慕課和虛擬仿真在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的作用

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摘要：主要分析了物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀中存在的弊端，探討了深化教學(xué)改革中切實(shí)可行的新思路，提出了基于慕課（MOOC）和虛擬仿真平臺(tái)的混合式教學(xué)模式的新舉措，致力于提高物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，優(yōu)化評(píng)價(jià)體系，培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新思維．

關(guān)鍵詞：物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)；慕課；虛擬仿真；教學(xué)模式

1分析物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

目前物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程采取的教學(xué)方式是將每個(gè)班級(jí)分為12～14個(gè)同學(xué)組成的實(shí)驗(yàn)小組，4個(gè)實(shí)驗(yàn)老師同時(shí)開(kāi)設(shè)4個(gè)實(shí)驗(yàn)，各實(shí)驗(yàn)小組循環(huán)完成4個(gè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程．這樣的教學(xué)方式主要在以下幾個(gè)方面存在弊端．

1．1實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)脫節(jié)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)存在一定程度的脫節(jié)現(xiàn)象．目前的課程設(shè)置有可能存在實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)先后順序不合理以及時(shí)間間隔過(guò)長(zhǎng)造成教學(xué)效果不理想等弊端．實(shí)驗(yàn)教學(xué)到底應(yīng)該安排在理論教學(xué)之前還是之后，不能一概而論，而應(yīng)該根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)涉及的物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容來(lái)具體分析，比如“恒溫水浴的組裝及性能測(cè)試”這個(gè)實(shí)驗(yàn)完全可以設(shè)置在理論教學(xué)之前．另外，“甲基紅的酸離解平衡常數(shù)的測(cè)定”這個(gè)實(shí)驗(yàn)涉及理論教學(xué)第六章化學(xué)平衡的內(nèi)容，比較容易理解，且學(xué)生具有一定的基礎(chǔ)，也可以設(shè)置在理論教學(xué)之前，這樣學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以對(duì)相關(guān)的理論知識(shí)形成一定的認(rèn)識(shí)，緊接著再進(jìn)行理論教學(xué)，有利于加深學(xué)生對(duì)化學(xué)平衡理論知識(shí)的理解和掌握，鍛煉從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出發(fā)總結(jié)出一般規(guī)律的能力，這樣才能保證較好的教學(xué)效果．而有些實(shí)驗(yàn)則更適宜安排在理論教學(xué)之后，比如“雙液系的氣液平衡相圖”，這個(gè)實(shí)驗(yàn)涉及第五章相平衡的內(nèi)容，最好是系統(tǒng)學(xué)習(xí)過(guò)相的概念、相律以及不同種類(lèi)的相圖之后再來(lái)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)理論知識(shí)在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行運(yùn)用來(lái)促進(jìn)學(xué)生更好地掌握相關(guān)知識(shí)，鍛煉操作技能，并初步了解科學(xué)研究的方法．如果這個(gè)實(shí)驗(yàn)安排在理論教學(xué)之前，一方面實(shí)驗(yàn)教師的授課時(shí)長(zhǎng)有限，學(xué)生對(duì)基本概念的辨析和實(shí)驗(yàn)原理的理解不夠清楚、透徹，很容易造成“按方抓藥”的現(xiàn)象，即學(xué)生只是機(jī)械地按照書(shū)本上的實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)，使得培養(yǎng)過(guò)程更像是培訓(xùn)“技術(shù)工人”，而不是培養(yǎng)“創(chuàng)新型人才”，學(xué)生無(wú)法得到綜合能力和創(chuàng)新能力的鍛煉，與最初開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課的目的背道而馳．

1．2學(xué)生參與程度低

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，課前由學(xué)生自主預(yù)習(xí)并書(shū)寫(xiě)預(yù)習(xí)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)課開(kāi)始時(shí)由教師講授實(shí)驗(yàn)原理和注意事項(xiàng)，然后學(xué)生開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，教師在一旁指導(dǎo)．首先，預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)可能存在的問(wèn)題是：一些學(xué)生沒(méi)有認(rèn)真思考，只是敷衍了事，把書(shū)上的內(nèi)容簡(jiǎn)單地抄寫(xiě)一遍；教師由于時(shí)間有限，大多數(shù)情況也只有根據(jù)預(yù)習(xí)報(bào)告給學(xué)生打出預(yù)習(xí)成績(jī)．其次，實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作，包括標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制等等，全部由教師完成，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)缺乏一個(gè)整體的規(guī)劃和認(rèn)識(shí)．而實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，由教師講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，此時(shí)教師是課堂的中心，學(xué)生大多數(shù)情況只是被動(dòng)地接受教師講授的內(nèi)容．如果學(xué)生因?yàn)橐恍┰蚵?tīng)課效果不理想，學(xué)習(xí)效率就會(huì)大打折扣，影響后續(xù)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，甚至影響學(xué)習(xí)信心，形成惡性循環(huán)．

1．3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不新穎

目前物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容存在著內(nèi)容較為陳舊的弊端，課程體系仍然沿用數(shù)十年之前制定的體系，以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，綜合性實(shí)驗(yàn)少，與前沿基礎(chǔ)研究有關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也非常少，難以反映學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀［5］．學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的興趣不大，重視程度也不夠，最終造成學(xué)生動(dòng)手能力差，知識(shí)遷移能力以及舉一反三地解決實(shí)際問(wèn)題的能力都較差，無(wú)法滿(mǎn)足培養(yǎng)目標(biāo)的要求．

2改革思路與新舉措

如果嘗試將飛速發(fā)展的多媒體技術(shù)、云技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)等引入教學(xué)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)線上－線下混合教學(xué)模式，將會(huì)得到更好的教學(xué)效果．

2．1多樣化教學(xué)方式

隨著時(shí)代的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)在的學(xué)生不僅在日常生活中更依賴(lài)手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備，而且也習(xí)慣于通過(guò)手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備學(xué)習(xí)知識(shí)．MOOC作為一種新型在線教育模式，形式靈活多樣，內(nèi)容豐富形象，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣［6］．可以將教師的授課內(nèi)容全部做成“MOOC”的形式，學(xué)生觀看視頻學(xué)習(xí)結(jié)束之后通過(guò)簡(jiǎn)單的測(cè)試，回答合格之后在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)．然后實(shí)驗(yàn)課開(kāi)始的時(shí)候可以采取包括“翻轉(zhuǎn)課堂”等形式的集體答疑，最后再由學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)．這樣教師的角色從講授者轉(zhuǎn)變?yōu)閱l(fā)者，學(xué)生的參與度也大大提高，學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性也會(huì)得到提高，最終的學(xué)習(xí)效果也會(huì)更好．另外，學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度可以利用“云技術(shù)”存儲(chǔ)起來(lái)，方便學(xué)生隨時(shí)在不同設(shè)備上調(diào)取學(xué)習(xí)進(jìn)度繼續(xù)學(xué)習(xí)，這樣理解問(wèn)題快慢不一致的學(xué)生都可以根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況在任意時(shí)間和地點(diǎn)用手機(jī)或電腦反復(fù)觀看視頻，自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和進(jìn)度，學(xué)習(xí)時(shí)間安排和學(xué)習(xí)地點(diǎn)也具有了更大的靈活性．目前存在的很多問(wèn)題都可以得到解決．但是考慮到部分同學(xué)學(xué)習(xí)自覺(jué)性差，因此需要教師課前檢查學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度，監(jiān)督并促進(jìn)學(xué)生按時(shí)完成學(xué)習(xí)任務(wù)．目前，我院已經(jīng)搭建了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并對(duì)學(xué)生開(kāi)放運(yùn)行，能夠提供包含操作訓(xùn)練、綜合提高和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的多個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目［7－8］．傳統(tǒng)的以實(shí)驗(yàn)小組為單位的教學(xué)模式，受限于儀器數(shù)量，一些學(xué)習(xí)自主性較差的學(xué)生參與程度不高，有可能依賴(lài)于小組里其他同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理．現(xiàn)在學(xué)生可以通過(guò)校園網(wǎng)訪問(wèn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)，參與到包括實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的整個(gè)過(guò)程中來(lái)，保證每個(gè)同學(xué)全程參與實(shí)驗(yàn)，發(fā)揮學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的主觀能動(dòng)性．此外，還可以在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，將易出錯(cuò)的地方進(jìn)行特別標(biāo)注與提醒，同時(shí)也將個(gè)人出錯(cuò)的地方進(jìn)行分析，以便學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固相關(guān)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互，大大提高了學(xué)習(xí)效率．

2．2鼓勵(lì)研究性學(xué)習(xí)

研究性學(xué)習(xí)是一種注重引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考和實(shí)踐過(guò)程的教學(xué)方法．該方法注重學(xué)生思考，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力．構(gòu)建系統(tǒng)的研究性學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容是推行研究性學(xué)習(xí)教學(xué)改革的前提和基礎(chǔ)［9］．按照教學(xué)大綱要求，在維持原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不變的基礎(chǔ)上，可以對(duì)整個(gè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容和順序進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，把一些基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)整合到相應(yīng)的綜合實(shí)驗(yàn)中，并與前沿的科研成果或者是生活生產(chǎn)實(shí)際有機(jī)結(jié)合，從而使實(shí)驗(yàn)教學(xué)形成一個(gè)系統(tǒng)的有機(jī)整體［10－11］．研究性學(xué)習(xí)把學(xué)生置于一種類(lèi)似科學(xué)研究的情境之中，教師的角色不再是講授者而是啟發(fā)者，一個(gè)綜合性的實(shí)驗(yàn)不再由教師或者課本給出具體的操作步驟，而是由學(xué)生自己篩選并確定最優(yōu)的研究方案，最后可以由學(xué)生親自操作整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，也可以選擇在虛擬仿真平臺(tái)上完成實(shí)驗(yàn)，從而體驗(yàn)科學(xué)研究的過(guò)程和樂(lè)趣，提高獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力．比如，“電導(dǎo)法測(cè)定難溶鹽溶解度”和“甲基紅的酸離解平衡常數(shù)”這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，都涉及弱電解質(zhì)的解離平衡，不過(guò)由于各自體系的特點(diǎn)，最終選擇不同的儀器進(jìn)行測(cè)試．在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)提問(wèn)可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生往往沒(méi)有深入思考為什么前者采用電導(dǎo)率儀測(cè)定而后者使用分光光度計(jì)測(cè)定，僅僅是按部就班地照著書(shū)本上的實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)．因此，可以將這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)合并為一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)———“弱電解質(zhì)的解離平衡常數(shù)”．給出包括難溶鹽、弱酸性染料等弱電解質(zhì)，由學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，最后得出結(jié)論，有利于加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解以及對(duì)相關(guān)儀器應(yīng)用范圍的認(rèn)識(shí)．此外，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中測(cè)定表面活性劑的臨界膠束濃度也要用到電導(dǎo)率儀．測(cè)定臨界膠束濃度的方法有很多，包括一些科學(xué)研究論文也有涉及．因此，這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以改成開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，給定離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑，由學(xué)生查找資料或文獻(xiàn)之后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，不僅學(xué)習(xí)了教學(xué)大綱要求的教學(xué)內(nèi)容，還培養(yǎng)了學(xué)生的科研思維和創(chuàng)新能力．

2．3建立科學(xué)的考核評(píng)價(jià)體系

MOOC和虛擬仿真相結(jié)合的混合式教學(xué)模式有利于評(píng)價(jià)方式由過(guò)去主要依靠實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告逐步轉(zhuǎn)向關(guān)注實(shí)驗(yàn)過(guò)程．如果實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中增加了綜合性實(shí)驗(yàn)和研究性學(xué)習(xí)，科學(xué)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該更注重思維方式和實(shí)踐過(guò)程，更強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性而不是實(shí)驗(yàn)操作中的細(xì)節(jié)，重視對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果的分析，合理解釋導(dǎo)致異常實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因，提出解決辦法，這樣才能培養(yǎng)學(xué)生的科研思維和創(chuàng)新能力．比如“臨界膠束濃度的測(cè)定”這個(gè)實(shí)驗(yàn)，不再規(guī)定使用電導(dǎo)法測(cè)定，學(xué)生先通過(guò)查找資料和檢索文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案．教師可根據(jù)學(xué)生檢索及綜述文獻(xiàn)的能力打出一個(gè)預(yù)習(xí)分?jǐn)?shù)．而實(shí)驗(yàn)報(bào)告的分?jǐn)?shù)則根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案的合理性等給出分?jǐn)?shù)．假如學(xué)生能夠提出具有創(chuàng)新性的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，即便最后得到的數(shù)據(jù)不是特別理想，只要學(xué)生能正確分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論值出現(xiàn)偏差的原因，也應(yīng)該得到鼓勵(lì)．

3結(jié)論

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革應(yīng)緊跟時(shí)展，以新時(shí)期新要求為導(dǎo)向，結(jié)合新技術(shù)新方法，推動(dòng)改革，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量．在改革過(guò)程中，教師也要不斷提高自身能力和素質(zhì)，認(rèn)真總結(jié)，積極探索，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，切實(shí)提高學(xué)生的核心素養(yǎng)．

作者:凌玉 李念兵 羅紅群 單位:西南大學(xué)