張向榮,白艷紅,李健軍,楊國鑫,林培玲,唐玉海
西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院,化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,西安 710049
醫(yī)用有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是面向我校(西安交通大學(xué))臨床、基礎(chǔ)檢驗(yàn)、預(yù)防、護(hù)理、口腔、藥學(xué)等專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門48學(xué)時(shí)必修實(shí)踐課程,開設(shè)在大一學(xué)年的第二學(xué)期。醫(yī)用有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)在內(nèi)容上注重有機(jī)化學(xué)自身專業(yè)特點(diǎn),包含與生命科學(xué)有關(guān)的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作技能的訓(xùn)練,是生理、藥理、藥化等專業(yè)基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)。學(xué)生對(duì)醫(yī)用有機(jī)化學(xué)等課程的掌握情況決定了藥物化學(xué)、生物化學(xué)、化學(xué)生物學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)效果。另外,通過醫(yī)用有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí),能夠加深學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)基本理論知識(shí)的理解,使學(xué)生掌握有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作技能,提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力。
醫(yī)用有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)有的教學(xué)模式以教師課堂講授示教為主,實(shí)驗(yàn)課教師課上按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)講授。這就造成,教師課前對(duì)學(xué)生預(yù)習(xí)情況和重點(diǎn)難點(diǎn)把握不清楚,不能進(jìn)行有效針對(duì)性的講解,學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)不能深入理解與掌握,不能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性,學(xué)習(xí)效果較差[1]。醫(yī)用有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程作為一門公共基礎(chǔ)必修課程,低年級(jí)學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)還沒有進(jìn)行過專業(yè)課程的學(xué)習(xí),往往認(rèn)為本課程與專業(yè)結(jié)合不緊密,造成了學(xué)生對(duì)本課程不重視,雖然實(shí)驗(yàn)前要求學(xué)生完成預(yù)習(xí)報(bào)告,但多數(shù)學(xué)生流于形式,敷衍了事;實(shí)驗(yàn)過程完全照書操作,缺乏思考、創(chuàng)新,實(shí)驗(yàn)中聊天、玩手機(jī)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生;實(shí)驗(yàn)結(jié)束后缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)的反思、總結(jié),實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成質(zhì)量差[2]。學(xué)生缺乏自主學(xué)習(xí)、思考過程,學(xué)習(xí)熱情不高;課程結(jié)束后,收獲較小,無法滿足創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求。
另外,由于實(shí)驗(yàn)課程學(xué)時(shí)安排與學(xué)時(shí)限制,在現(xiàn)行醫(yī)用有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中難以安排綜合性實(shí)驗(yàn),部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由于實(shí)驗(yàn)空間、實(shí)驗(yàn)器材等硬件條件的限制,學(xué)生仍需分組完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,這樣就導(dǎo)致學(xué)生只能合作完成實(shí)驗(yàn),不能獨(dú)立完整完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,無法較好培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力;同時(shí),任課教師課上需同時(shí)指導(dǎo)大量學(xué)生,對(duì)實(shí)驗(yàn)過程缺乏有效的一對(duì)一監(jiān)管,無法保證實(shí)驗(yàn)完成質(zhì)量,這種教學(xué)模式不利于培養(yǎng)專業(yè)技能扎實(shí)的創(chuàng)新型人才[2]。
針對(duì)面向需求的實(shí)踐課程教學(xué)特點(diǎn)[3],以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為目標(biāo),構(gòu)建了適合醫(yī)用有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的混合教學(xué)模式,主要包括變更教學(xué)方法、豐富教學(xué)內(nèi)容、引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、完善課程考核體系四個(gè)方面。
以強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神為目標(biāo)將教學(xué)全過程總結(jié)為“教學(xué)三環(huán)節(jié)”,即“教學(xué)環(huán)節(jié)”“交流環(huán)節(jié)”以及“評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)”,同時(shí),將三個(gè)環(huán)節(jié)分別滲透在“授課三階段”(課前+課中+課后)。
課前:鍛煉學(xué)生自學(xué)能力。教師通過思源學(xué)堂BB + ClassIn (BB,Blackboard西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái),主要功能包括網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)、教學(xué)資源展示共享、教學(xué)互動(dòng)、交流協(xié)作、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和評(píng)測(cè)反饋等)發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)、明確學(xué)習(xí)要求,學(xué)生自主在線學(xué)習(xí)視頻課程資料,完成學(xué)習(xí)任務(wù)[4]。教師在上課前收集學(xué)生自學(xué)問題,針對(duì)性備課(圖1)。
圖1 思源學(xué)堂BB + ClassIn課前預(yù)習(xí)測(cè)試功能展示
課中:激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性。教師在課堂上進(jìn)行隨機(jī)提問測(cè)試,檢驗(yàn)學(xué)生預(yù)習(xí)效果,并對(duì)自學(xué)產(chǎn)生的共性問題進(jìn)行講評(píng),隨后進(jìn)行重點(diǎn)和難點(diǎn)精講。實(shí)驗(yàn)課程中設(shè)置設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,拋出問題讓學(xué)生進(jìn)行分組探索討論,并進(jìn)行匯報(bào)展示及實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論,一對(duì)一指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)存在的問題。課程結(jié)束后教師通過思源學(xué)堂發(fā)布隨堂作業(yè)并進(jìn)行總結(jié)。
課后:多平臺(tái)課后通訊,完善知識(shí)售后,及時(shí)客觀全面評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)狀況,一對(duì)一進(jìn)行準(zhǔn)確答疑討論,梳理統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù),為教學(xué)改進(jìn)和個(gè)性化教學(xué)提供重要依據(jù)。
2.2.1 “名師導(dǎo)學(xué)”+“科研實(shí)訓(xùn)”
在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上增加“名師導(dǎo)學(xué)”和“科研實(shí)訓(xùn)”環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)是學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)的前提和保障,通過名師錄制導(dǎo)學(xué)視頻來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí),視頻課程由我校省級(jí)教學(xué)名師、課程團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人唐玉海教授領(lǐng)銜錄制,教師進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)示教及演示,視頻課程依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)流程模塊和在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)講義、課堂PPT等各類教學(xué)素材,錄制完成后借助思源學(xué)堂為學(xué)生共享發(fā)布相關(guān)學(xué)習(xí)資料。
針對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生,結(jié)合專業(yè)實(shí)際,創(chuàng)新育人模式,將醫(yī)學(xué)相關(guān)的檢測(cè)手段及科研成果及時(shí)植入實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,打通課堂教學(xué)和科研實(shí)際的通道,突破了學(xué)生本身原有的模塊化知識(shí)結(jié)構(gòu),拓展了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的廣度和深度,讓實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不再局限于課本上的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。以科研實(shí)訓(xùn)為向?qū)?,?yōu)選學(xué)科研究前沿案例進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練,借鑒學(xué)院教師科研所涉及的苯硼酸與2-溴吡啶的SUZUKI偶聯(lián)反應(yīng)成果作為本科學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)選做內(nèi)容,通過:1) 布置實(shí)驗(yàn)主題;2) 學(xué)生自主查找文獻(xiàn)制定實(shí)驗(yàn)方案;3) 課堂分組匯報(bào)論證;4) 教師提供實(shí)驗(yàn)場地及實(shí)驗(yàn)所需器材;5) 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并答辯匯報(bào);6) 以論文替代常規(guī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。最終,通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、科研文獻(xiàn)閱讀、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、報(bào)告撰寫、實(shí)驗(yàn)探究多個(gè)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練引導(dǎo)學(xué)生多角度分析和評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題,培養(yǎng)學(xué)生面向?qū)嵺`、面向社會(huì)需求的創(chuàng)新思維和能力。與此同時(shí),科技前沿知識(shí)的不斷更新既滿足了學(xué)生的求知欲又增加了學(xué)生的國家自豪感和信任感。
2.2.2 “思政”與“實(shí)踐”有機(jī)融合
理工科核心課在混合式教學(xué)模式下,可以不斷突破課程質(zhì)量和學(xué)習(xí)成效的上界,實(shí)現(xiàn)真正落地的課程思政教育。利用優(yōu)質(zhì)的在線資源,在課前和課后與學(xué)生加強(qiáng)互動(dòng),及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)瓶頸,分享其學(xué)習(xí)感悟,解決其學(xué)習(xí)困惑,這是一個(gè)開展本沒有時(shí)間進(jìn)行、但是又非常重要的課程思政教育的好機(jī)會(huì),當(dāng)然,混合教學(xué)和課程思政是在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代教師必須注重開展的教育教學(xué)改革。
通過將思政元素融入醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的各個(gè)環(huán)節(jié)(圖2),強(qiáng)化醫(yī)學(xué)生職業(yè)生涯、醫(yī)學(xué)倫理、科研誠信教育,發(fā)揮課程思政作用,著力培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生救死扶傷的精神,讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)和理解“面向人民生命健康”的重大意義[5]。例如,在講授“茶葉中咖啡因的提取與鑒定”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí),將索氏提取器進(jìn)行固液萃取操作與諾貝爾獎(jiǎng)獲得者屠呦呦提取青蒿素方法進(jìn)行對(duì)照,使學(xué)生了解固液萃取有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法在造福人類過程中的魅力,青蒿素作為我國真正意義上的原創(chuàng)抗瘧疾新藥,讓非洲地區(qū)約2.4億人口受益,為世界醫(yī)學(xué)做出了重要貢獻(xiàn)。屠呦呦先生從“青蒿一握,以水二升漬,絞取之,盡服之”得到啟迪發(fā)現(xiàn)青蒿素,強(qiáng)調(diào)提取中不能加熱,而咖啡因的提取需要通過熱乙醇回流進(jìn)行,這種醫(yī)藥技術(shù)產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新成就的引入讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和課程思政都能更好地“感同身受”。此外,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的進(jìn)行必定會(huì)有成功和失敗,很多時(shí)候?qū)嶒?yàn)的成功并不取決于學(xué)生的整體思路,而是取決于一些非常容易被忽略的小細(xì)節(jié),如何正確地面對(duì)失敗并及時(shí)查找原因、規(guī)范自己的實(shí)驗(yàn)行為才是關(guān)鍵,當(dāng)然,適度的挫折教育也可以更好地幫助學(xué)生樹立健全的人格和健康的心理。
圖2 實(shí)踐教學(xué)全過程融入“思政元素”
2.2.3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的引入——以“茶葉中咖啡因的提取與鑒定”為例
在傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中,茶葉中咖啡因的提取與鑒定包括了原材料的干燥、粉碎、咖啡因提取(索式提取+升華純化)、分離分析鑒定(紅外鑒定+GC-MS聯(lián)用+HPLC分析)等全過程,全程需12學(xué)時(shí),由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)限制,實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生僅能完成咖啡因的提取與分離[6]。針對(duì)這一問題,我校運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)設(shè)計(jì)完善了咖啡因的定性鑒定與定量分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,在有限的課時(shí)內(nèi)利用有限的實(shí)驗(yàn)空間和充分的網(wǎng)絡(luò)資源完成綜合性實(shí)驗(yàn)的有效訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識(shí)和多種技術(shù)手段分析解決復(fù)雜科學(xué)問題的綜合能力和創(chuàng)新思維。
我校自2012年依托于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心正式啟動(dòng)了化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè),目前擁有完善的化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)及各類化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目三十余項(xiàng),并已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我校不同層次化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中。2016年我校化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心被評(píng)為陜西省級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,2017年度“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)”獲得教育部在線教育獎(jiǎng)勵(lì)基金優(yōu)秀項(xiàng)目獎(jiǎng),2019年虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目“茶葉中咖啡因的提取與鑒定”被評(píng)為陜西省級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。
學(xué)生通過前期線上視頻導(dǎo)學(xué)后登錄虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)(圖3),平臺(tái)提供學(xué)生選課、理論測(cè)試、虛擬實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)答疑等功能模塊;在導(dǎo)航頁點(diǎn)擊“做虛擬實(shí)驗(yàn)”快捷圖標(biāo),進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)測(cè)試界面進(jìn)行對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)操作[7]?!翱Х纫虻奶崛∨c制備”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共有4個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K(圖4):(1) 咖啡因的提取模塊(圖5);(2) 咖啡因的紅外光譜分析模塊(圖6);(3) 咖啡因的質(zhì)譜分析模塊(圖7);(4) 咖啡因的高效液相色譜分析模塊(圖8)。
圖3 開放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)登錄
圖4 “咖啡因的提取與制備”實(shí)驗(yàn)界面
圖5 咖啡因的提取過程
圖6 咖啡因紅外鑒定操作界面
圖7 咖啡因氣-質(zhì)鑒定(GC-MS)操作界面
圖8 咖啡因高效液相色譜鑒定操作界面
通過線上虛擬練習(xí)后,學(xué)生對(duì)本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和基本操作已經(jīng)有了較好的認(rèn)識(shí)和理解,因此,在線下實(shí)驗(yàn)室無需再進(jìn)行重復(fù)講解,只需要對(duì)重難點(diǎn)和注意事項(xiàng)進(jìn)行強(qiáng)調(diào),實(shí)驗(yàn)期間,教師重點(diǎn)觀察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范情況及對(duì)安全隱患的防范情況,培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力,并隨時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)討論,充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行分組交流討論互評(píng)、教師點(diǎn)評(píng)總結(jié)。重難點(diǎn)線下指導(dǎo)練習(xí)的模式使學(xué)生全面掌握茶葉中咖啡因的提取與鑒定全部實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
2.2.4 實(shí)驗(yàn)課程考核體系
醫(yī)用有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程采用多樣化考核方式,注重過程評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià),整個(gè)評(píng)價(jià)過程貫穿課前、課中和課后,評(píng)價(jià)方式涵蓋學(xué)生自評(píng)、學(xué)生互評(píng)和教師評(píng)價(jià)[8]。評(píng)價(jià)途徑具體包括了:視頻學(xué)習(xí)、習(xí)題測(cè)試、作業(yè)及報(bào)告考核、課堂互動(dòng)及教學(xué)參與、拓展評(píng)價(jià)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作、線下實(shí)驗(yàn)操作等環(huán)節(jié),實(shí)驗(yàn)考核主要由平時(shí)成績(30%)、實(shí)驗(yàn)過程(40%)、學(xué)習(xí)效果(30%)三大部分組成,具體考核細(xì)節(jié)見圖9。
實(shí)驗(yàn)課程對(duì)學(xué)生的考核應(yīng)該側(cè)重實(shí)驗(yàn)技能掌握情況及自主創(chuàng)新拓展能力。在實(shí)踐過程部分,通過線上虛擬仿真操作+線下實(shí)體操作兩部分來評(píng)價(jià)學(xué)生的操作技能掌握情況。在學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)部分,以實(shí)驗(yàn)報(bào)告+創(chuàng)新拓展項(xiàng)目匯報(bào)+期末理論考核三者結(jié)合的方式進(jìn)行,綜合考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)束后技能的獲得情況,尤其是在拓展項(xiàng)目匯報(bào)環(huán)節(jié),要求學(xué)生提交規(guī)范的“科研論文”形式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告,強(qiáng)調(diào)用認(rèn)真的態(tài)度、規(guī)范的專業(yè)描述、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程分析及深入的結(jié)果討論,做到實(shí)事求是、數(shù)據(jù)可靠、格式規(guī)范、分析得當(dāng)、結(jié)論正確[9]。
圖9 醫(yī)用有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)考核組成示意圖
為了考查混合教學(xué)模式在本課程中應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,通過發(fā)放醫(yī)用有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)線上線下混合教學(xué)問卷進(jìn)行學(xué)期末教學(xué)質(zhì)量反饋。問卷調(diào)查共收回有效問卷407份,學(xué)生滿意度為97.08% (圖10),85.51%的學(xué)生表示經(jīng)常會(huì)在課后翻閱豐富的線上教學(xué)資源,回看教學(xué)視頻,另外,超過半數(shù)的同學(xué)通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)到更多的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)儀器操作方法,提高了預(yù)習(xí)的興趣和效率。
圖10 醫(yī)用有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)線上線下混合教學(xué)滿意度調(diào)查結(jié)果
基于“虛實(shí)結(jié)合”構(gòu)建的醫(yī)用有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程混合教學(xué)模式,通過改變教學(xué)方法,將實(shí)踐教學(xué)三個(gè)環(huán)節(jié)“教學(xué)環(huán)節(jié)”“交流環(huán)節(jié)”以及“評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)”融入“授課三階段”,讓實(shí)踐教學(xué)以時(shí)時(shí)、處處、人人皆可學(xué)的“新形態(tài)”展現(xiàn)在學(xué)生面前;通過豐富教學(xué)內(nèi)容,將“名師導(dǎo)學(xué)”“科研實(shí)訓(xùn)”“思政元素”有機(jī)融入“實(shí)踐課程”,達(dá)到了潤物細(xì)無聲的育人效果;通過引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn),有效改善目前實(shí)踐教學(xué)中存在的時(shí)間和空間有限問題;最后通過構(gòu)建的新型實(shí)驗(yàn)考核體系,注重過程評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià),進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)踐能力。