虛擬仿真平臺結合雨課堂實現有機化學實驗的線上教學

陳結霞，吳運軍，李祥子，馮志君，胡 磊，王 慧，夏小慶，王偉軍，尉 艷

(皖南醫學院藥學院化學教研室，安徽 蕪湖 241002)

為進一步落實國家教育部“停課不停教，停課不停學”的指導意見精神：在慕課和實驗資源平臺服務支持帶動下，依托各級各類在線課程平臺、校內網絡學習空間等，積極開展線上授課和線上學習等在線教學活動，保證疫情防控期間教學進度和教學質量。學校根據學生實際情況，秉承一切以學生的學習為中心的教育理念，在院領導的指導下，充分發揮教研室的集體智慧，授課教師群策群力尋找適合我們自己獨特的教學方式及教學平臺，全校齊心協力打造高效課堂。結合我校網絡教學的實際，依托潤尼爾虛擬仿真實驗教學平臺，利用雨課堂在線教學平臺實現《有機化學實驗》課程的線上教學。

1 基于虛擬仿真和雨課堂平臺的線上實驗教學模式的設計

《有機化學實驗》是醫學院校中臨床醫學、麻醉學、預防醫學等醫學相關專業和藥學、制藥、藥劑等藥學相關專業的一門必修專業基礎實驗課程，其內容與醫學理論課程息息相關[1-3]?！队袡C化學實驗》是實踐性非常強的一門課程，其教學目標一方面是配合理論課堂教學，以驗證和鞏固理論教學中講授的基礎理論和基礎知識；另一方面是訓練學生的實驗基本操作技能，讓學生正確進行有機化合物合成和結構鑒定；更重要的是培養學生在實驗室工作過程中真實、科學的記錄實驗過程，理論聯系實際的觀察問題、發現問題、分析問題、解決問題的能力，養成科學、嚴謹的科研工作習慣。其在進行線上實驗課教學過程中，最大的問題是無實物給學生練習實踐。

基于虛擬仿真平臺的學生線上實驗操作學習和模擬練習，再結合雨課堂線上教學模式為有機化學實驗教學提供了新的思路[4-7]。我們根據《有機化學實驗》教學大綱要求，擬利用虛擬仿真和雨課堂平臺構建《有機化學實驗》線上課程，以“易燃易爆試劑乙醚的蒸餾”的實驗內容及實驗方法進行設計為例，實現學生對該實驗內容雨課堂平臺線上預習、課程內容學習、課后實驗報告書寫及虛擬仿真平臺模擬操作。整個實驗課設計如下。課前：通過QQ群分享“虛擬仿真網絡教學管理平臺-學生”、瀏覽器及插件，督促學生完成實驗平臺操作的學習，可以正常訪問實驗平臺；在雨課堂平臺推送教材、相關資料及預習習題，希望通過習題的練習，督促學生認真完成預習。課中：利用雨課堂線上教學平臺給學生介紹實驗的原理、內容、操作步驟、注意事項及虛擬仿真平臺的相關內容。對學生的預習情況做出及時評價，鼓勵表現好的學生能夠更進一步，督促表現不好的學生要迎頭趕上。課后：利用QQ群隨時解決學生實驗平臺操作中遇到的問題，并督促學生多練習幾遍，熟練實驗操作，記錄實驗現象，以彌補線上實驗教學無實物操作的不足。依托雨課堂平臺，設計實驗報告，內容包括實驗目的、原理、步驟、結果與討論及注意事項，并將實驗的重難點及實驗步驟等設計成選擇題及填空題，讓學生復習實驗內容的同時，通過習題的訓練，加深對實驗的理解及實驗操作的熟悉。

2 線上實驗教學的實施

2.1 虛擬仿真實驗平臺的準備

2.1.1 教師方面 在實驗課開設之前，需要利用平臺現有的資源，緊扣《有機化學實驗》課程大綱，與平臺工程師反復溝通實驗內容的安排。同時分別以教師及學生的身份進入平臺，反復試驗，熟悉平臺的性能及實驗過程的各種環節并發現可能存在的問題，以備在未來實驗過程中，能準確回答及處理學生各種關于操作、平臺、實驗等相關問題，確保每個學生都能順利完成實驗操作。

2.1.2 學生方面 由于實驗需要利用電腦完成，對于瀏覽器及電腦配置有一定的要求，需要先通過已創建的QQ學習群指導學生在電腦上完成其準備過程，并在過程中隨時利用QQ群解答學生關于實驗操作的問題，同時與平臺工程師及時聯系解決同學關于實驗平臺相關的技術問題，如密碼錯誤、賬號登陸不是自己，或者實驗內容缺失等問題，保證有電腦的同學都能順利完成實驗。

2.2 課前預習通過QQ學習群，仔細和學生溝通實驗課的上課模式。教師先介紹實驗內容，利用雨課堂將實驗教材電子版關于乙醇沸點的測定PDF文件及相關蒸餾操作視頻推送給學生，并指出實驗的重點和難點，提供給學生自學。在教會學生蒸餾操作的實驗通法之后，針對虛擬仿真實驗中乙醚的蒸餾，推送了“重要的化學品——乙醚”的性質介紹相關資料。學生通過學習pdf文件內容，并觀看視頻對實驗有大致了解，然后通過雨課堂推送預習習題“如果被蒸餾的對象是乙醚，您認為實驗步驟與乙醇蒸餾有什么不同？乙醚蒸餾裝置安裝過程中要注意哪些問題？操作時實驗臺附近為什么要嚴禁火種？”。通過主觀試題，要求學生思考乙醇和乙醚性質的不同導致其蒸餾過程的差異，理解實驗的基本原理、操作及注意事項等，達到考察學生預習效果的目的,并將實驗教材內容與實驗平臺內容有機結合起來。同時，學生通過課前的學習，了解了本課程實驗的重點和難點，并且明確了本次實驗所要進行的任務。老師通過查看相關資料的學習情況及對主觀題的批改，基本能了解學生的預習情況及學生對本實驗的最大問題及困難所在。在授課過程中，再針對性講解，使授課內容針對性更強，也能及時解決學生學習中的困難。

2.3 線上授課“停課不停教”，在線教學對于教師既是新的挑戰，也是探索教學新模式、提升在線教學能力的契機。面對學校有近2000名一年級學生需要開設《有機化學實驗》線上課程，作為第一個開始實行虛擬仿真平臺結合雨課堂線上教學模式的教師，在開課前兩周就對《有機化學實驗》課程進行了設計，請教教研室相關老師把關，并進行反復修改。開課前又進行網絡試講、網速測試、功能操作測試、學生互動預演等工作。為保障學生順利完成學習任務，確保在線教學質量，對線上教學進行了精心部署，預先準備了直播和錄播兩套方案，采用PPT和視頻播放等多種教學方式[8-10]。開課第一天，《有機化學實驗》課程使用雨課堂直播教學，收到了良好的學習效果。開課之前，利用QQ群及雨課堂提醒學生上課時間，確保全員準時進入課堂。

為彌補距離造成的隔閡，利用師生互動方式，將學生的注意力“鎖”在課堂上。針對教學內容，將知識點碎片化，大約每5 min與學生互動一次?；硬捎脧椖?、投稿以及答題等方式進行，有效避免學生注意力不集中，增加學生在線教學的參與感與獲得感。經課后雨課堂數據統計，一節課的線上授課過程中師生互動彈幕消息達107次，課堂投稿6次，互動題目2次，學生參與度達95%以上。此外，雨課堂答題功能可以實時掌握學生的在線學習動態，教師可以及時掌握未參與答題學生的情況，督促學生盡快參與到課堂互動環節中。教師用知識之光為學生焦躁的心靈注入了能量，讓課堂教學既有溫度又有厚度。

授課內容方面，一方面介紹乙醚的蒸餾實驗的相關內容，在其中穿插對于課前預習情況的介紹，預習結果分析，并將預習習題穿插到實驗內容中。不同的班級用不同的課件，鼓勵優秀的學生更加的努力上進，并提醒表現不是非常好的同學要注意改進加油，迎難而上；另一方面，利用視頻共享功能給同學們詳細演示平臺操作及相關注意事項。讓學生學會使用實驗平臺，并加深對于實驗原理、步驟及過程的理解。著重引導，讓學生自己動手進行虛擬仿真實驗操作。

2.4 熟悉實驗現象學生通過賬號和密碼登錄，進入虛擬仿真實驗平臺中的有機化學實驗模塊，點擊乙醚的蒸餾實驗名稱，進入操作，按照提示，一步步完成模擬實驗過程，學生可以反復操作至熟練，然后提交。提交后，若還想練習，仍可點擊復習實驗。實驗過程中出現的技術方面問題可咨詢QQ群內公司方面的技術員，實驗內容方面的問題可由授課老師進行答疑。實驗結束后，教師登錄實驗平臺了解學生的實驗完成情況。平臺最大的好處是讓感興趣的同學可以反復操作、熟悉，掌握每個實驗過程的細節及注意事項，并要求學生記錄下來。

2.5 課后作業考慮到線上長時間教學對學生視力的影響及對學生家庭網絡及電腦配置的要求等等因素的影響，因此，對于實驗報告的書寫，我們沒有要求學生在線上完成，而是設計成試卷，包括實驗原理、步驟、結果及討論等部分，以單選及填空題的形式考察學生對于實驗內容的掌握，通過雨課堂將試卷發送給學生。學生需要對實驗熟練掌握之后，才能很好地完成相應的測試。一方面，減輕了學生書寫電子實驗報告的負擔，另一方面對學生掌握實驗內容提出了更高的要求。

3 建立過程性評價體系

結合過程性評價的要求，學生的實驗成績由四部分構成：預習情況、課堂表現、虛擬仿真平臺實驗操作及實驗報告完成情況，將對學生的評價貫穿于整個教學過程中，要求所有學生積極參與教學的每一個環節，并力求對所有學生做到公平、公正。具體分配及比例見表1。

表1 實驗成績組成

4 實驗教學效果評價

線上教學結束后，利用幾分鐘聽取學生的課堂及在線實驗平臺反饋，學生參與度較高，提出了很多寶貴的意見和建議。比如，講授視頻能否回放，實驗報告是否線上書寫，實驗提交后能否重置等等。新穎的教學方式和精彩的教學環節，學生給予了積極的肯定，讓學生能學有所獲。很多同學認為我們的虛擬仿真系統很好，能學到很多東西，比游戲更有吸引力，特別是實驗過程中的操作基本都能很好掌握，這從我們的實驗報告完成情況及成績也能很好體現出來。以其中一個班為例，其中90分以上的同學占70.9%；80至90分之間的同學占17.3%；60至80分之間的同學占10.2%；60分以下的同學僅占1.6%。如表2所示，各班的平均分基本在90分左右，學生總人數大約1000人，平均分達到89.5分。這個結果體現絕大多數學生對實驗內容都掌握得很好。也從一個角度體現了，本實驗設計方案在這個特殊時期是非常有意義的，是值得推廣的。

從大綱完成角度來看，我們的虛擬仿真平臺讓學生能夠模擬實驗操作，在驗證和鞏固理論教學中講授的基礎理論和基礎知識的同時，訓練學生蒸餾操作技能；更重要的是在實驗操作過程中，培養學生真實、科學的記錄實驗過程，并通過乙醇和乙醚蒸餾操作的對比，培養學生理論聯系實際的觀察問題、發現問題、分析問題、解決問題的能力，養成科學、嚴謹的科研工作習慣。圓滿克服了線上實驗課教學無實物給學生練習實踐的問題，并帶給學生與實體操作完全不同的實驗體驗。

5 總結

“停課不停學”，讓我們可以更深入地去思考學生學習的規律到底是什么?怎樣的課堂更有利于我們的學生?也讓我們站在時代的前沿，利用“互聯網+”的模式重新審視自己的課堂。疫情防控期間，空中課堂的在線學習，是對全體師生的一次考驗?；谔摂M仿真平臺結合雨課堂實現實驗課線上教學模式，充分體現了以學生為中心的特點，調動了學生學習的主動性和參與的積極性，培養了學生創新思維能力，同時大大提高了實驗教學效果，值得進一步推廣。