互聯(lián)網(wǎng)+實驗混合教學(xué)模式探索與實踐

李海霞， 劉辰鵬， 韓貴來， 付煜榮， 翟銳銳

(海南醫(yī)學(xué)院 a. 藥學(xué)院; b. 信息技術(shù)部, 海口 571199)

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”在大學(xué)課堂教學(xué)改革中成為研究熱點和重點。美國教育部公布的“對在線學(xué)習(xí)的元分析與評論”報告顯示：混合學(xué)習(xí)(Blended Learning)是最有效的學(xué)習(xí)方式[1]。混合學(xué)習(xí)是指“面對面”教學(xué)與“在線”教學(xué)相結(jié)合，優(yōu)質(zhì)的資源是混合式學(xué)習(xí)模式有效進行的保證[2]。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，微課悄悄地走進了教學(xué)課堂。胡鐵生[3]對微課的定義為“一種以教學(xué)視頻為主要載體，對單一知識點進行重點突破的教學(xué)模式”。在維基百科中，微課的定義為“一種運用構(gòu)建主義方法，利用在線學(xué)習(xí)和移動學(xué)習(xí)的方式呈現(xiàn)的實際教學(xué)內(nèi)容”。無機化學(xué)實驗課程是醫(yī)學(xué)院校藥學(xué)、檢驗學(xué)及生物技術(shù)等專業(yè)的基礎(chǔ)實驗課，是聯(lián)系無機化學(xué)理論知識和動手操作能力的紐帶和橋梁。實驗課的目的是鞏固理論知識，提高實驗操作能力，培養(yǎng)學(xué)生探索精神和創(chuàng)新能力，對學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)和工作奠定堅實基礎(chǔ)[4-5]。但是，傳統(tǒng)實驗教學(xué)遇到了“瓶頸”問題，如實驗內(nèi)容陳舊，由于學(xué)校經(jīng)費有限，儀器更新落后于科技的發(fā)展，考核方式缺乏合理性，在培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新和動手能力方面比較薄弱。在大學(xué)醫(yī)學(xué)院校，使實驗內(nèi)容跟上時代步伐，提升學(xué)生動腦、動手及創(chuàng)新能力是教育工作者迫切需要改革和研究的內(nèi)容。為此，將微課、仿真實驗等融入到無機化學(xué)實驗傳統(tǒng)教學(xué)中，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+的混合式教學(xué)模式。

1 微課用于醫(yī)藥無機化學(xué)實驗課的可行性

1.1 微課特點

微課即微型視頻課程，通過教學(xué)視頻將具體的知識點進行有機整合，短小精悍，時間通常不超過15 min[6-7]。學(xué)生可以通過手機、電腦等電子設(shè)備借助于微信或QQ學(xué)習(xí)并進行反復(fù)播放，使無機化學(xué)實驗課中采用微課教學(xué)成為可能。

1.2 無機化學(xué)實驗特色

無機化學(xué)實驗知識點零散，是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。學(xué)生需合理梳理知識點、認識到實驗的應(yīng)用價值，才能夠?qū)嶒灝a(chǎn)生興趣，才能夠激發(fā)探索和創(chuàng)新的能力[8]。實驗課前預(yù)習(xí)，是一個非常重要的環(huán)節(jié)，是學(xué)生做好實驗的前提和保障。將實驗的應(yīng)用價值以微課的形式表現(xiàn)給學(xué)生，生動形象，具體感強，提供實驗的趣味性；將實驗中的疑難問題以視頻講解的形式提供給學(xué)生，便于學(xué)生理解，掌握實驗中的難點；將實驗的基本操作和注意事項以微課形式展現(xiàn)給學(xué)生，可以更好地幫助學(xué)生規(guī)范實驗操作、掌握實驗方法和技巧[9]。通過問卷調(diào)查，結(jié)果88%的學(xué)生期望實施混合式教學(xué)方式。混合式教學(xué)模式符合學(xué)生對學(xué)習(xí)方式的期望，激發(fā)了學(xué)生興趣。

1.3 國外成功事例

可汗學(xué)院的翻轉(zhuǎn)課堂[10]是互聯(lián)網(wǎng)+的成功案例。對于微課化混合式實驗教學(xué)，學(xué)習(xí)者在課外時間完成知識點和儀器的自主學(xué)習(xí)，課堂是實驗操作和師生互動的場所，用于操作規(guī)范聯(lián)系、實驗現(xiàn)象觀察及檢測預(yù)測實驗結(jié)果，匯報和討論，從而達到更好的教學(xué)效果[11]。

2 無機化學(xué)實驗混合學(xué)習(xí)模式的構(gòu)建

針對醫(yī)藥專業(yè)無機化學(xué)實驗，設(shè)計了在無機化學(xué)實驗中應(yīng)用的混合學(xué)習(xí)模式，見圖1。

2.1 教材改革

在多年教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)無機化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)改革的需要，編寫了《無機化學(xué)實驗教程》，適用于醫(yī)學(xué)院校藥學(xué)、檢驗學(xué)、生物技術(shù)及環(huán)境科學(xué)等專業(yè)。在內(nèi)容編寫上遵循由基礎(chǔ)、綜合再到設(shè)計的原則，既注重加強學(xué)生的基礎(chǔ)操作能力，又注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科學(xué)思維。在實驗內(nèi)容的選擇上，基礎(chǔ)化學(xué)原理實驗在無機化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)相對成熟的實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)上進行了改編，更加有利于提高醫(yī)學(xué)院校學(xué)生的實驗技能；在綜合性和設(shè)計性實驗的選擇上，結(jié)合無機化學(xué)在生物技術(shù)、環(huán)境科學(xué)和檢驗醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展，注重將無機化學(xué)領(lǐng)域中有效的和新的實驗方法與實驗技術(shù)介紹給學(xué)生，拓寬學(xué)生的視野，提高學(xué)生獨立的實驗?zāi)芰Α?/p>

圖1 無機化學(xué)實驗中應(yīng)用的混合學(xué)習(xí)模式

梳理實驗內(nèi)容，構(gòu)建適于網(wǎng)絡(luò)課堂的知識結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，集體備課與討論，劃分實驗教學(xué)內(nèi)容，制定詳細教學(xué)計劃。對需要傳統(tǒng)授課模式的實驗教學(xué)內(nèi)容實施“點播式”教學(xué)模式，如化學(xué)實驗基本操作、氧化還原和配合物等基本原理實驗中的玻璃儀器的操作，設(shè)計為視頻占主體的微課模式，教師錄制規(guī)范的玻璃儀器的操作，插入到微課課程中；而對于需要使用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進行授課的教學(xué)內(nèi)容，實施“點播式+交互式”相結(jié)合的教學(xué)模式，如藥用氯化鈉的提純、醋酸電離度與電離常數(shù)的測定等綜合性實驗中實驗過程的設(shè)計及注意事項，設(shè)計為以交互式實驗為主，提高學(xué)生的探索能力。在微課制作過程中，設(shè)計PBL討論問題，使學(xué)生在實驗課上進行“面對面”授課時準備得更加充分，如在元素化學(xué)實驗中設(shè)計PBL教學(xué)[12]，在微課中設(shè)計并公布案例，可以提高實驗課程的教學(xué)質(zhì)量，對培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、思維和技能優(yōu)于傳統(tǒng)的實驗教學(xué)法。

2.2 多媒體課件的制作

多媒體課件的制作可以將實驗知識完整地呈現(xiàn)給學(xué)生，但是在制作的過程中需要注意重點和難點的突出，將實驗的基本操作內(nèi)容及注意事項總結(jié)為圖片和文字的形式，便于與后期的多媒體視頻采集提供基礎(chǔ)材料。比如“去離子水的制備及水質(zhì)分析”實驗中裝柱和控制水流速度是制備去離子水的關(guān)鍵，制成了15min左右的微課，學(xué)生可以在課前預(yù)習(xí)時，結(jié)合教師在微課中提出的問題思考，在微課中，將裝柱注意事項和控制水流速度以視頻和問題的形式提出來，促使學(xué)生思考。如“裝柱時如果有氣泡對實驗影響”“水流速度太快或太慢對離子交換有什么影響”，學(xué)生結(jié)合著這些問題去查閱資料找答案，相信印象會比較深刻。實驗開始時，結(jié)合教師的現(xiàn)場指導(dǎo)，相信學(xué)生在動手操作實驗之前對實驗心中有數(shù)，實驗效果會大大提高。

2.3 視頻素材的制作

先針對知識點進行思路設(shè)計，再利用數(shù)碼照相機拍攝、利用Flash、photoshop、chemdraw等進行處理，制作視頻素材。例如，F(xiàn)e3+的鑒別常利用過渡金屬陽離子和配體結(jié)合會生成有色的配離子進行鑒別，反應(yīng)方程式如下：

Fe3+(aq)+6SCN-(aq)[Fe(SCN)6]3-紅色

4Fe3+(aq)+3[Fe(CN)6]4-(aq)

Fe4[Fe(CN)6]3深藍色

3Fe2+(aq)+2[Fe(CN)6]3-(aq)

Fe3[Fe(CN)6]2深藍色

為了讓學(xué)生更直觀地觀察到實驗效果，設(shè)計了“隱形天書”實驗，配制隱形墨水，制作成視頻，展現(xiàn)給學(xué)生一張白紙經(jīng)過處理后出現(xiàn)文字的現(xiàn)象，形象生動。

2.4 交互式素材的制作

交互內(nèi)容及方式包括：師生在線討論區(qū)(見圖2)、留言板、在線測試專區(qū)(見圖3)、仿真實驗室，依托Blackboard平臺或QQ等傳播。本教學(xué)組開發(fā)設(shè)計了無機化學(xué)仿真實驗室，主要步驟包括：預(yù)作實驗、收集素材、元件制作、動畫制作。元件主要包括圖形、按鈕、影片剪輯3種類型，可以在Flash中重復(fù)使用，并可以獨立修改。動畫制作過程中采用了遮罩動畫、引導(dǎo)層動畫、補間形狀動畫等制作(見圖4)，導(dǎo)出為*.swf格式，可以在不同平臺上廣泛傳播和使用[13]。

圖2 師生在線討論區(qū)

圖3 在線測試專區(qū)

2.5 探索適合微課化混合課堂教學(xué)模式的教學(xué)軟件和平臺

首先研究了國內(nèi)外知名院校的MOOC平臺，學(xué)習(xí)已有的用于在線教學(xué)的免費及商業(yè)軟件，包括微信、QQ軟件、Blackboard平臺、Web2等，提高教師的信息化素質(zhì)，尋找適合微課化混合課堂模式的教學(xué)平臺和軟件。本實驗在實施時借助于QQ軟件發(fā)布教學(xué)視頻，使學(xué)生隨時隨地可以學(xué)習(xí)實驗內(nèi)容，穿插Blackboard平臺，進行實驗后測驗和討論，鞏固實驗知識。

3 混合教學(xué)模式實施案例

以“茶葉中某些無機離子的分離和鑒定”實驗為例說明混合教學(xué)模式的實施。茶葉中某些離子的分離與鑒定實驗，是無機化學(xué)實驗中的一個重要的分離鑒定實驗，是無機化學(xué)實驗的重要內(nèi)容之一。茶葉中某些無機離子的分離和鑒定實驗流程見圖5。

該實驗的目的是掌握茶葉中某些無機離子的分離和鑒定的思路方法，應(yīng)用化學(xué)理論知識，選擇合適的化學(xué)分析方法，分離和鑒別相應(yīng)的金屬離子；掌握電子天平、離心機及灰化的操作。在教學(xué)中，設(shè)計了仿真實驗室，以真實的實驗室環(huán)境為藍本構(gòu)建背景，見圖6。

圖5 茶葉中某些無機離子的分離和鑒定實驗流程圖

實驗授課過程設(shè)計如下：

課前活動→學(xué)習(xí)資料準備→學(xué)生觀看單機式微課(科普視頻)了解茶葉中微量金屬元素的作用與超標引起的危害以及茶葉中微量金屬元素的檢測方法；PPT課件形式采用先制作PPT，再進行視頻制作，時長10～15 min；操作交互式實驗視頻內(nèi)容主要包括滴定的規(guī)范操作，電子天平稱量5.0 g茶葉(見圖7[13])以及離心機的使用。相應(yīng)的設(shè)計制作好的微課視頻上傳到網(wǎng)絡(luò)課程或QQ群，課前及時發(fā)布，通過微課資料幫助學(xué)生完成預(yù)習(xí)。

圖6 仿真實驗室的建立

圖7 電子天平稱量操作錯誤反饋

課堂上重點講解實驗的原理和實驗的設(shè)計思想，目的是提高學(xué)生的實驗操作能力。實戰(zhàn)演習(xí)，學(xué)生動手操作各種實驗，分析實驗現(xiàn)象，師生之間互相探討實驗相關(guān)問題。課堂上也需要微課輔助教學(xué)，實驗中不理解的問題，可以查閱微課視頻，培養(yǎng)學(xué)生的自主自學(xué)能力。

課后討論、問題交流、能力檢測。利用信息技術(shù)對實驗課評價，通過考試方式進行，考試分為階段操作考核、期末操作考核、期末網(wǎng)絡(luò)實驗理論考核[14]。通過視頻資料告知學(xué)生實驗結(jié)果的合理范圍，通過網(wǎng)上測試評價方式，檢驗學(xué)生的掌握情況，保證學(xué)生掌握實驗知識，并能對所學(xué)知識融會貫通，提升學(xué)生的自主和創(chuàng)新能力。

混合教學(xué)模式對實驗課程學(xué)習(xí)的效果如圖8所示。

圖8 學(xué)生對混合學(xué)習(xí)認可度統(tǒng)計圖

4 結(jié) 語

隨著計算機信息技術(shù)的發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”引發(fā)了高校教育實踐以及教育科學(xué)研究發(fā)生著翻天覆地的變化，混合式教學(xué)方式必然成為高校一種新興的教與學(xué)方式[15]。無機化學(xué)實驗作為一門醫(yī)學(xué)院校的基礎(chǔ)課程，知識點混合學(xué)習(xí)可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，鞏固實驗知識，提高實驗操作水平，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和探索精神，但是采用混合學(xué)習(xí)，面臨著一些問題需要解決，如學(xué)生需提高計算機的操作技能，提高自主性，克服依賴性學(xué)習(xí)習(xí)慣等；另外，如何利用微信、QQ等公眾平臺，實現(xiàn)移動式混合學(xué)習(xí)，將要進一步改進與完善。