微視頻輔助下的“分析化學實驗”參與式教學

張 玲, 周麗景, 于 湛, 張洪波

(1. 沈陽師范大學 化學化工學院, 沈陽 110034; 2. 沈陽師范大學 實驗教學中心, 110034)

“分析化學實驗”是化學、化工專業的一門基礎課程。此課程是在學生理解“量”的基礎上,踐行定量分析測試任務,并在此過程中實現對學生嚴謹科學態度的培養及專業技能的訓練[1]。此外,扎實的學科技能也是學生在學術探究沖動下實現自我超越的條件,是后期學術創新的基石[2-3]。如何加深學生對“量”的基本理論的認知,并實現學生基本技能的有效訓練,將學習由“被動”變“主動”,教學由“教師灌輸”變“學生參與”,是需要思考的問題[4]。

目前,“分析化學實驗”課程傳統教學中存在教師照本宣科、學生獲取知識的主動性不足(按方抓藥)、考核不客觀等問題,使教學目標大打折扣[5]。這些問題的存在,不僅使學生無法踐行準確計量的分析任務,而且對整體化學學科的學習也是有百害而無一利的[6-7]。面對實驗教學中的這些問題,現實中即使教師有所意識,也常常由于時間緊任務重等原因,陷入想改變也無從下手的局面。近年來,網絡上的電子學習資源日益豐富。就“分析化學實驗”來說,不僅出現了相關的“分析化學實驗”的模擬軟件,而且慕課網、超星泛雅平臺上也提供了不同高校的“分析化學實驗”線上課程,嗶哩嗶哩等網站上還有很多的“分析化學實驗”微視頻。這些電子資源脫離了現場儀器、場所的制約,具有資料豐富、形象、可反復觀看、易操作等優點,對學生學習興趣的激發有著積極的促進作用。然而,電子資源提供的實驗體驗使得學生只能接受既定的感官影像,缺乏現場實驗操作技能的培養,抑制了創新的原動力。

因此,就教學效果來說,傳統教學具有絕對優勢。利用電子資源的特點,在現有實驗課傳統教學的條件下,結合電子資源的優勢進行教學方法的優化成為提升教學效果的一個良好契機[8]。

1 微視頻輔助下參與式“分析化學實驗”教學初探

1.1 微視頻輔助下參與式“分析化學實驗”教學方法的建立

在結合電子信息資源進行傳統教學優化的實踐中,可以利用的電子信息資源主要有電子教案、安全知識視頻、實驗基本功視頻、滴定分析實驗操作的完整視頻,以及相關的虛擬實驗操作練習等。由于傳統教學的主要環節是實驗室的現場教學,因而電子信息資源的選擇應以提供與實驗中要點相關的“主題鮮明、針對性強、時間短”的微視頻為主[9]。由教師引導學生,本著自發、自主、自愿的原則進行觀看。

視頻的播放率間接反映了學生在教學過程中的參與度。以沈陽師范大學化學化工學院2021—2022第一學期的“分析化學實驗”課為例,通過分析發現,學生在超星泛雅平臺上觀看的視頻的播放率(播放人數/總人數)約為88%,這說明大部分學生在課堂外能夠自主地校正和鞏固實驗技能。

在教學實踐中, 教學過程主要分為導課、 實驗講解、 實驗操作、 數據記錄和處理、 操作考核及教學反思6個環節。 為了優化教學效果, 針對教學過程中的各個環節提出了相應的實施方案, 如圖1所示。

圖1 參與式教學在“分析化學實驗”不同教學環節中的具體實施方案

1.1.1 導課環節

導課環節是學生參與式教學的開始,教師以知識回顧和問題糾錯的方式明確本節課的學習目標和要點。

例如, 在實驗“分析天平稱量練習及玻璃儀器的認領和洗滌”的課前導課中, 首先,由教師講授本課程的總體學習目標, 即實現分析測定“量”的準確性, 并向學生展示本課程需要使用的稱量儀器和玻璃儀器。其次,以電子天平稱量NaCl樣品和燒杯的洗滌為例, 請學生進行操作演示。最后,針對操作過程中出現的問題, 引導學生認識到要想得到準確的結果, 即便是最簡單的操作也是需要學習和實踐的, 由此引出本節課的學習要點, 即減量稱量法、玻璃儀器洗滌、數據記錄。 此外,教師根據教學反思中總結的歷年來學生易出現的代表性問題進行強調并提出相關要求。 如在記錄稱量結果時, 不可以使用鉛筆記錄數據, 要養成使用實驗數據記錄本記錄數據的好習慣, 杜絕隨手使用單片紙張甚至稱量紙記錄數據的行為。

1.1.2 實驗講解環節

實驗講解環節的內容較多,主要包括3個方面:實驗原理的講解、實驗基本技能的培訓、實驗操作流程的明確。

就實驗技能的培訓而言,通過教師講授并結合指令式跟練、老師演示、學生試錯等方式進行。以“NaOH和HCl標準溶液濃度的標定”為例,實驗中主要涉及的實驗技能為容量瓶和酸堿滴定管的使用方法、滴定操作及終點確定。關于容量瓶、酸堿滴定管的使用,采用教師演示或者學生試錯的方式進行;關于滴定技術的培訓,采用跟練法。實踐表明,由于受場地限制,不是每個學生都能觀察到教師講授的細節,但在超星平臺上,已經提供了相關的使用方法視頻,通過引導學生自主觀看,可以極大彌補場地限制的不足。

就實驗操作流程的講解而言,通常教師以板書形式畫出簡化流程圖,以增強學生對實驗過程的整體把握程度。同時,允許學生在一定程度上靈活調控實驗流程。這樣做,不僅能夠克服線下條件限制方面的弊端,同時也能激發學生參與實驗的積極性。例如,在實驗中,濃酸、濃堿及易揮發性試劑的取用都是在通風櫥中進行的,而一個實驗室也只配有一個通風櫥,通風櫥的限制使得學生在操作過程中易出現扎堆、擁擠等現象。同樣,電子天平、水槽的數目通常也不能滿足學生稱量、洗涮的需求,常有排隊等候的現象出現,如果允許學生調控實驗流程,學生就可以不必遵從先洗涮全部玻璃儀器再做后續實驗的順序,而在理解實驗原理的基礎上,將實驗分成若干部分,如先清洗溶液配制環節所需的少量的容量瓶、燒杯、玻璃棒,將錐形瓶、滴定管等儀器的清洗安排在后續實驗過程中。經過這樣的靈活安排,不但緩解了實驗室的空間擁擠程度,還可以使學生對實驗流程理解得更加透徹。

1.1.3 實驗操作環節

實驗操作環節是在教師的指導下,學生通過實踐來完成分析測試的過程,也是教師對學生的實驗技能進行同步考核的現場環節。這個環節是教學的重要步驟,是對教師教學效果、學生參與程度的考核。

以“高錳酸鉀標準溶液的配制和標定”實驗為例,在學生實際操作中,部分同學的錐形瓶中會出現磚紅色(MnO2顏色)沉淀,這是滴定速度過快、高錳酸鉀來不及反應的自分解產物,通過師生間的討論,可以加深學生對這個反應的理解,并認識到滴定技術對分析結果產生的影響。又如,由于高錳酸鉀顯色能力很強(顯色最低濃度10-6M),滴定終點時溶液顏色會顯微紅色。有學生發現,自己操作沒問題,但是終點顏色總是較其他同學深。通過師生討論,經過重復實驗,發現是滴定管頭部有整齊的破損,導致每次滴下的量大于0.04 mL,終點到達時相當于過量半滴或一滴,造成顏色偏深。這種對實驗現象的具體分析,是學生深度參與實驗的不可缺少的環節。在此過程中,教師通過學生表現完成對個人實驗技能的考核。

由于考核操作是一對一的,因而將學生名字與其表現對應上就顯得尤其重要,但是,教師通常需要管理若干個班級,通常會浪費很多精力在找名字和記錄分數上。在教學中發現,按照學生位置編排點名冊,可以解決該方面的問題,并順利完成對學生的操作考核。

1.1.4 數據記錄與處理環節

在數據記錄與處理環節,教師首先明確數據記錄與處理的規則,并要求學生將記錄后的數據經老師簽字后,作為原始數據貼到報告冊上。

在簽字時師生以互動方式討論數據記錄的規范性(有效數字等)及數據的平行性。如果平行性很差,則需要重新做實驗。數據處理環節集中體現在實驗報告冊中,互動方式以文字批改或在導課中總結、強調為主。例如,在混合堿的分析實驗中,NaCO3和NaHCO3的相對比例是由老師混合配制的,因而分析測定結果應該在這個“真值”附近,盡管學生測得數據的標準偏差符合要求,但測定值如果偏離“真值”太遠,也可能是無效數據,需要學生對自己可能出現錯誤的實驗環節進行追根溯源的思考。這些思考需要學生在數據分析中加以闡述。

1.1.5 考核機制

考核方式由原來以報告冊成績為主,調整為報告冊成績與操作成績相結合然后進行綜合計算的方式(結果仍為十分制)。其中,操作成績和報告冊成績分別占總成績的30%和70%。增加的操作考核內容包括實驗臺面的衛生考核(1分)和實驗技能考核(9分)2個部分。

操作技能考核的增加使得對學生的綜合能力的考察結果更加公平,同時也能夠督促學生主動去學習和糾正操作基本功,這樣也發揮了微視頻輔助教學的作用。

1.1.6 教學反思環節

“教學反思”是教師用于記錄教學過程中存在的與實驗相關的問題及其解決方案的環節。如在“NaOH和HCl標準溶液濃度的標定”的教學反思中指出:在讀取滴定管上的讀數時,學生通常估讀位會讀成0或5,缺乏對估讀數位的準確讀取,可采用每組抽取一名學生讀數并指正的方法進行解決。在“EDTA標準溶液的配制與標定”的教學反思中指出:在該實驗結束后,會觀察到部分學生的錐形瓶中的藍色摻雜有紅色。可采取課前強調用力震蕩的必要性(反應較慢造成的)的方式加以解決。以上記錄均為教師在教學過程中發現的問題,形成文字記錄后,可以提醒教師在課前做好講解和強化工作,以指導學生更好地完成實驗。由此可見,教師的教學反思與實驗教學環節是相互貫通的,二者形成有效循環,有助于逐步優化實驗教學效果,實現漸進式、可持續化的課程育人目標。

2 結 語

微視頻輔助下“分析化學實驗”參與式教學就是在傳統教學為主的模式下,將微視頻引入教學體系,為教師釋放一定的教學時間,進而優化教學、增加學生參與度的方法。教學實踐表明,在選擇性提供微視頻資源的基礎上,該教學方法可有效實現學生學習與考核、教師教學與反思的有機融合,使“教”“學”形成相輔相成的良性循環。