基于慕课的“自助通关式”物理化学实验教学模式初探

周丽华,王明艳,夏海涛,张 帆,卢伯南

(江苏海洋大学 化学工程学院，江苏 连云港 222005)

物理化学实验课是多个理工科专业必修的一门重要专业基础实验课，涉及的知识面广,接触各种仪器的机会多，理论性、实践性和技术性都很强。该课程的目标是通过掌握物理化学实验的基本方法、技能及研究方法，培养学生观察实验现象、正确记录数据、处理数据和分析实验结果的能力，培养学生严肃认真、实事求是的科学态度和作风以及创新意识、创新精神和创新能力[1]。但如何激发学生的学习积极性和提高教学质量是目前大家都十分关心的问题。兴趣是学生学习的内在动力。我们要做的就是提高学生的学习兴趣，产生内在动力，让学生的学习态度从“要我做实验”向“我要做实验”转变。

1 现状

目前，无论是课堂教学还是网络观摩教学，物理化学实验课都存在预习效果差，教学形式单一，学生学习积极性不高和学习效果差等问题这使整个实验的教育作用大打折扣。

教师普遍通过要求学生课前完成预习报告达到预习实验内容的目的，但是大多数学生只是被动的将实验书上的实验原理及内容抄写一遍，主动学习掌握实验内容的学生很少。物理化学实验操作普遍采用指令式教学，即教师在上课之初会对实验进行演示操作并讲授注意事项，然后是学生按实验教材的实验步骤逐步进行操作，直到实验完成。这种简单机械的方法，使大部分学生只是为了完成任务而充当了“操作工”，对相关实验知识只知其然不知其所以然，对整个实验内容缺乏深入的思考和探索。此外，物理化学实验课还存在教学评价片面不客观，学生和教师互动少等问题。这些问题严重影响了学生的能力和素质的培养，导致最终的教学效果与我们制定的教学目标偏差较大。

综上所述，目前的物理化学实验教学面临如此多的问题，我们亟待找出一套更适合当前教育的一套教学模式来解决这些问题，提高教学质量和和教学目标的达成。

我们的思路是在目前互联网+时代，可以充分利用网络信息资源，并对其进行整合利用，

将内容的多彩丰富的“慕课”嵌入到灵活多样的“自助通关式”教学模中，将该模式与线下实验操作相结合建立基于慕课的“自助通关式”的实验教学模式。此模式不但可以解决目前物理化学实验课存在的主要问题，也为所有实验类教学提供一个全新的教学模式[2]。

2 建立基于慕课的“自助通关式”物理化学实验教学模式

借助我校的智能校园网络应用平台，建立基于慕课的“自助通关式”物理化学实验教学模式。该教学模式包括“平台-自助学习资源-应用”三平台的教学模式[3]。图1为该教学模式的整体构架。

图1 基于慕课的自助通关式物理化学实验教学模式

“自助通关式”教学模式是通过智能校园网络平台将安全教育、慕课、数据处理、教学评价四大模块的教学资源进行系统化整合建设，把一个个知识点和学习内容按顺序设计成一个个关卡，学生需要在平台上按关卡顺序依次打卡观看视频和进行通关测验，直到完成所有关卡(即打卡观看视频和通关测试)后，该门课程即学习完成。

应用此模式，学生可随时随地应用计算机、手机、Ipad登录系统平台进行学习通关，教师也可实时的掌握学生的学习情况。这一模式的优点是：学生可根据自身的情况选择学习时间，将自己碎片化的时间充分利用起来，自主学习，整个学习过程学生“自助完成”；教师对学生的管理更加智慧化，考核评价也更加公正科学。

“自助通关式”《物理化学实验》教学模式里要构建四个模块。

2.1 安全教育模块

此模块的构建包括录制安全教育视频和设计练习与通关测试两部分。

(1)录制在线学习视频：建立实验室安全准入制度，录制实验室安全知识、仪器设备操作规范、事故处理应急方案等视频。此外，提供来自全球的极具经典的化学安全事故案例。通过mooc形式展示那些危险大、耗费高、毒性大的实际实验场景和过程，以身临现场的视觉感感染和教育学生，让学生认识到学习安全知识的重要性和自觉建立安全意识的目的[4-5]。

(2)搭建练习及通关测试题库：此系统支持题型设置、题量配比、难度搭配、时间限定等功能。我们将在系统中录入大量的关于实验室总的安全教育和各具体实验的安全教育方面的练习，形成习题库。系统将自动记录学生每次练习测试和通关测试的时间和成绩。

通过此模块，学生在线打卡观看视频学习相关实验室安全知识、仪器设备操作规范、事故处理应急方案视频等。观看视频后可以根据学习情况进行阶段性练习训练，为确保顺利通过通关测试，学生可以多次练习，通关测试通过后可进入下一环节的学习。

2.2 慕课视频预习模块

学生通关安全教育后，进入此环节的学习。此部分是为了学生在进入实验室前对实验内容能充分预习而设定的，包括录制慕课微视频和建立练习题库与设计通关测试两部分。

2.2.1 录制慕课微视频

录制实验基本原理视频：以微课形式录制每个实验的基本原理讲解视频，视频中教师讲解实验目的，实验方法，实验原理，实验步骤以及实验注意事项。录制主要仪器操作规范：录制包括电位差计、电导率仪、分光光度计、阿贝折光仪、恒温槽、氧弹式量热计、沸点仪、PH计等仪器的操作方法及注意事项。录制所开实验的操作演示：在实验室录制实验演示过程，教师边演示边讲解，把重点，难点和注意事项以及容易出现的问题讲授清楚。

将上述录制好的视频上传到慕课系统，学生依次在线打卡观看实验的基本原理视频、主要仪器的操作规范视频、实验的演示操作视频。学生可以在线多次反复观看学习视频。此外，为了确保学生有较好的学习效果和质量，视频中设计插入针对具体知识点和实验关键操作点的提问打卡，打卡通过后方可进入后续步骤的视频观看预习。

2.2.2 建立通关测试题及设计随堂练习

观看视频完成后可进入测试环节。在系统中上传一些有关实验原理、仪器使用及实验操作方面的习题，形成试卷，用于学生进行通关测试。学生可以根据自身学习情况在系统中进行训练，以巩固学习所看视频的相关知识点。此部分必须经过测试通关。学生可以多次考试，提高测试达目标成功率。教师可以在系统中输出学生通关测试的成绩，只有通过测试的学生才被允许进入实验室进行线下实验操作。安全教育模块和慕课预习模块完成后，学生进入实验室进行实验操作。实验结束并经教师确认后学生进入“自助通关式”《物理化学实验》教学系统的数据处理模块对实验过程所得原始数据进行数据处理和结果分析。

2.3 数据处理模块

包括常用数据处理软件、数据处理及绘图、误差分析及讨论。

(1)提供常用数据处理软件：系统提供在线下载的常用数据处理软件。比如具有较强的作图和数据处理功能的Excel、Origin等软件。我们可提供常用功能的学习视频，教授学生如何利用这些软件进行数据处理和绘制标准图表。如以“二元气液相图的绘制”、“物质燃烧热的测定”、“旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数”、“溶解热的测定”等数据处理较难的实验为例，分别介绍Origin和Excel软件处理实验数据的步骤和方法。通过此部分的学习，学生掌握常用数据处理软件的使用方法，为后续的课程和毕业论文环节打下基础。

(2)建立数据处理系统：针对不同的实验内容，建立可以方便学生对所做实验进行数据处理、绘制图表及进行误差计算与分析的系统。实验结束后学生将实验所得原始实验数据输入系统，进行数据处理和绘图，然后根据自己的实验结果进行误差分析及讨论，并将数据处理结果和图表保存提交系统，方便教师批阅。

(3)建立课后习题及讨论专区：此部分我们以“通关作业”的方式设计建立针对不同实验的课后习题与思考题，习题包括实验的误差计算、结果分析与讨论及有关实验的关键问题，用来考察学生对知识的掌握情况。此外设计一些延申阅读和有奖问答对所做实验进行适当的拓展，对认真阅读并作答正确的学生给予额外加分，以实现调动学生学习积极性的目的。此外，设立一个师生可以自由交流互动的专区，在此专区老师和学生可以在此提出自己的问题和观点并互动讨论。上述过程完成就可以将电子版实验报告提交系统。等待实验指导教师进行评阅。

2.4 考核评价模块

这个模块本着“教”与“学”相互促进、提高的原则设计包括学生、教师、管理员三个部分的教学评价。

(1)建立教师评学系统：首先建立一个科学的评价标准，按照重要程度分别赋予安全教育模块、慕课视频模块和数据处理模块的测试情况以及的实验操作各部分一定的权重比。对学生的表现给予科学公正的成绩和综合评价，并给出建议。

(2)建立学生评教系统：该系统分为实验前的准备工作情况、实验指导人员情况、实验环节相关情况、对实验指导书的评价、对实验效果的看法五部分[6]。分别赋予每部分的权重比。此部分，学生可以对我们设计的学习模式或慕课系统提出有益建议，我们根据情况不断优化模型，实现持续改进。

(3)建立管理员评价系统：建立管理员对整个实验教学的评价系统。将所有的学生评教数据进行整理。以数字评分的形式准确明了的将每位实验指导教师的教学情况回馈给管理员、教研组及教务处等相关部门。管理员将评价结果回馈给各实验指导教师，并对教师进行评价并提出建议。

这部分的目标是分别建立起教师评学、学生评教和管理员评价三个部分的教学评价和回馈系统，使我们物理化学实验的教学评价更加科学、公正。

3 基于慕课的“自助通关式”物理化学实验教学模式的优势

基于慕课的“自助通关式”物理化学实验教学模式可以解决传统教学的以下问题：

3.1 解决了安全教育落实难的问题

该模式可以有效解决实验室准入制度难以落实的问题。安全教育是打卡通关式教学的第一环节，没有通过安全教育学习和测试的同学，无法进入后续的学习。于同学而言，在此模式下的安全学习即灵活便捷又形象生动高效，安全教育学习不再是较大的负担。于教师而言，应用此模式实施安全教育变得更加信息化，对学生的学习情况掌握得更加精准，教师的工作也更加高效。教师只需定期维护系统并更新安全知识及信息，调整教学内容即可。

3.2 解决实验预习效果差的问题

该模式可以有效解决学生实验预习效果差的问题。我们设计的“自助式通关”教学模式要求学生进入实验室前，要通过“打卡通关式”预习实验，学生必须观看相关实验视频，理解实验原理及仪器使用方法并通过测试通关后才可预约进入实验操作流程。这种方式可以督促学生充分的预习实验内容，教师也方便检查学生的实验预习情况，能有效的提高学生的预习质量。此外，由于慕课的开放性、可重复性和可控性，使学生的物理化学实验预习更容易。对一些较难理解的内容，学生可以反复多次观看也可以将视频调整到较慢的速度观看学习。在电脑上，手机上和Ipad上都可以学习，不受时间和空间的限制，让学生变被动学习为主动学习，使物理化学实验预习效果大大提高。

3.3 解决教学评价的片面不科学问题

“自助通关式”教学模式的评学系统可以获得学生安全教育、预习情况、实验操作及数据处理等方面所有学习情况的综合评定结果，考核点更为具体全面，得到的评定结果更科学更精准也更真实。该模式评教系统的结果能反映学生对实验前的准备工作情况、实验指导教师情况、实验环节相关情况、对实验指导书及实验效果的看法。评教的结果可作为教师评估的重要指标，同时也反馈了学生对教学方向、授课模式的期望，为教育改革提供了重要的参考数据。

综上所述，基于慕课的“自助通关式”的实验教学模式可以解决目前物理化学实验课存在的主要问题，也为所有实验类教学提供一个全新的教学模式。

4 总结

基于慕课的“自助通关式”物理化学实验教学模式，将慕课的声音、文字、视频、动画等优势作用与“通关式”自主学习模式有效地结合起来，为学生创造一个独立自主的学习环境，极大地提升了学习过程的趣味性。该模式适用线上线下混合式实验教学。我们认为，实验操作是实验课必不可少的环节，不能弱化实际操作。我们可以利用网络学习的灵活多样及便利等优点弥补线下实验教学的不足。将在线教学和线下实操混合式的实验教学方法融合的衔接，最大限度的调动学生的学习积极性和学习效率。