无机化学实验线上教学的改革路径探析

弓爱君，王中杰，张玮玮

（北京科技大学，北京100083）

受到新冠肺炎疫情影响，由于校园有人员密集、以集体活动为主的特点，教育部做出推迟开学的决定，并于2月4日发布了《关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见》［1］，要求各高校充分利用在线课程进行教学，做到“停课不停教、停课不停学”，保证疫情防控期间教学任务和教学质量。

在理论课程纷纷利用雨课堂［2］、幕课平台、学习通（超星）等进行线上教学的同时，实验课程受条件限制而略显滞后。实验课是理论和实际应用之间的纽带，是培养学生科研思维能力和创新能力的平台，应与理论课密切结合。

一、无机化学实验教学面临的问题

（一）涉及学生人数较多

对于理工科院校的大部分专业，无机化学实验是一门必修课程，以本校为例，该课程面向材料、冶金、土资、能环等6个学院、11 个专业的学生，人数较多，每年课时达5.5 万人学时，并且要根据学生培养目标的不同，分层次、分类教学。疫情过后，无机化学实验室将会对大量学生的实验课程进行调整，如何在保证教学质量的情况下合理安排学生实验将是高校面临的第一大问题。

（二）教学任务繁重

无机化学实验课程的设置主要针对本科一年级的学生，是学生最先接触的实验课，重在培养学生的安全规范知识、能力和科学素养，掌握基本的实验技能，培养解决问题和分析问题的能力，为学生后续学习化学学科的其他课程打下基础。在之后学生的安全规范知识和基本技能的培训不能松懈，涉及的实验内容由于不能与理论课平行进行而需要讲解更加细致，如何在有限的课时内按质按量完成繁重的教学任务是高校面临的第二大问题。

（三）理论课程与实验课程脱节

无机化学实验课程服务于理论课程，而理论课程知识指导实验课程的完成。多数院校对无机化学课程都采用理论与实验课程同步授课。以我校情况为例，无机化学属于课含实验课程，受新冠肺炎疫情影响，实验课程的进度要远落后于理论课，教师讲完理论课以后不能同步实验，以加深学生对知识点的掌握。因此开学以后，做实验的过程中学生对理论内容有所遗忘，导致缺少对实验环节的理论知识有意识的解释及指导或用理论知识解决实验中出现的问题。如何避免理论课程与实验课程的脱节是面临的第三大问题。

二、开展实验教学的几点思考与建议

（一）充分发挥“互联网+”在实验教学中的功能

互联网的快速发展，冲击着传统的“教与学”的模式。受新冠肺炎疫情影响，学生不能如期返校，网络课堂在此期间发挥了重要的作用，真正做到“停课不停教、停课不停学”。无机化学实验课程本身存在授课时间短、内容繁杂等问题，开学后这种矛盾会更加突出，因此，要鼓励学生借助“互联网+”先进行无机化学实验的学习［3］。例如碱金属、氧族和卤族元素等部分课程内容与中学化学联系密切，这些知识学生在中学已经学过，可以利用网络平台（例如慕课、微课等）进行自学。

（二）推广微视频在实验教学中的应用

微视频在无机化学实验教学中的应用可以渗透到多个方面，如基本操作实验、验证性实验、综合设计实验、制备实验以及成分分析实验等，适时运用，可以使教学效果达到事半功倍的效果［4］。

1.在基本玻璃仪器诸如移液管、滴定管、容量瓶等的使用，还有常规小型仪器诸如分析天平、循环水真空泵、电热板等的操作上，具有很突出的优势。在加热浓缩、抽滤、萃取上，都可将这些基本的操作预先录制成微视频，在课堂讲解过程中根据需要随时播放。

2.综合试验会涉及较多的操作步骤，或者需要反应较长时间，教师可以根据需要将视频按照实验步骤剪辑，对应好每一步的实验现象或者实验结果，例如在“碳酸锰的制备”实验中，涉及加试剂的步骤、pH 的控制，二价铁和三价铁的检验等，一步不到位都会导致实验失败。因此，录制该实验的长视频，并进行分步剪辑，强调每一步的关键点，可减少学生在实验操作中的失误，提高成功率。

3.在仪器分析中涉及的pH 计、分光光度计、紫外光谱仪等，虽然这些仪器的原理和操作步骤在实验教材中都有详细介绍，但通过微视频可以更好地了解操作方法，顺利完成实验，激发学生的学习兴趣，提高学习效果。

（三）建议理论课堂增加动画演示或数值模拟实验

教师在理论课教学中可多使用多媒体教学，建议制作一些PPT 动画或数值模拟实验［5］，帮助学生理解知识，提高学习兴趣。PPT 动画和数值模拟在实验中的应用包括：一些复杂、结构形式多样的章节内容可以采用动画来演示，使学生可以较好地观察晶体构型；将其与课堂完美结合，便于对实验演示时间起到有效的控制，并且具有很大的灵活性；可以应用在一些剧毒实验、复杂条件实验当中，例如HgCl2与KI 的反应，是典型的配位反应，颜色鲜亮，便于学生记忆，但是由于HgCl2是剧毒，在实验教学中尽量避免使用。而采用多媒体教学就比较容易实施，因为它在展现实验内容上不受场地、药品等客观条件的限制，可弥补学生在无机实验室无法完成实验的缺憾。

（四）采用多途径复合式教学模式提高实验教学工作效率

利用网络教学和视频课程讲授实验知识可以有效解决无机实验课与理论课脱节及课时少的困难。教师首先通过网络课程讲述实验室安全和规则，介绍本学期化学实验室常见的仪器及如何预习才能取得高分实验成绩的方法，待到开学实际实验教学过程中，采取合作互动教学法促使少学时的实验课高效完成，培养学生协作精神。此外，以问题为导向的学习（Problem Based Learning，PBL）也可以引入实验教学中，将线下教学和线上交流密切结合，形成一种全新的“线上+线下混合式PBL”学习模式［6］。充分提升学生的学习兴趣及参与度，并发挥其主观能动性。

（五）线上线下教学模式紧密结合

要打破传统的实验教学模式，实行线上线下教学的紧密结合，在线上教学过程中主要侧重两点：一是对实验原理的讲解和学习；二是对实验操作规范、步骤及过程充分熟悉和了解。线上的学习要有组织有计划和目的，设置一些线上答题、小组讨论和测试等功能，学生通过测试方能进入实验室，以便对学生的学习起到督促作用，强化教学的效果。线下的教学过程要分以下三步进行：第一步是认真完成实验操作过程。学生在实验教师的指导下按照教材完成各实验操作步骤，教师可以根据学生在线上的测试成绩情况来分配关注度，重点关注那些需要帮助的同学，还能够有时间和精力在课堂上根据学生的实际操作情况进行科学素养和技能的评价；第二步是实验报告的书写。实验完成以后，要求学生要在一周之内提交一份完整的实验报告，便于及时对学生的学习情况进行评价，将成绩反馈给学生，让学生及时发现自己的问题和不足，在下次实验之前改正；第三步就是线下实验讨论。教师在批阅实验报告的过程中对学生出现的问题进行总结和分析，和学生一起讨论实验中遇到的困难和失败的原因，引导学生找到出现问题的原因和解决办法，从而对学生知识点的掌握起到巩固的作用。

三、结语

在网络上对实验教学进行提前学习效果虽然不能达到现场教学的程度，但是在疫情之后可以最大限度地减少实验课程不能同步开设带来的影响。这就要求实验教师要与时俱进，更新教育理念，提高教学能力和教育技术，充分利用现有资源，调动学生的主观能动性，积极探索，战胜困难。线上教学是现代教育发展的一个阶段，对实验教学起到良好的辅助作用，对线下传统的教学是一个支持和补充［7］。对现有教学模式和教学方法的变革，不仅能够丰富实验教学内容，优化实验教学的整体结构，还能够将实验课从课内延伸到课外，提高实验操作的效率，促进教学质量的提升，推动研究型实验教学的发展。