“單元合成系列實驗”MOOC建設(shè)與實踐

宋瑾　吳鳳龍

摘 要：“單元合成系列實驗”是以化學(xué)合成實驗項目為主、性質(zhì)和提取實驗項目為輔的綜合類實驗課程，對學(xué)生雙創(chuàng)思維的培養(yǎng)具有基礎(chǔ)性作用。基于教學(xué)理論介紹了“單元合成系列實驗”課程體系，并從線下課程建設(shè)、MOOC線上課程建設(shè)和課程思政建設(shè)3個方面明確了課程資源的建設(shè)方向。同時，教學(xué)模式與教學(xué)方法要注重實驗過程的監(jiān)管，充分發(fā)揮和調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，突出課程的應(yīng)用性，并制定和完善多元化實驗教學(xué)考核體系，實現(xiàn)專業(yè)教育與雙創(chuàng)教育的有機融合，為一流本科課程建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：MOOC；“單元合成系列實驗”；教學(xué)改革

2020年12月9日至11日，世界大規(guī)模在線開放課程（Massive Online Open Courses，MOOC）大會在北京召開，圍繞“學(xué)習(xí)革命與高等教育變革”的主題，掀起了高等教育在線教學(xué)實踐經(jīng)驗交流熱潮[1-2]。在少數(shù)民族地區(qū)開展MOOC建設(shè)，對文化教育事業(yè)和政治經(jīng)濟繁榮具有十分重要的意義。對于以實驗為基礎(chǔ)的專業(yè)而言，部分牧區(qū)生源學(xué)生在理解實驗原理、處理實驗問題、閱讀中英文文獻和資料、撰寫漢語版實驗報告等方面難度較大，當(dāng)線上線下混合式授課成為日常教學(xué)的一部分，影響了這部分學(xué)生的實驗課程學(xué)習(xí)。“單元合成系列實驗”是應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程與工藝、動物科學(xué)、農(nóng)學(xué)、食品安全與工程等專業(yè)所涉及的實驗課程，內(nèi)容包括有機化合物的制備、天然產(chǎn)物的提取、有機化合物的性質(zhì)與鑒定、聚合物提純方法、逐步聚合反應(yīng)、自由基聚合反應(yīng)、離子型聚合反應(yīng)、開環(huán)聚合反應(yīng)、生物化學(xué)品合成、精細化學(xué)品合成、藥物合成等。該系列實驗應(yīng)用性和實用性較強，以合成和制備實驗為主、性質(zhì)和提取實驗為輔，是培養(yǎng)實驗操作技能、雙創(chuàng)思維、科學(xué)素養(yǎng)的重要育人環(huán)節(jié)[3]。探索有利于“單元合成系列實驗”課程資源建設(shè)的模式，進一步利用信息技術(shù)建設(shè)MOOC資源，是民族地區(qū)地方高校教師課程建設(shè)與實踐面臨的重要任務(wù)。

1?“單元合成系列實驗”課程體系

“單元合成系列實驗”是以化學(xué)合成實驗項目為主的綜合類實驗課程，該課程優(yōu)化整合了“有機化學(xué)”“精細化學(xué)品化學(xué)”“高分子化學(xué)”“生物化學(xué)”等基礎(chǔ)實驗課程中實驗原理相近、實驗操作步驟相似、數(shù)據(jù)處理及表征手段相同的實驗項目，同時根據(jù)地方產(chǎn)業(yè)市場需求融入了新的實驗項目，搭建了新的課程體系與內(nèi)容。該課程體系消除了相關(guān)度和匹配度較高的實驗項目之間相互獨立、實驗內(nèi)容陳舊且重復(fù)設(shè)課的弊端，改變了理論實驗項目內(nèi)容與實習(xí)實訓(xùn)單位實驗項目需求相脫節(jié)的局面，加強了彼此間的聯(lián)系。課程體系以學(xué)生為主體，著重突出有機化合物和高分子化合物的制備與合成、表征測試與分析、性能測試與實際應(yīng)用等教學(xué)特點，覆蓋了“有機化學(xué)”“高分子化學(xué)”“精細化學(xué)品化學(xué)”“生物化學(xué)”“現(xiàn)代儀器分析”“數(shù)據(jù)處理”等課程的核心內(nèi)容。該實驗課程采用層次教學(xué)法，針對教學(xué)對象的差異性構(gòu)建三層次實驗教學(xué)體系和多元化實驗教學(xué)考核體系，旨在使學(xué)生在理論課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)地學(xué)習(xí)“單元合成系列實驗”的基本實驗操作技術(shù)和手段，強化學(xué)生的實驗操作能力。授課教師團隊通過“單元合成系列實驗”體系線上、線下課程資源建設(shè)，彌補民族地區(qū)地方高校本科教育中基本實驗技能訓(xùn)練與雙創(chuàng)思維能力訓(xùn)練方面的不足，使課程內(nèi)容更加符合地方人才市場需求，突出課程的實際應(yīng)用性，向?qū)崿F(xiàn)一流本科課程“雙萬計劃”的總體建成目標(biāo)邁進[4]。

2?資源建設(shè)

2.1? 線下課程建設(shè)

首先，設(shè)計多樣化“單元合成系列實驗”教學(xué)內(nèi)容。具體包括優(yōu)化、整合、刪減、更新實驗內(nèi)容陳舊、重復(fù)性強、相似度高的實驗項目，新增符合實習(xí)實訓(xùn)崗位需求的實驗項目。其次，構(gòu)建三層次“單元合成系列實驗”教學(xué)體系。依據(jù)實驗項目需求分析，將實驗教學(xué)項目分為基礎(chǔ)性實驗、綜合性和設(shè)計性實驗、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類實驗。基礎(chǔ)性實驗項目重點訓(xùn)練“單元合成系列實驗”基本原理、實驗方法和實驗操作技能等。基礎(chǔ)實驗操作包括蒸餾、蒸發(fā)、過濾、回流、分餾、萃取、升華、重結(jié)晶等。綜合性和設(shè)計性實驗項目重點訓(xùn)練學(xué)生設(shè)計、創(chuàng)新實驗內(nèi)容及解決、分析實驗過程中所遇問題的能力，鞏固基礎(chǔ)實驗操作技能，拓展實際應(yīng)用實操技能，包括學(xué)生全程自主完成文獻查閱研讀、實驗方案設(shè)計、實驗難點攻關(guān)、實驗討論等。同時，培訓(xùn)物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析及性能測試表征技術(shù)，如色譜法、比色法、分光光度法、離子交換法等。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類實驗項目重點培養(yǎng)學(xué)生的雙創(chuàng)思維，鼓勵并指導(dǎo)學(xué)生參加各類創(chuàng)業(yè)設(shè)計大賽。最后，建立多元化實驗教學(xué)考核體系。多元化實驗教學(xué)考核成績以平時成績、期末實操、實驗記錄報告、出勤和課堂綜合表現(xiàn)、競賽獲獎額外加分等部分考查成績按權(quán)重計算得出。該考核體系重點跟蹤學(xué)生的日常學(xué)習(xí)過程，也監(jiān)管了實驗教學(xué)過程。

2.2? MOOC線上課程建設(shè)

隨著科技的快速發(fā)展和“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，越來越多的信息化技術(shù)、移動技術(shù)在教學(xué)過程中得到了廣泛應(yīng)用，MOOC成為面向?qū)W生的大型網(wǎng)絡(luò)開放式教育平臺，讓學(xué)生主動參與，成為學(xué)習(xí)中心[5-6]。建設(shè)“單元合成系列實驗”MOOC線上實踐主體，培養(yǎng)實驗科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新精神，可為培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型專門人才提供實踐理論學(xué)習(xí)平臺。首先，組建課程團隊，歸納總結(jié)知識點，明確分工。按照專業(yè)人才培養(yǎng)方案和課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，把每門課的核心知識點剝離出來。課程團隊根據(jù)各專業(yè)學(xué)生的知識、能力、素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)及崗位需求，聘請行業(yè)專家共同參與論證并確定核心知識點。根據(jù)核心知識點，明確分工并編制MOOC資源庫建設(shè)方案，按照該方案建設(shè)課程資源庫。其次，凝練實驗要素，收集制作線上資源。“單元合成系列實驗”課程的資源庫建設(shè)包括文字庫建設(shè)和媒體庫建設(shè)。文字庫包括實驗大綱、授課計劃、考試大綱、試題、作業(yè)等。媒體庫要更多地融入動態(tài)化展示，包括授課課件、實驗視頻、微課視頻、廠區(qū)視頻、模型圖、機理圖、化學(xué)反應(yīng)動態(tài)圖等。授課課件、微課視頻等以實驗原理、實驗操作規(guī)范、注意事項等知識點講解為內(nèi)容錄制而成，實驗視頻、廠區(qū)視頻是將線下實驗視頻、實習(xí)實訓(xùn)單位工藝段視頻或?qū)嶒灅悠窓z測過程視頻經(jīng)過編輯與處理后展示，時長在15 min以內(nèi)。模型圖、機理圖、化學(xué)反應(yīng)動態(tài)圖等可采用Chem Draw、Chem Windows、Chem3D Ultra、CAD、C4D、3Ds Max等設(shè)計軟件繪制，如高溫爐、合成塔、電解槽等化工生產(chǎn)的典型設(shè)備，電子云、雜化軌道、分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)等物質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，蒸餾、回流、分餾、回流分水等實驗裝置等[7]。動畫包括酯化、聚合、取代等化學(xué)反應(yīng)動態(tài)圖，精餾、換熱、流體輸送等化工基本單元，親核反應(yīng)、親電反應(yīng)、逐步聚合、自由基聚合等反應(yīng)機理。最后，建立考核中心和互動反饋區(qū)模塊。考核中心突出對實驗教學(xué)過程的監(jiān)管，包括任務(wù)點學(xué)習(xí)進度、章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)、實驗報告分?jǐn)?shù)、討論參與次數(shù)等。互動反饋區(qū)通過對教學(xué)效果和師生、生生之間的跟蹤評價得到相應(yīng)反饋，再根據(jù)教學(xué)反饋調(diào)整課程資源，進一步優(yōu)化和完善資源庫。

2.3? 課程思政建設(shè)

“單元合成系列實驗”課程思政元素挖掘應(yīng)結(jié)合實驗項目的發(fā)展史，在教學(xué)過程中提煉出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神、科研誠信、工匠精神以及“四個自信”等思政元素，這些都為實驗課程的育人功能提供了保障。（1）轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)理念。課程思政建設(shè)要將思政教學(xué)理念及教學(xué)方法有機融入實驗課程的教學(xué)過程中。例如課堂教學(xué)中可以發(fā)布以實驗項目為主的專業(yè)資料，潛移默化地使學(xué)生接受思政教育；也可以發(fā)布以思想政治教育為主的思政資料，引導(dǎo)學(xué)生從中學(xué)習(xí)專業(yè)實驗知識[8]。（2）收集課程思政元素。根據(jù)實驗內(nèi)容和特點，深入挖掘思政元素并形成教學(xué)內(nèi)容，可以從中提煉出以“愛國主義”為核心的民族精神和愛國情懷，以“責(zé)任和誠信”為核心的職業(yè)素養(yǎng)和社會責(zé)任感，以“工匠”為核心的積極探索、精益求精的科學(xué)精神和以“四個自信”為核心的民族自豪感。以這4類思政元素為主線貫穿其他各個實驗項目，進一步形成每個實驗項目的單元思政元素。例如苯乙烯的懸浮聚合、低分子量環(huán)氧樹脂的合成，可以在線上MOOC文字庫中為學(xué)生推送合成領(lǐng)域國內(nèi)外科技發(fā)展的優(yōu)勢和缺陷資料，其課程思政要點為愛國情懷、民族自豪感和民族自信。再如阿司匹林的合成及性質(zhì)、雪花膏的配制及性能測試等醫(yī)藥品、日用品的合成和性能實驗，可以布置作業(yè)，讓學(xué)生討論艱辛的科技研發(fā)歷程，進一步了解身邊材料的發(fā)展史乃至中國材料的發(fā)展史，其課程思政要點為“工匠”精神和精益求精、不斷探索的科學(xué)精神。（3）建立學(xué)生思政學(xué)習(xí)興趣小組。以學(xué)生為中心，由學(xué)生自主成立思政學(xué)習(xí)興趣小組。教師為思政學(xué)習(xí)興趣小組設(shè)計不同的實驗項目應(yīng)用場景，應(yīng)用場景中蘊含不同的思政元素，如可以選擇貼近學(xué)生學(xué)習(xí)生活的實際案例或者正能量的案例場景，根據(jù)實驗結(jié)果，不同組之間形成競爭對抗，培養(yǎng)學(xué)生團結(jié)協(xié)作的能力。線下實驗課和線上MOOC雙重體現(xiàn)思政教育效果，燃起學(xué)生的民族自豪感，強化學(xué)生的社會責(zé)任感，同時能關(guān)注學(xué)生參與學(xué)習(xí)的頻次與深度、學(xué)習(xí)程度與效果等。

3?教學(xué)模式與教學(xué)方法

“單元合成系列實驗”采用線上線下混合式教學(xué)模式，線上教學(xué)分為課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)兩部分，線下教學(xué)是在實驗室中動手實操部分。課前預(yù)習(xí)通過線上MOOC資源中的媒體庫和文字庫進行自主學(xué)習(xí)，具體包括單元合成實驗原理（主、副反應(yīng)方程式）、實驗?zāi)康模ò私夥磻?yīng)物和產(chǎn)物的性質(zhì)、掌握制備方法和操作技能、理解化學(xué)反應(yīng)機理）、實驗步驟（制備、提純、計算產(chǎn)率、性質(zhì)實驗及表征）、實驗裝置（回流、減壓蒸餾、分餾、蒸餾、機械攪拌）、注意事項、實驗要點等，目的是讓學(xué)生在實驗開始前做到“心中有數(shù)”，全方面了解教學(xué)內(nèi)容和重難點，規(guī)避實驗事故和危險。通過課前MOOC學(xué)習(xí)，學(xué)生在化學(xué)實操水平、實驗理解能力等方面的差距縮小，針對性聽課彌補了語言上的不足。線下教學(xué)是任課教師講解單元合成實驗內(nèi)容后學(xué)生自主動手實驗操作過程，重點解答學(xué)生在實驗過程中遇到的各種問題并給出處理方案，主要集中在化學(xué)反應(yīng)加料順序不當(dāng)、反應(yīng)條件控制不精確、生成物提純操作有誤等方面，針對這些實操問題，師生之間、生生之間要充分發(fā)揮協(xié)作精神，通過討論及相互對照給出解決辦法，做到“學(xué)生主、老師輔”。課后復(fù)習(xí)是根據(jù)學(xué)生在線下化學(xué)實驗實操過程中的情況，重新觀看MOOC視頻查漏補缺，同時加強對實驗重難點的理解和鞏固。教學(xué)方法主要采用實驗教學(xué)法、案例法、討論法等，以提高學(xué)生的自主實驗?zāi)芰Γ囵B(yǎng)學(xué)生的雙創(chuàng)能力，如利用微信、QQ等信息化軟件對學(xué)生的實驗預(yù)習(xí)、實驗記錄及實驗效果進行靈活快速跟蹤和檢測。

4?結(jié)語

“單元合成系列實驗”是以化學(xué)合成實驗項目為主、多學(xué)科交叉構(gòu)成的綜合類實驗課程，實踐性和邏輯分析性較強。基于MOOC建設(shè)和教學(xué)理念，結(jié)合專業(yè)人才需求分析和課程特點，以基本實驗技能訓(xùn)練與雙創(chuàng)思維能力培養(yǎng)為目的，對實驗原理相近、實驗操作步驟相似、數(shù)據(jù)處理及表征手段相同的實驗項目進行優(yōu)化整合，并根據(jù)地方產(chǎn)業(yè)市場需求融入新的實驗項目，建設(shè)了“單元合成系列實驗”線下課程、線上MOOC課程文字庫和媒體庫。根據(jù)實驗內(nèi)容和特點，提煉并形成以“愛國主義”為核心的民族精神和愛國情懷，以“責(zé)任和誠信”為核心的職業(yè)素養(yǎng)和社會責(zé)任感，以“工匠”精神為核心的積極探索、精益求精的科學(xué)精神和以“四個自信”為核心的民族自豪感等4類思政元素。同時，采用線上線下混合式教學(xué)，在教學(xué)設(shè)計過程中注重實驗過程的監(jiān)管，充分發(fā)揮和調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，突出課程的應(yīng)用性，制定和完善多元化實驗教學(xué)考核體系，考察學(xué)生的實驗操作技能掌握程度，并培養(yǎng)學(xué)生探究問題、解決問題的能力及雙創(chuàng)思維，實現(xiàn)專業(yè)教育與雙創(chuàng)教育的有機融合。

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Construction and practice of MOOC in “Unit Synthesis Series Experiment”

Song Jin Wu Fenglong

（1.Development of Ecology and Resource Engineering， Hetao College， Bayannur 015000， China; 2.Functional Materials Laboratory， Hetao College， Bayannur 015000， China）

Abstract：The “Unit Synthesis Series Experiment” is a comprehensive experimental course composed with chemical synthesis experimental items as the main and nature and extraction experimental items as the auxiliary. It plays a fundamental role in cultivating students innovative thinking. Based on the teaching theory， the “Unit Synthesis Series Experiment” curriculum system is introduced， and the construction direction of curriculum resources is clarified from three aspects including offline curriculum construction， MOOC online curriculum construction and curriculum ideological and political construction. At the same time， the teaching model and teaching method should pay attention to the supervision of the experimental process to mobilize the students subjective initiative， highlight the application of the curriculum， develop and improve the diversified experimental teaching assessment system， achieve the organic integration of professional education and entrepreneurship and innovation education， and provide reference for the construction of first-class undergraduate courses.

Key words： MOOC; “Unit Synthesis Series Experiment”; teaching reform