“海洋科學綜合實驗”(化學方向)教學的信息化應用探索

寧志銘 方 草 余克服 林武輝

廣西大學海洋學院 廣西南寧 530004

認識海洋是保護和開發利用海洋的必經之路，海洋是經濟社會發展的重要依托和載體[1]，科學研判我國海洋事業發展形勢是在新時代發展海洋事業、建設海洋強國的重要前提[2]。國家積極支持海洋科學的發展，同時大力發展海洋科學的教育[3]，為更好地培養海洋科學專業型人才，高校設置“海洋科學綜合實驗”作為海洋科學學科的基礎核心課程。本文以廣西大學海洋學院的專業課程“海洋科學綜合實驗”為依托，結合海水中營養鹽測定的實驗教學方法，探究在海洋科學綜合實驗課教學中的信息化手段應用，深化互動教學課堂信息化融合，促進教學過程的整體優化，提升學生的海洋數字信息化意識及創新實踐能力，引導學生把握海洋調查的科學方法，提升學生的基礎實驗技能和知識，培育具備海洋科學素養的專業型人才。

1 基于信息化手段的實驗教學目的與意義

教師在實驗教材、理論講解、實驗教學、實驗報告等基礎上，通過信息化手段對各過程進行干預(圖1)，在授課前通過實驗視頻預習實驗步驟、多元化的資料和圖片提高學生學習興趣，埋設實驗思考題；實驗教學中，師生通過智慧課堂交流增加師生互動，啟發學生主動思考，提出問題并記錄課堂中遇到的問題與解決方法；課后建立實驗報告數據庫，及時掌握學生的實驗結果和效果，教師針對性地提出解決對策。該信息化教學模式可充分利用課前、中和后時間，師生交流互動充分，教師教授實驗效果顯著提高，學生在課堂中扎實理論功底和訓練專業技能，為今后熟練應用海洋調查方法打下堅實基礎。

圖1 實驗教學中的信息化教學模式設計圖

2 “海洋科學綜合實驗”課程教與學存在的問題

2.1 學生學習主動性較差，教材文字描述不直觀

學生學習主動性差，導致預習不充分，而教材文字的不直觀更是降低了預習效果。另外，大多數學生存在動手能力差的特點[4]，在實驗中對自身操作能力過分自信，對實驗過程中出現的問題不主動思考或尋求解決辦法，缺乏對實驗操作細節的考量，實驗結果往往不理想。

2.2 大班實驗教學效果有限，師生交流互動困難

學生人數較多，大班實驗教學不便對學生進行針對性的實驗示范教學[5]。傳統的教學模式效果十分有限，師生交流互動困難，學生往往急于求成，對實驗過程中遇到的問題得過且過，當實驗報告出現問題時，教師為學生答疑解惑已無從下手、無處針對。

2.3 教學效果獲取滯后，出現問題解決對策慢

由于實驗基礎課程的學生人數較多，傳統上收集報告、批改報告，再拿到學生報告的統計情況都相對滯后，拿到數據時往往已經進行到了后續內容的教學，存在銜接嫌隙，不能達到很好的教學效果。

3 實驗教學中的信息化手段應用探索

3.1 啟動實驗課前課后，師生信息化學習交流

首先，將課程實驗相關的視頻、圖片、新聞資訊和習題等資源(圖2)劃分為課前、課中和課后三類，分別發布到“泛課堂”“雨課堂”等智慧系統平臺上[6]。課前資源是為了讓學生有目的地進行預習實驗，通過下載觀看發布的實驗視頻，直觀明確各個步驟的操作順序及規范；根據科學前沿問題，收集相關信息推送到智慧系統內，提高學生對將要學習內容的興趣和好奇心；課前布置預習任務和思考題，要求學生自主學習相關章節內容，并將習題成績計入考核，增加學生課外學習時間，埋下疑問到課堂，增進師生互動。

圖2 “海洋科學綜合實驗”課程部分教學視頻截圖

其次，課中將視頻資源與理論操作講述相結合，通過在實驗課中視頻展示與理論操作講述相結合的方式，給予學生直觀的實驗教學感受；在實驗中設置學習小組，增加每位學生的參與度和積極性；講授完實驗后，在學生進行實驗期間，在智慧系統內打開“彈幕”功能，讓學生輕松自由地發表對本次課堂學習的想法和遇到的問題，使教師可以快速知道各位同學在實驗操作中遇到的問題和困難，這一操作更加增進了師生的互動和情感，提升課堂學習互動氛圍。

最后，利用課后信息化平臺收集學生的實驗數據，快速掌握學生學習效果，有助于對學生學習進行針對性的加強鞏固[7]。提交課后作業的平臺設置了自動截止時間，在監督學生完成實驗數據計算和思考題的同時，讓學生能夠及時地自我糾錯和復習，遇到問題可以在上課時及時請教教師。

三個過程對學生查看資源的動態均有監控數據，可以作為學生學習效果和課程考核的指標，優化教學過程。在該課程實行教學信息化的兩年多以來，根據百度網盤統計的教學視頻，實驗包括海水中的銨鹽、硅酸鹽、顆粒磷、硝酸鹽的測定，數據顯示視頻瀏覽次數已超過1180次，表明學生多次反復利用教學資源進行了預習和復習，達到良好的預期效果(本實驗教學視頻的百度網盤下載鏈接為：https：//pan.baidu.com/s/1wyBf48_QzIhxZ95JhkZu6A?pwd=hyxy，提取碼：hyxy)。

3.2 大班實驗教學改革，整體優化教學過程

在大班實驗教學中，經過學生課前預習和視頻學習，教師的課上講解，學生對實驗操作已經有了初步的認識，然后學生以小組為單位進行實際操作，包括搭建實驗裝置、配制標準溶液、測定海水樣品、記錄數據、計算結果。教師在實驗中巡視指導學生，規范學生操作，同時記錄各組表現。在實驗課上，教師利用智慧系統平臺發起討論，引導學生對實驗的影響因素、注意事項、操作要點等進行探討，使每位學生都參與其中，并記錄問題與解決方法，解決了只有個別表達能力強的學生主動參與而大部分學生不愛主動發言的問題，也加快了學生對實驗關鍵點和注意事項的掌握，鞏固提高了課堂的教學效果[8]，同時有助于學生課后分析實驗結果與實驗過程的聯系，找出影響實驗結果的原因。實驗完成后，教師開啟信息化平臺收集學生的原始數據及計算結果，并設定最后提交時間，提交后學生可以看到每位同學的數據結果，提升學生的海洋數字信息化意識及創新實踐能力。通過數據集對比分析，找到實驗的關鍵影響因素，抓住實驗注意事項的重難點，教師將其應用到之后的教學中，更有針對性地提醒學生常常忽略的實驗細節，確保每位學生能夠掌握到系統科學的海洋科學綜合實驗方法。

3.3 數據分析捕獲關鍵信息，信息化手段改進傳統教學

通過信息化平臺收集實驗數據，教師可以有效快速地得到各班級不同小組學生對實驗的掌握情況，及時把握學生對實驗的學習效果，在課上精準地進行對于重點難點的講解。根據系統的統計信息，可以及時了解每位學生的學習情況，對于部分實驗結果偏差較大的學生，需要在后續的教學活動中給予更多的關注，對其進行精準幫扶，整體提升教學效果、優化教學過程，并根據全部學生的學習效果，及時調整上課的節奏和重點難點的把握，爭取把教學信息化深度融合到課程教學過程中，促進教學過程整體優化。

例如，通過對各組學生配制標準溶液得到的標準曲線的R2分析(圖3)，大部分同學的R2集中在1.00，然而根據測定結果顯示，有個別同學的配制標準曲線的斜率值較其他同學的差異較大，可能存在移液槍使用不當、加水定容、比色皿使用不規范等問題，可以根據大數據篩選結果，針對這部分同學進行精準的教學與指導。

圖3 各學生小組在不同營養鹽含量測定實驗的

通過比較各個實驗的斜率誤差值，可得到學生對實驗的掌握情況(見右表)，對亞硝酸鹽的測定實驗的把握度最差，這是可能由于該實驗課相較于其他實驗未進行視頻預習和教學，其次是銨鹽、硅酸鹽、顆粒磷，最后是硝酸鹽的測定。因此，可開展各實驗的視頻可視化教學，再根據各年級的學生學習效果的長期監控數據，適當調整實驗難度的設置，先教授學生較容易理解和操作的實驗，通過加深學生對實驗理論的理解，循序漸進地進行教學，逐步深入教學操作要求更專業、理解更深入的實驗課程。

從各個班級的斜率誤差可得到各班級對課程系統掌握情況(見右表)，B年級的班級誤差之和較大，這是由于該年級在使用比色皿時未統一量程。在A年級教學中統一比色皿量程，使得各班級整體的實驗斜率數量級一致，具有直觀可比性。但值得注意的是，大量程測量高濃度海水營養鹽會出現超出標準曲線預設量程的情況。因此，需要根據海水樣本的營養鹽濃度大小，設置適合的標準曲線的濃度梯度，統一比色皿量程。

各班級在不同營養鹽含量測定實驗中標準曲線的斜率誤差值表

結語

建立課程資源信息化和實驗報告數據庫，學生能夠進行課外自主學習，而且新鮮的教學資源和新穎的教學互動平臺不僅提高了學生學習的主動性，還增進了師生的溝通互動。信息化手段的應用實現了實驗教學各個環節全體學生的預習、資源查看和實驗報告的信息自動統計，能夠快速準確地反映學生的學習狀態和效果，為整體優化教學過程提供重要參考數據。