“大學化學實驗”課程新模式設計研究

劉曉霞 趙業軍 楊 潔 唐紅楓

(武漢東湖學院 護理與健康管理學院,湖北 武漢 430212)

《教育部關于一流本科課程建設的實施意見》指出,為貫徹落實習近平總書記關于教育的重要論述和全國教育大會精神,落實新時代全國高等學校本科教育工作會議要求,必須深化教育教學改革,必須把教學改革成果落實到課程建設上[1-3]。

“大學化學實驗”是我校生物制藥專業大一學生開設的專業基礎課,重在培養學生的化學實驗基本操作技能,包括規范化動手操作能力、實驗現象觀察和分析能力、數據處理能力等,為后續專業課程的進一步有效學習、科研創新能力的培養及畢業論文等教學環節奠定堅實的基礎,因此基礎化學類課程的重要性不言而喻[4-6]。

大一學生的化學實驗基礎普遍較弱,專業課實驗教師及就業單位多次反饋提出學生在相關工作和科研過程中基本實驗技能較欠缺,很多操作不熟練、動作不專業。要解決這一多年困擾且不被重視的現實問題,除了應調整實驗內容以滿足學生各種基本實驗技能的訓練,重點在于建立一套完整的實驗操作評價標準并在實際中加以運用,切實提高實驗技能和規范化的動手操作能力。另外,互聯網直觀高效、可復用和可迭代的優勢完全可以為線下基礎類實驗課程服務[7-9],且為線下實驗的實際動手操作爭取更多的時長。由此提出了需設計并構建“大學化學實驗”“線下標準化實操+移動端輔助教學”線上線下混合式教學實驗課程新模式。

1 課程目標設定

“大學化學實驗”是我校生物制藥專業的集中性實踐教學類必修課程。立足本校“地方性、應用型、重特色”的辦學定位,依據本專業培養具備醫藥衛生檢疫檢測相關技術人才的目標,滿足后續“藥物分析”等專業課教學需要,兼顧學生可持續發展,本課程設定如下教學目標。

知識目標:通過系統的實驗訓練獲得大量物質變化的感性知識。掌握常見單質和化合物的性質、制備和分離、提純等基本知識、基本化學實驗操作技術和典型的分析測定方法。

技能目標:能規范地進行各種基本實驗操作和進行實驗數據的記錄及處理。能對實驗現象進行解釋和表達,具備分析和解決化學問題的能力。

素質目標:形成整潔、節約、準確、有條不紊等良好的實驗素養。訓練樂于協作、嚴謹求實、創新存疑的科學品德和科學精神,具備高度的質量和安全意識。

2 學情分析

“大學化學實驗”課程組成員分析總結了學生在該課程中的主要學情。

(1) 學生對進入大學第一門獨立完成實驗的課程倍感新奇,但內心有些忐忑和不知所措,感覺無從下手。

(2) 學生對實驗的熱情很高,但規范操作的習慣和能力較差。

(3) 學生對化學實驗現象比較感興趣,但對實驗現象的分析和反思意識及能力不強。

3 課程教學改革重點

基于以上學情分析,本課程的教學改革重點在于以下幾點。

(1) 充分利用互聯網優勢,做好課前實驗預習,以消除學生進到實驗室的忐忑和畏難心理,保證站在實驗臺前做到心中有數。

(2) 制定相應的標準化實驗操作規范,讓每個實驗項目的具體操作細節有規可依、有據可循。

(3) 課堂上留出專門時間進行實驗現象分析、數據處理和結果分析,及由此開展相關內容的討論,真正提高學生的實驗分析和處理能力。

4 實驗課程新體系實踐

在“大學化學實驗”“線下標準化實操+移動端輔助教學”實驗課程新模式下,相比傳統的純線下實驗教學,教學內容和組織實施有一些新變化。

4.1 建立移動端輔助實驗教學

利用超星學習通APP平臺建立移動端輔助實驗教學,主要完成“大學化學實驗”課前實驗預習以及課后討論提高環節,讓學生真正地“忙”起來。

移動端輔助教學內容如圖1(A)所示,可分為課前和課后兩大板塊。課前板塊有教案、章節、資料和通知等,課后板塊包含作業、考試、討論和統計。

課前實驗預習,其內容不再僅是以往的一張實驗報告,增加了實驗演示視頻、實驗項目標準和擴展知識,不僅能讓學生在課前充分且直觀地預習實驗內容,還能反復學習和觀看,并且不受時間和地點的約束,還為線下課程爭取了更多的實際動手操作時長。圖1(B)為“大學化學實驗”實驗8發布的4個任務點,包括3個視頻和1個實驗報告,每個任務點學習后,后臺都自動記錄學習時間和時長并給出每個任務點學習的分數。

圖1 “大學化學實驗”學習通APP部分頁面截圖:主界面8個板塊(A),實驗8發布的4個任務點(B)

移動端課后作業和互動討論,由于學生發表的討論全班可見,不但進一步加強師生互動,也可以加強生生互動,增強學習興趣和積極性,讓學生經過一輪理論和實踐環節后,再回到理論環節,對于知識點的掌握更透徹。

課后統計包括課堂報告、學情統計和成績統計,圖2為“大學化學實驗”學習通APP統計界面部分截圖,圖2(A)為全班同學成績統計及分數分布,圖2(B)為學生成績詳細統計信息,學生的自主學習詳情都將在線記錄。每個學生都可以在移動端看到自己的學生名片,包括學生總得分以及成績具體得分的分布情況,作業、課程任務點、章節測驗、章節學習次數和考試等內容,后臺都將實時記錄并自動匯總,不但減輕了教師的教業負擔,而且教師評定成績更真實。

圖2 “大學化學實驗”學習通APP統計界面部分截圖:全班同學成績統計及分數分布(A),學生成績詳細統計信息(B)

4.2 建立線下標準化實操評價系統

建立線下標準化實操評價系統,保證了課中操作規范性,讓學生實驗技能“專”起來。

因為課堂實驗一般只配備1位實驗教師和1位實驗員,不可能像大型競賽一樣每位學生都有一名專門的教師裁判員進行專門觀察和打分,事實上,教師需要在學生操作過程中進行全場的巡視,很難顧及每一位學生的操作是否規范。如果能有一套實驗操作標準,學生實驗過程中嚴格按照實驗操作標準進行實驗,真正做到細節操作有規可依,學生和教師都能從以往粗略的教學中解放出來。

目前除大型化學競賽項目有相應競賽項目的評分標準外,實驗類課程尚無完整操作評價標準。“大學化學實驗”課程組成員利用教學團隊多年積累的實驗教學經驗,以及組織和參加各類化學類競賽擔任裁判員的專業素養,將世界技能等大賽的競賽標準和對接后續專業課程“藥物分析”對應的中國藥典等質量標準嫁接到該實驗課程,在激烈的專業思維碰撞下,總結集體智慧的結晶,制定并完善了一整套課程標準化評價規范,并在實際課堂中加以運用。圖3為實驗8自來水總硬度的測定實驗操作自我評分表部分頁面截圖。

圖3 實驗8自我評分表部分頁面截圖

學生可依據具體的評分標準對自己的操作細節進行比對和調整,而不像以往需要老師一個一個地來糾正,避免了以往1對多的實驗過程中很多不規范的操作。因為化學實驗步驟操作的規范性會大大減小最后實驗結果的誤差,讓實驗結果更準確,增強了學生的實驗自信,幫助同學們練就大學化學實驗技能的過硬本領。

4.3 強化課堂實驗現象分析和反思環節

因為課前移動端輔助教學既有實驗報告預習,也有關鍵實驗操作視頻共享等,學生走進課堂時已胸有成竹,也為課堂節省了很多講解實驗理論的時間。課堂最后可以專門留出20分鐘左右的時間讓學生充分討論實驗現象、數據處理和結果分析等,改變以往學生對化學實驗現象比較感興趣,但對實驗現象的分析和反思意識及能力不強的問題,真正提高學生分析實驗問題和解決實驗問題的能力。另外,這個討論過程雖在課堂上進行,但可以利用學習通APP的討論功能,學生們可以同時發言,節省了時間,提高了效率。課堂時間不能完成的討論也可繼續無縫對接到線上,真正實現可持續討論。

5 教學效果

移動端輔助教學為線下實操爭取了更多的時長,相比傳統的純線下實驗教學,學生實際動手操作時長增加了20～30分鐘。學生對進入大學第一門獨立完成的實驗課程不但倍感新奇,而且胸有成竹,得心應手。同學們紛紛把自己實驗制備的成品發到朋友圈展示,提升了同學們對專業認可度和對實驗課程的成就感。

線下標準化實操評價標準類似一項一項的闖關設置,給實驗者帶來游戲體驗感覺,學生對實驗的熱情更高,規范操作的習慣和能力變強。以前參加各類化學實驗競賽均無緣前三等獎,現在不但有多個一等獎、二等獎和三等獎,還有優秀組織獎。在后續專業課實驗中,老師們也普遍反映同學們的專業實驗操作較往屆同學更規范和到位。就業單位也對我們的畢業生反饋較好,紛紛表示希望我校給他們輸送更多的人才。

6 結語

作者在課程定位基礎上,以本校“大學化學實驗”為例,設計一套完整線下實驗操作評價標準和移動端輔助教學管理系統,從課程目標設定、學情分析、課程教學改革重點和實驗課程新體系等方面進行了實踐分析。教學效果表明“線下標準化實操+移動端輔助教學”實驗課程新體系不但使學生實際動手操作時長增加了20～30分鐘,學生對實驗的熱情更高,規范操作的習慣和基礎化學實驗能力變得更強。基礎化學類實驗課程包括“無機化學”“有機化學”“分析化學”和“物理化學”等課程,涵蓋包括化學類、生物類、材料類、環境類、食品類等理工科十多個專業[10,11]。該實驗體系也對這些專業的化學類實驗課程有一定的借鑒作用。