貫穿始終,從場景布置到鏡頭語言,從課件制作到授課中的手勢與眼神交流,從實驗器材選擇到實驗過程的展示角度設計,都力求做到精準與生動。課程的表現形式充分考慮選課學生的感受能力與審美情趣,借助現代多媒體信息手段,力求在拉近與學生距離的同時,全方位地展示化學學科豐富多彩的立體世界與獨特魅力,展現化學學科之美,詮釋不一樣的大學化學。

網絡上的實驗視頻非常多,如何在傳統的實驗視頻中挖掘新意,在科學、準確、全面而又深入淺出的詮釋化學基本理論的同時,又能給觀眾以“化學之美”的感受,一直是我們制作團隊所關心的問題。

借鑒《美麗化學》的靈感,在拍攝元素性質實驗時,我們精心選用了做工精良的石英反應器,每一面的平面結構,很好地解決了實驗室常見的圓柱體結構的器皿,如試管因曲率半徑的存在而導致的對現象觀察得不夠全面、清晰,特別是應用微距鏡頭時,而用石英反應器所呈現出的畫面非常清晰,每一處沉淀、每一個氣泡都生動地展現在觀眾面前,可視感和畫面感非常強。在拍攝過程中,對反應器的純凈度要求非常嚴格,因為細微的塵埃在微距鏡頭下都會加倍地展現出來；溶液的滴加用精密的移液槍完成,以保證平行實驗的可信度；在展示不同pH值條件下的溶液加入酚酞后顏色變化實驗中,采用這種方法可達到近乎完美的教學效果,12種顏色漸變的實驗效果清晰地呈現在觀眾面前,這是傳統實驗無法觀察到的；一些稍縱即逝的化學反應現象被鏡頭捕捉,極大地豐富了實驗過程；在銀沉淀的轉化實驗中,不同溶度積的銀沉淀轉化現象非常清晰,例如沉淀首先在哪里形成、初期沉淀物的性狀等；飽和蒸汽壓下降實驗中,實際測量值和理論計算值達到完美的一致。

實驗的前期準備工作歷時半年有余。由于拍攝公司是按照時間計費,為降低成本,必須保證拍攝一遍通過,所以前期準備尤為重要。教師多次開會研討,就實驗內容、器材選擇、實驗展示角度、需要注意的問題等反復討論,經過實驗人員多次試拍,找到最佳的展示效果。剪輯完成后,反復觀看和檢查視頻內容。

5 業界影響

2015年9月1日,“學堂在線”如期上線。作為中國大學先修課項目中第一門開課的清華MOOC課程,開課首日選修人數已達4 000余人。在2015年11月28日在清華大學舉行的“高水平大學人才培養與基礎教育的銜接”高峰論壇暨中國慕課大學先修課化學分論壇研討會上,吉林大學化學學院院長楊文勝、南京大學化學化工學院副院長朱成建、中國科學技術大學化學物理系執行主任胡水明，武漢大學化學與分子科學學院、華中科技大學化學與化工學院、北京師范大學化學學院、復旦大學化學系、人大附中化學的教師等相關人員對大學化學先修課反響強烈,表示將通力合作共同推進大學化學先修課的推廣和建設,并認為課程在實驗方面的拍攝經驗值得借鑒(摘自清華大學信息網)。2016年8月在馬來西亞召開的第24屆IUPAC國際化學教育大會上,我們的工作得到國際同行的高度認可。

MOOCAP上線時間緊、任務重,前期準備工作紛繁復雜,而我們同時承擔繁重的科研、教學、行政任務,在整個創作過程中,學校、院系(例如學校開設了慕課方面的講座、培訓,學堂在線網絡教學平臺的支持)為教學的順利進行提供了良好保障。由于時間倉促,工作中還有一些值得繼續探究之處,我們將繼續努力,不斷探索MOOC環境下實驗教學模式的變革之路,提高教學水平以及教學效果,培養出具有創新精神和創新能力的學生[10-11]。

大學化學先修課MOOC網址：http://www.xuetangx.com/courses/TsinghuaX/AP000000X/2015_T2/about

感謝清華大學在線教育辦公室對本項目的支持。

References)

[1] 謝愛娟,姜艷,羅士平,等.后MOOC時代SPOC物理化學實驗混合教學模式[J].實驗技術與管理,2016,33(8):174-176.

[2] 樊紅霞,柴成文,顧聰,等.借鑒慕課理念,加速高校化學實驗室網絡平臺建設[J].實驗技術與管理,2014,31(11):26-28.

[3] 劉永貴,孟夏.大學先修課慕課(MOOCAP)：我國大學與高中教育銜接的新方式 [J].遠程教育雜志,2016(3):15-23.

[4] O’Malley P J, Agger J R, Anderson M W.Teaching a Chemistry MOOC with a Virtual Laboratory: Lessons Learned from an Introductory Physical Chemistry Course O’Malley[J]. Journal of chemical education. 2015,92(10):1661-1666.

[5] 楊樂.基于MOOC的自主個性化學習環境設計策略研究[J].實驗技術與管理,2016,33(4):169-171.

[6] 楊孝容,江滔,孫國峰,等.化學實驗教學體系的構建和實施[J].實驗室科學,2016,19(4):124-127.

[7] Mistry N,Fitzpatrick C . Design Your Own Workup: A Guided-Inquiry Experiment for Introductory Organic Laboratory Courses[J]. Journal of chemical education，2016,93(6):1091-1095.

[8] 王彥沙,劉松艷.翻轉課堂教學模式在大學化學實驗教學中的應用[J].大學化學,2016,31(4):17-21 .

[9] 于世潔.慕課大學先修課助推教育改革[N].光明日報,2016-01-05(013).

[10] 斯蒂芬·哈格德.慕課正在成熟[J].教育研究,2014(5):92-112.

[11] 唐甜甜,張蘊莉,劉永偉,等.慕課在《臨床生物化學檢驗》教學中的探究[J].中國繼續醫學教育,2016,8(15):15-17.

Exploration and practice of experiment in MOOCAP General Chemistry

Niu Lihong, Li Qiang, Zhou Yun, Yang Jin, Wei Jingzhi, Zong Ruilong, Zhang Sichun

(Department of Chemistry,Tsinghua University, Beijing 100084, China)

Advanced Placement of General Chemistry is the first open MOOCAP course in the Tsinghua University. The experimental content,manufacture features and the influence of the course are summarized. Therefore,it will be of great significance for how to make video in chemical experiments.

MOOC； general chemistry; chemical experiment

10.16791/j.cnki.sjg.2017.04.051

2016-10-20

清華大學本科教學改革項目基金(ZY01_02)支持項目

牛麗紅(1977—),女,河北秦皇島,碩士,工程師,研究方向為超分子化合物的合成、性質研究以及大學化學實驗教學、管理工作.

E-mail：niulh @tsinghua.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2017)4-0202-03