融合信息化手段的分析化學實驗教學模式的探索

姜松，金珊杉，戰瑞瑞，劉暢(北華大學理學院，吉林 吉林 132013)

0 引言

伴隨信息化浪潮的沖擊，教育在當今社會仍然肩負著培養人才的巨大使命。國內外的教育家一致認為，樹立學生的創新精神，培養學生創造力與創新力是當代教育的首要目標。因此，知識創新和科技創新，均離不開教育的支撐。對各個階段的教育理念、教育模式的優化任重道遠。實踐教學是培養學生創新意識的重要途徑，擔負著提升學生綜合能力的重任，將現代科技手段融入實踐教學中，是全球信息化與教育結合的重要方面。高校作為培養創新型人才的基地，正經歷著由傳統教育向創新模式的變革。當前高等教育變革正逐步深化，化學相關專業課程隨著新要求的提出取得了較大發展。其中，實驗實踐教學作為高等學校教學結構中的重要組成，在學生多方面能力的培養中顯現出無可替代的優勢。同時，食品安全和環境保護問題隨著化工產業和社會經濟的發展表現的尤為突出。因此對分析化學人才的需求量不斷加大。分析化學實驗作為重要的必修課程，同時林學、食品安全、醫藥衛生相關專業學生的限選必修實驗實踐課程，在分析人才培養體系中，起著重要作用。分析化學實驗教學目標主要以堅實學生分析化學相關理論知識為基礎，提升分析化學實驗相關操作技能，讓學生進一步深化基本理論；分析化學實驗旨在能夠樹立學生嚴謹科學精神的同時，促進學生分析、解決實際問題的能力的提升，與此同時，實驗教學作是培養應用創新型人才的有效途徑，培養創新意識與思維能力的重要載體[1]。伴隨各種自動化精密分析儀器的應運而生，分析化學實驗課程在原有計劃課時上有一定程度的縮減，在科學技術日益進步的當下，分析化學實驗也迎來了新的挑戰[2]。2013年，教育部頒布了有關虛擬仿真實驗教學工作的相關文件，題為《關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》，根據文件精神，拉開了高校虛擬實驗教學的序幕[3]。

1 傳統分析化學實驗教學模式存在的問題

實驗教學模式的優化著眼于教學思想、課程設置、教學環節、教學方法等方面。傳統的實驗教學模式在課程理念、教學內容、教學手段等方面存在著諸多問題，具體表現在以下四個方面：(1)實驗教學內容基本上都是對課堂理論知識的補充和驗證，多“菜單式”實驗，缺乏綜合性、創新性、不能與生產生活相聯系。例如分析實驗往往只注重滴定分析結果，忽略了樣品的來源與處理等方面。欠缺對于同一學科的知識點間的結合與二級學科各知識點的串聯。缺乏讓學生進行系統地學習、綜合運用所學知識與技能的主線。實驗內容的設置，不利于學生求知欲望的產生，缺乏拓展性與探究性，進而輕視實驗，不能與教學預期目標達成一致。(2)教學方法缺乏創新，各高校都以教師為主體，學生疏于思考，“照方抓藥”、“為實驗而實驗”的現象普遍存在，缺乏主觀能動性。各高校及高校教師的實驗教學方法和流程也比較相似：即學生先做預習，寫好預習報告；按照實驗前完成預習報告，由教師詳細講解實驗原理、操作步驟、注意事項等方面，最后由學生進行操作，完成實驗過程。(3)教學環節過于單一化、程式化，缺乏學生主動參與教學的過程，缺乏開放性。學生在實驗過程中，以按部就班地完成實驗為目標，缺乏探究性與拓展性。(4)信息化教學資源利用不夠，缺乏自主性與共享性。

2 融合信息化手段的分析化學實驗教學模式的作用

“信息化”視角下及時優化與完善傳統實驗教育模式。本文以大學分析化學實驗為主體，將信息化與實驗教學緊密結合，力圖將信息化線上虛擬資源與線下實驗教學融合優化，從而推動學生創新能力與綜合能力的提升。具體體現在以下六點：(1)促進傳統實驗教學理念的轉變。教學觀念是教學改革的先決條件，全新的教學思想是教學改革的動力，打破原有教師主體的“輸入式”觀念，至關重要。(2)促進適應培養目標的課程體系建設。分析化學實驗課程設置偏重基礎驗證型實驗，缺乏綜合性、創新性實驗。(3)促進教學方式的轉變。傳統的分析化學實驗教學方式偏重注入式，缺乏學生的自主性與互動性。(4)促進教學手段的信息化構建。以往的分析化學實驗教學手段過于單一，不夠多元化。(5)促進教師角色轉變。由教師為主體轉變為學生為主導。(6)促進分析化學實驗考核機制的完善。

3 融合信息化手段的分析化學實驗教學模式的建立

3.1 教學內容多樣化建設

凝練基礎階段，基本實驗內容以驗證性實驗為主，適當增加生活性及探究性題目，使其與理論知識同步。加強綜合階段，綜合性實驗內容，(學科內與學科間關聯實驗)實驗內容表現為至少兩個二級學科之間的交叉，在鞏固實驗操作技能與應用，同時加強各學科之間的橫向關聯。著眼創新階段，研究性和設計性實驗內容(分析化學及儀器分析與科學研究課題相關實驗)以設計為主，以大學生創新創業訓練項目為平臺，進一步深化對學生發現、分析、解決問題能力的提升，進而培養創新意識、嚴謹的科研作風。通過信息化手段，建立實驗項目信息庫，學生通過線上平臺選擇實驗項目。

3.2 實驗教學方法與環節的多元化

抓住課前預習，課中實驗，課后鞏固三個階段相結合。學生登錄教師指定的虛擬仿真平臺，突破了空間限制，在食堂、操場等場所即可完成課前預習。如在 “混合堿的測定”實驗中，學生進入虛擬實驗平臺界面后，出現兩種模式進行選擇：訓練操作模式和考核操作模式。訓練操作模式不計分數，并附有詳細的實驗操作步驟供學生參考，學生可完成對實驗目的、原理等的學習，還可參考視頻演示。通過預習，學生即可對本實驗有初步了解。課中實驗，采用線上虛擬平臺和線下真實實驗相結合，發現虛擬仿真實驗考核操作模式進行后出現的問題，在線下真實實驗中著重解決所發現問題，鼓勵學生進行分組討論。課后鞏固，建立小組進行團隊研討，團隊成員間多設計總結性或有利創新思維的問題，將信息化作用充分發揮，團隊研討可采用以網上平臺方式進行，以學生為主體，主持研討活動。從而提升學生主動參與的意識。

3.3 多維度實驗考核方式

第一維度——虛擬仿真模擬考核成績。學生通過虛擬仿真平臺考核操作模式得到成績。第二維度——線下實際操作考核成績。學生通過真實實驗操作，實驗態度，實驗報告等方面進行考核。第三維度——研究和設計性實驗的合理性、創新性、實際操作及問題處理能力、實驗成果展示等方面的成績綜合評定。最終成績將三個維度結合進行加權。

4 將信息化手段貫穿實驗教學管理過程

建立并健全學校—院系—實驗室三級管理體系，系統建立網格化管理體系。

應用信息化手段，將網格化落實到實驗室安全管理責任制中，形成逐級共管的管理合力作用。依托學校頂層引導的帶領作用，落實到一線師生對實驗室制度的實際執行中，切實推動實驗室安全管理工作落到實處[4]。

以信息化平臺為依托，按照三級管理體系對實驗室安全管理工作凸顯快捷、高效、科學的信息化管理理念與措施的落實。對實驗過程中重要環節進行監管，(1)建立儀器設備采購與管理系統，對實驗儀器設備的采購與使用實行全流程的管理監測。將信息化手段滲透到多機構與多步驟的協同管理中。設備購置論證信息錄入系統后，由審批、采購、使用、轉移到報廢的全過程必須全流程監管辦理，環環相扣，避免遺留安全隱患。(2)試劑使用管理平臺的建立，實現對試劑管理全程全方位監控。以信息化平臺為載體，試劑從采購、運輸、儲存、到回收管理等步驟實現一站式管理，優化管理流程系統，科學估算實驗廢棄物產生量，及時監督實驗室固廢物的回收，弱化安全隱患和環境污染物的產生[5]。(3)對學生進行線上實驗室安全教育及線下實驗安全演練。通過線上進行實驗安全模擬，學生通過線上實驗室安全虛擬平臺，如身臨其境般體會實驗室安全的重要性，并且能夠學會在實驗過程中出現安全隱患問題的實際處理方法，能夠及時并有效地處理實驗過程中的安全隱患，保證切身安全。同時，建立實驗室安全信息題庫，題庫中包含實驗室準入制度、常用藥品的使用安全，常見實驗室安全隱患的排查，實驗室突發事件應急處理等方面的安全知識，熟練掌握這些知識，有利于學生對于實驗室的安全有一個比較深入的認知。最后，在實踐階段，進行實驗安全演練。聯合其他職能部門，對實驗室安全，特別是火災隱患的突發情況進行安全演練，模擬真實情況發生，應急處置，師生的有序撤離，應當通過演練，指定行之有效的應急處置方案。

5 結語

融合信息化及時優化與完善化學實驗教育模式。本文以大學分析化學實驗為主體，從傳統分析化學實驗存在的問題入手，從融合信息化手段的分析化學實驗教學模式的作用、多維度教學新模式的建立、實驗教學掛歷過程的信息化實施等方面進行闡述，將信息化與實驗教學緊密結合，力圖將信息化線上虛擬資源與線下實驗教學融合優化，構建教學內容多樣化、實驗教學方法與環節的多元化、實驗考核方式的多維度，從而推動學生創新能力與綜合能力的提升。