多途径开展分析化学实验课程线上教学

　　摘要：在抗击新冠肺炎疫情期间，按照教育部“停课不停学”的要求，主要通过以下途径开展分析化学实验课程线上教学：1.依托分析化学实验SPOC课程，让学生在线学习实验项目视频、在讨论区答疑、完成在线测验；2.依托腾讯会议平台和学生开展一对一的课堂讨论，了解学生的学习情况，学生间交流学习体会；3.给学生发送电子版教材；4.向学生开放虚拟仿真实验平台。在实践中，线上教学取得了良好的教学效果，得到学生的好评。化学类实验课程与演示类实验不同，线上学习不能代替学生在实验室自主操作，但在非常时期，线上教学解决了学生“看不见，无法学”的问题，同时也为学生返校后进入实验室开展动手操作做好知识储备。

　　关键词：分析化学实验；SPOC；线上教学

　　中图分类号：G642文献标志码：A文章编号：2096-000X（2020）31-0113-04

　　2020年初，一场突如其来的新冠肺炎疫情打乱了中国人民生活的节奏，打乱了教育教学的节奏。在这个特殊的时期，如何做到停課不停教、延期开学不延期开课，同时还要保证教学质量，这是每个学校以及广大师生面临的一个挑战，许多学校都在积极采取措施迎接挑战[1-5]。

　　按照原教学计划，在2020学年春季学期，由东北大学理学院开设的分析化学实验课程面向理学院应用化学专业六个班、冶金学院环境科学专业一个班的学生开课，是学生的必修课。2月中旬，校院两级组织分别下发了本科教学工作实施方案的文件。文件要求，为应对疫情影响，要积极开展线上授课，将课堂建在学生身边。按照文件的要求，分析化学实验课程教学团队的教师对本学期该课程的授课方案进行了认真的讨论。众所周知，实验课教学和理论课教学不同，学习分析化学实验课程的主要目的是培养和训练学生动手实验的能力，使学生能够正确和熟练地掌握分析化学实验的基本操作和实验技能，为学生以后从事科研工作打下良好的基础。因此，如果完全以线上教学代替实验室动手操作，将达不到课程的教学目标，不能保证教学质量。但同时，如果在学生返校前不开展教学活动，对学生是一个很大的损失，也会导致学生在返校后课业压力太大的问题。经过讨论，教学团队的教师达成共识，本学期对分析化学实验课程实行线上线下混合教学，即，在学生返校前开展线上教学；在学生返校后，学生进入实验室进行实验操作。

　　为保证线上授课的顺利开展和教学质量，团队教师均通过在线直播或线下自学的方式接受了线上教学的培训，能较熟练地通过中国大学MOOC、雨课堂、腾讯会议等平台开展教学活动。在充分讨论的基础上，团队教师对线上教学进行了细致的计划和组织。

　　一、依托中国大学MOOC平台开展线上授课

　　（一）授课安排

　　学习该课程的学生来自全国各地，且大部分同学的居住地是农村，通讯条件和电子学习设备有限。考虑到以上情况，线上学习以非实时线上授课为主。东北大学分析化学实验SPOC课程于2018年3月在中国大学MOOC网站上线，已经运行了四个学期（分析化学实验MOOC于2020年3月上线[6]）。课程的主要内容包括分析化学实验基础知识、14个实验操作视频、9个实验项目课件视频、实验项目单元测试等，实验操作视频列表见表1。在以往的教学实践中，分析化学实验SPOC课程受到学生的欢迎，教师也积累了较丰富的线上线下混合教学的经验。因此，团队教师对于这学期开设线上授课信心十足。

　　本学期线上开课时间定为第一教学周第一天，非实时授课可以避开网络的拥堵，学生的学习时间方便灵活。为保证特殊时期的教学效果，开课前，每个实验项目的负责老师重新录制了实验项目的讲课视频。课程讲授不是简单的“朗读”ppt，而是要做到深入浅出的讲解，用理论知识指导实验操作，如实验一基本操作练习，以HCl滴定NaOH时选择甲基橙为指示剂，由此引出理论课教学中酸碱滴定指示剂选择的知识点。同时，讲授中注意将课堂教学和实际生产生活相结合，如测定铁矿石中铁含量的实验，在讲解中首先对铁矿石的知识进行了简单介绍。另外，在每个实验项目的最后，增加了本实验中所涉及化学试剂的介绍和安全使用，如K2Cr2O7的性质、危害及安全使用。

　　学生登陆SPOC网站后，要求首先学习分析化学实验基础知识（包括实验室安全知识、实验室意外事故的急救措施等）。每周学习一个实验项目，具体内容包括课件视频、实验操作视频等。在学习中有任何问题，可以随时在课程学习页面的讨论区留言提问，每天有教师上网答疑。

　　为加强学习记忆，要求同学在完成每个实验项目学习后撰写预习报告。考虑到撰写电子版预习报告可能存在同学之间复制粘贴的问题，要求同学必须手写预习报告。写完预习报告后，同学用手机拍照，发送给教师，教师对预习报告进行评阅。学生写完的预习报告需要留存，返校后进入实验室开展实验时需携带作为实验记录本使用。

　　为考察学习情况，要求学生在每周五完成本周所学实验项目的单元测验。题库中的测验题是由任课教师针对具体的实验项目编写，题型有判断题、单选题和多选题。学生在线测验有两次机会，每次8分钟，每次的测验题是系统从题库中随机选取，最后记录学生两次測验的最高分。

　　考虑到同学们返校后学习时间比较紧张，所以，返校后线下课堂学习是学生动手操作，原则上不再进行和实验项目相关的理论知识学习与讨论。

　　（二）学习数据统计

　　线上开课的第二天，7个班学生全部参加中国大学MOOC网站东北大学分析化学实验SPOC课程的学习。对实验一（基本操作练习）、实验二（醋酸总酸度的测定）、实验三（水样中Pb2+含量的测定）和实验四（自来水水硬度的测定）的学习数据进行统计，学生学习视频的人数大于98%，这表明学生的学习态度积极，能够珍惜和充分利用线上资源自主学习。对于个别没有上线学习的同学，教师会及时与其沟通，了解情况，督促改正。学生在学习过程中有任何问题都可以在线上学习页面的讨论区留言提问，教师每天上线答疑。

　　为检查学习情况，要求学生在学习后完成单元测验，学生参加实验一到实验四测验的成绩统计见图1。测试成绩满分为10分，从实验一到实验四，分数在6分以下的学生人数百分比分别为0.5%、4%、4%和1%；9分以上的人数百分比分别为68%、62%、78%和86%。统计结果表明，绝大多数学生能够认真在线学习，学习效果良好。并且，随着课程学习时间的延长，优秀以上成绩的学生人数越来越多，说明学生对课程内容掌握得越来越好。

　　二、依托腾讯会议开展实时课堂讨论

　　在开展了二周非实时线上授课之后，根据班级学委的反馈和MOOC后台统计数据，发现有些同学的学习情况很好，测验成绩优秀；同时也有个别同学的测验成绩不及格。为及时了解和督促同学的学习，在第三教学周，依托腾讯会议平台，与7个班的同学开展实时课堂讨论。为保证讨论课效果，每次限定一个班级，教师逐一和每个同学直接对话。

　　7个班同学参加线上讨论课的人数百分比为97～100%。在讨论课中，学习好的同学介绍了自己的经验，如，在观看和学习课件视频和实验操作视频时，遇到重要的内容，会按视频暂停键，记录笔记；看完一遍后如果有不清楚的内容，会再次学习观看。另外，由于每个同学有两次测验的机会，所以，有的同学会在完成一次测验后，再次观看和学习视频，这对第二次测试时取得好的成绩很有帮助。有的班级还建立了课程讨论群，同学间彼此答疑互动。对于成绩不好的同学，教师也询问了原因，这些同学的主要原因是学习时不够认真，对一些细节没有重视，如使用滴定管时应该如何读数，用移液管移液时的正确操作等。开展分析化学实验对学生的实验技能要求较高，为保证实验结果的精密度和准确度，要求学生必须做到科学严谨、认真细致。

　　在学生不能返校上课这种特殊的情况下，通过这种一对一对话的方式，教师可以将关心和问候传递给每一个同学。在讨论课中，教师简要地向同学们介绍了科学人员在抗疫中的重要作用，从新冠病毒的定性、到检测新冠病毒核酸试剂盒的研制、再到新冠病毒疫苗的研制。将思政教育融入到课程教学中，鼓励同学们努力学习，用科学知识武装自己，作一个有责任心和有担当的大学生，毕业后更好地为国家和人民服务。

　　三、发送电子版教材

　　分析化学实验课程的教材是由东北大学分析化学实验教学团队的教师编写，于2019年3月出版[7]。因学生尚未返校，没有纸质版教材，这给学习带来不便。为此，教学团队和出版社老师沟通，在出版社的大力支持下，教师将教材中和本学期相关的实验项目汇编，给学生发送了分析化学实验教材节选的电子版。以最大程度满足学生的学习要求。

　　四、开展虚拟仿真实验教学

　　安全是化学实验的重中之重，安全教育是化学实验的第一堂课。东北大学“化学实验安全教育情景互动式虚拟仿真教学项目”是国家虚拟仿真实验教学项目，学生登陆国家虚拟仿真实验教学项目共享平台[8]，通过沉浸式虚拟仿真学习和实景模拟操作，可以直观地看到化学实验中的危险，演练如何安全操作和实验。通过课程学习，在学生头脑中牢固地树立安全实验的意识。

　　东北大学化学实验虚拟仿真实验教学项目于2018年开始建设，边建设边使用。在疫情期间，项目平台对不能返校的东北大学学生开放[9]，网站上有近20个分析化学的虚拟仿真实验项目，分析化学实验教材中一些经典的实验项目都在其中，如工业纯碱中总碱度的测定、水硬度的测定、氯化物中氯含量的测定等。学生用学号登陆网站，可以开展虚拟实验操作。图2是食用醋总酸度测定虚拟仿真实验截图。

　　五、推荐优秀线上学习资源

　　考虑到学生不能返校，缺少教学资源，教师特别整理了优秀的线上学习资源推荐给学生。包括：中国大学MOOC网站东北大学分析化学课程（国家精品在线课程）[10]、高教社电子教材网站[11]、科学出版社的科学文库[12]、化学工业出版社电子书网站[13]、中国大学MOOC网站上大连理工大学和武汉大学的分析化学实验慕课等[14，15]。

　　六、结束语

　　在抗击新冠肺炎疫情期间，通过多种途径开展了分析化学实验课程线上教学。线上学习具有不受时间和地点限制的特点，方便学生根据自己的情况灵活地开展自主学习，随时随地开展课前预习和课后复习。但是，线上学习要求学生具有较强的自我约束能力，教学中发现，有个别同学会忘记参加学习，或学习效果不好。为此，需要教师随时跟踪学生的学习情况，及时发现和解决问题。

　　在互联网高速发展的今天，单一的线下教学模式已经不能满足学生的需求，多元化的线上教学、线上线下混合教学受到学生的欢迎。分析化学实验课程的线上教学不仅是目前特殊时期的教学手段，在以后的教学实践中，我们将继续探索和实行分析化学实验课程的线上线下混合教学，不断总结教学经验，丰富教学内容，改进教学手段，为建设国家线上线下混合式一流课程而努力。