王丹 任東

摘 ?要：在環(huán)境專業(yè)眾多基礎課中，分析化學是學生將化學反應原理應用于實際的入門級課程，涵蓋環(huán)境化學領域涉及的重難點知識。為解決當前線上教育平臺不便于開展實驗實訓教學的難題，文章從分析化學課程實踐教學的必要性、實踐教學現狀分析、設計網上實踐教學方案以及組織與實施等多個方面進行探討，以滿足線上實驗教學的發(fā)展需求，從而提高環(huán)境專業(yè)學生的綜合學習水平。

關鍵詞：開放教育;化學課程;線上實踐教學;組織與實施

中圖分類號：G640 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）18-0074-04

Abstract： Among the many basic courses of environmental specialty， Analytical Chemistry is an introductory course for students to apply the principle of chemical reaction into practice， covering the important and difficult knowledge involved in environmental chemistry field. In order to solve the current implementation problems of experiment practice teaching in online education platform， this article discussed the possibility for experiment practice teaching implementation from the necessity of practice teaching in analytical chemical curriculum， practice teaching present situation analysis， design online practice teaching plan， and organization and execution to satisfy the demands of online experiment teaching development and to improve the general study skill of the environmental scholars.

Keywords： open education; chemistry curriculum; online practice teaching; organization and implementation

在線上開放教育過程中，實踐教學是關鍵組成部分之一，它與理論教學相輔相成，在對高等院校環(huán)境工程專業(yè)人才進行培養(yǎng)時，發(fā)揮著極其重要的作用。實踐教學既可以促進素質教育的全面發(fā)展，進一步深化教學改革，又可以提高教學質量，實現培養(yǎng)目標，促進理論教學與實踐相結合，對學生知識的掌握起到積極作用，鞏固和理解。同時，拓展學生知識面，促進理論知識向實際應用轉化，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學生個性品質，從而提高其綜合素質。一般來說，在線上開放教育實踐性教學中，培養(yǎng)傳統(tǒng)教育十分重視專業(yè)能力，不僅要提高學生的理論聯系實際的能力，還需要增強學生綜合素質，提高其自主學習能力，讓學生在面對現代教育技術環(huán)境時，更好地適應社會發(fā)展和時代需求，加強學生的終身學習能力，充分利用教育與現代交流的結合。因此，利用遠程教育平臺怎樣展開實訓教學，使環(huán)境專業(yè)學生對環(huán)境化學涉及的實驗操作技能進行學習并在今后工作中加以實際應用，提高其自身競爭力，是當前環(huán)境專業(yè)教育工作者完善線上線下混合教學模式迫切需要解決的難題。

一、化學課程實踐教學的必要性

分析化學是化學類本科專業(yè)學生的主干基礎課之一，其理論和方法是其他一切與化學有關的課程以及專業(yè)的基礎。課程的具體教學目標可歸納為下述幾點：（1）掌握常量組分在定量分析中的基本知識、理論和分析方法;（2）掌握分析測定中誤差的來源和表征，以及實驗數據的統(tǒng)計處理方法與表達;（3）掌握四種常見的滴定方法的原理和計算，并掌握其他常用的定量分析方法;（4）初步了解分析化學在化工、生物、醫(yī)藥、能源和信息等領域中的應用;同時理解其他學科發(fā)展的新技術、新成就對分析化學的促進作用。分析化學的教學要求詳見表1。實踐教學是其重要的組成部分之一，在一定程度上對教學水平的提高起到促進作用。通過實驗實訓，能夠訓練學生掌握正確的實驗基本操作技能，使學生學會記錄實驗數據，對誤差進行處理及分析[1]。“量”是化學分析中比較重要的一個概念，學生在掌握理論知識的基礎上，可以自行解決和處理在滴定分析法中發(fā)現的問題，同時培養(yǎng)學生實事求是的科學作風、嚴謹的治學態(tài)度以及良好的學習習慣，提高其分析和解決問題的能力，從而增強學生綜合素質。此外，還能使環(huán)境專業(yè)本科學生的自身競爭力提高，有助于推動日后其個人職業(yè)的發(fā)展。

二、實踐教學現狀分析

在線上教學中，因為受到諸多因素如管理、教學對象、環(huán)境、條件及觀念等的限制，實踐性教學往往成為較為常見的難點之一。通常開展開放教育實踐教學時，對其產生制約的因素有很多，包括以下幾點：（1）大部分環(huán)境專業(yè)學生課業(yè)安排緊，課時量繁多，而安排脫產實習又比較集中，無法順利進行;（2）線上教學期間，由于學生處于分散狀態(tài)，存在明顯的時空差距，而實驗儀器設備相對集中，學生之間不能共享;（3）環(huán)境專業(yè)具有辦學規(guī)模大和學生數量多的特點，而實踐教學則要求個性化、相對具體的實際應用，無法滿足所有學生的學習需求;（4）由于實踐教學要求較高，但是不同學生的學習能力存在著一定的區(qū)別，并且學生的自主學習能力不一、個體學習基礎等也無法適應實踐教學的統(tǒng)一要求?；谏鲜鲇绊懸蛩?，教師的教學組織難度增加，而實踐教學質量卻有所下降。

相較于全日制在校學習而言，開放教育具有諸多優(yōu)點，如：（1）線上教育可豐富學習經驗，強調知識和生活積累，進一步強化理論知識學習;（2）學生在學習過程中的主動性增強。通常情況下，線上教育學生在學習的過程中，具有明確的目標，比如學歷與畢業(yè)后職業(yè)生涯的規(guī)劃、適應就業(yè)單位的崗位需求或考研保研學校的錄取等。因此，學生更渴望獲得知識，具備較強的學習自主性。

隨著現代社會的不斷發(fā)展，人們呈現出“針對性、碎片化、多樣化”的學習趨勢，其中碎片化學習在開放教育的學生中比較常見[2]。多樣化主要是因為現代人具有較多的學習媒介，比如電子圖書、手機以及電腦等。而在特定環(huán)境中（如新冠肺炎疫情期間），環(huán)境專業(yè)本科學生作為線上教育的學科之一，它沒有固定的學習時間，在學習的過程中也呈現出時空分離、工學矛盾的特征[3]。同時，在畢業(yè)工作后，學習者依然能夠隨地、隨時、隨心地運用多媒體手段，采取片段式學習理論知識，豐富自身知識儲備，從而提高專業(yè)技能。

三、設計分析化學的網上實踐教學方案

在對任何一門學科進行學習時，國外學者布魯納認為良好認知結構的構建是其主要目的[4]。通過分析目前線上教育實踐教學中存在的問題，在掌握線上教育學生學習特點的基礎上，再結合現代人的學習趨勢，在實驗教學中，設計分析化學課程時，可以從這幾方面入手，即與學生學習的熟悉、理解、掌握和運用四個層次相對應，化學實驗教學設計分析為四個模塊，分別為實驗拓展設計、虛擬仿真實驗室、視頻及多媒體（表2）。首先采用多媒體PPT課件教學，學生能夠更加直觀、全面地了解學科知識，從而達到了解層次。進而學生通過視頻的觀看和學習，達到熟悉層次，進一步通過參加虛擬仿真實驗或者校外實踐，達到實際運用層次。最后以考核形式開展拓展實驗，在學生設計實驗時給予一定的指導，并完善實驗的全部流程，最終達到掌握層次，從而完成分析化學理論與實驗實訓的銜接。同時，通過科學、合理的設計，能夠對實踐教學的個性發(fā)展和共性需求、知識與技能、媒體和策略、活動和資源、評價和效果、方式和內容、考核和過程、要求和目的等關系進行處理，使過程得到優(yōu)化，從而提高教學質量。

四、分析化學網上實踐教學的組織與實施

（一）資源建設

1. 多媒體課件和視頻

在教學過程中，通過運用多媒體視頻和課件，能夠營造輕松、愉悅的教學氛圍，充分調動學生的多種感官如聽覺、視覺等，全面展示知識發(fā)展的整個過程，增加學習興趣，有助于突出教學重點，及時發(fā)現并解決教學難點，從而提高教學效率[5]。同時，將分析化學課程中的知識點作為基本依據，制作多媒體課件，然后錄制實驗流程的視頻，包括儀器和試劑、實驗目的、實驗步驟和實驗原理等。比如可以通過Flash動畫來展示滴定過程，以及實驗過程中需要用到的容量瓶、量筒、移液管、分析天平以及托盤天平等圖片，并且在制作時，可以運用Flash、FrontPage以及PowerPoint等軟件。

2. 虛擬仿真實驗

在分析化學課程的網上實踐教學中，虛擬仿真實驗是比較重要的一個組成部分，具有諸多特點，比如教學時空分離、學習多元化、實驗交互性以及教學資源共享等，也是終身學習、靈活學習以及開放學習教育理念得以實現的一個重要學習平臺[6]。在本次研究中，我們構建了具有完善的網絡功能、較好交互性、較高沉浸感以及較強的一套滴定分析虛擬實驗系統(tǒng)，分析化學仿真實驗制作分為六個模塊，包括討論與思考、處理與記錄數據、實驗操作、實驗步驟、實驗試劑和儀器以及實驗原理。在學習的過程中，學生可以根據自己的實際需求，選擇合適的學習模塊。在構建系統(tǒng)時，應考慮滴定分析實驗的特殊性，尤其是涉及到的實驗相關操作進行模擬，并且設置相關參數如指示劑、滴定速度、稱重以及滴定劑濃度等，完成虛擬實驗，從而達到多過程和多變量的實時數據傳遞[7]。同時，在設計的過程中，應該使仿真實驗具有較強直觀性的優(yōu)點得到充分發(fā)揮，對因為操作錯誤產生的危險結果、實驗不能演示的操作錯誤以及學生平時不細致觀察的操作步驟等充分展現出來，比如數據處理中保留有效數字、滴定終點的顏色變化、半滴和一滴的操作等，使學生在學習的過程中，能夠對化學實驗中“量”的要求進行認真分析。通過多樣化的教學方法，充分調動學生的積極性和主動性，創(chuàng)設愉悅的實驗環(huán)境，對發(fā)揮學生主觀能動性起到一定的促進作用，從而提高教學效率。

3. 拓展實驗

在分析化學課程網上實踐教學中，可以運用FastStone Capture屏幕錄制軟件對實驗操作視頻進行錄制。由于部分學生的計算機操作水平不高，在使用虛擬仿真實驗環(huán)境時，不能很好地進行教學實驗，無法獲得較好的學習效果，加之時空限制，教師在線不能為學生操作計算機提供幫助。而在拓展實驗中，使用屏幕記錄軟件將計算機操作的實際過程記錄為視頻文件，學生在學習的過程中，能夠將視頻文件的演示步驟作為基本依據，從而推動實驗操作的順利進行。同時，通過拓展實驗，能夠充分調動學生的學習興趣，增強主動學習意識，為學生有機會多次理解分析化學理論精髓，整合分析化學的精華知識，并樹立正確的“量”的核心概念。此外，分析化學應該重視對學生解決實際問題能力的培養(yǎng)，利用拓展實驗，能夠使學生達到學以致用，在鞏固學習知識的基礎上提高邏輯思維能力[8]。

（二）設計網上平臺

本課程的運行時間較長，組織和實施的具體方式包括以下幾點：（1）組建學習小組。通過小組競爭模式，提高學生的學習興趣;（2）地方組織。學生學習輔導由學務導師和地方輔導老師負責，有助于鞏固基礎知識;（3）網上平臺。主要是虛擬仿真實驗，即通過網上平臺，學生對仿真實驗進行模擬，了解整個實驗流程，以及對實驗期過程中的細節(jié)和注意事項有所了解和掌握;（4）學生自主學習。以多媒體視頻和課件為主，每個視頻時間較短，一般為3～5 min，由學生獨立學習完成，尤其適用于開放教育型學生。

（三）實施與組織實踐課程

在對實施與組織實驗的過程進行介紹時，一般以實驗設計為例，具體如下。

1. 實驗選題的確定

在對實驗選題進行確定時，一方面要充分體現綜合應用知識的融合特點，一方面還應該以學生掌握的理論知識為基本出發(fā)點，進行相應的拓展。通常情況下，實驗選題應結合時下國民生活中的熱點問題，比如環(huán)境污染、生態(tài)修復、資源保護等[9]。通過提高選題的實用性，使學生對分析化學正確認識，了解其是一門具有較強實用性的應用科學，使學生積極思考，主動、大膽提問，從而充分調動學生的興趣和熱情[10]。

2. 實驗方案的制定

在開展實驗方案時，應該將線上教育學生的特點作為基本依據，按照地域劃分分散的學生，組建學習小組，采用學習小組合作的方式推動拓展實驗設計的完成。本文選擇測定礦泉水中的Ca2+含量（水的硬度）為具體案例介紹實施的過程。（1）教師將實驗設計話題引出來，為學生提供豐富的背景知識。因為學生存在著個體差異性，不同學生的能力水平也存在著一定的區(qū)別，一些學生不熟悉文獻調研方法，無法順利開展實驗。所以學生在動手設計實驗方案時，教師要提前告知學生相關信息和文獻的獲取方法，比如檢索文獻的方法、使用數據庫等[11-12]。同時，告知學生礦泉水中Ca2+含量的大致范圍，可以作為判斷的有效依據;（2）學生調研資料。學生查閱文獻并總結文獻的背景知識;（3）小組討論設計方案。學習小組成員相互討論，設計模式有2種：a. 對于實驗的每個環(huán)節(jié)，組長組織大家進行討論，并且將實驗方案提出來;b. 每個成員都需要對方案進行設計，并且召開討論會，每個人對自己的方案進行介紹，集思廣益，從而使小組的設計方案成形。在實驗的設計過程中，學生要充分發(fā)揮自身的自學能力和學習積極性，使實驗與理論結合起來，比如Ca2+怎樣測定？測定礦泉水Ca2+需要哪些基準物質？在充分掌握理論課知識的基礎上，再與實驗設計相結合，能夠更加直觀、全面地學習知識，使學生對分析化學“量”的核心概念有一個正確的認識和了解，豐富知識儲備;（4）學習小組提交設計方案，教師點評。教師組織學生進行討論，對不同的設計方案進行點評，將學生設計的每個方案進行比較，使學生了解和認識實驗過程，并且鞏固分析化學基本知識，從而提高學習質量。

五、結束語

針對環(huán)境專業(yè)大學生的學習特點，在對實踐教學方案進行設計時，分析學生的個體差異性，在分析化學實驗教學中對模塊進行設計。最終不僅能夠滿足教學的基本要求和規(guī)定，還能為學生提供充足的學習空間，提高學習者自身的職業(yè)操作技能，對學生的創(chuàng)新性思維培養(yǎng)和個性發(fā)展起到一定的促進作用，從而推動開放型大學實踐教學的長遠發(fā)展。

參考文獻：

[1]李昀，李曉雁.探索食品化學綜合實驗培養(yǎng)學生研究開發(fā)能力[J].天津農學院學報，2007，14（4）：59-61.

[2]吳遠征，倪杰，岳慶如.應用型本科院校開放式實踐教學的改革與實踐[J].中國林業(yè)教育，2012，30（1）：14-17.

[3]張文斌，楊瑞金，盧蓉蓉，等.中美高?！妒称坊瘜W》課程比較[J].安徽農業(yè)科學，2011，39（8）：4982-4984.

[4]何仕，陳哲.應用型本科院?？沙掷m(xù)發(fā)展就業(yè)工作體系構建[J].東北農業(yè)大學學報：社會科學版，2012，10（1）：43-47.

[5]鄭勝彪.建設高水平應用型大學背景下無機化學實驗教學的優(yōu)化與重構[J].蚌埠學院學報，2020，9（6）：80-83+88.

[6]王國凱，劉勁松，吳德玲.基于“五能”人才培養(yǎng)特色的中藥化學課程群模式構建[J].山東農業(yè)工程學院學報，2020，37（12）：161-164.

[7]葉秀芳，陳東初，常萌蕾，等.工程認證背景下“高分子化學”課程改革的探索與實踐[J].安徽化工，2020，46（6）：144-145+147.

[8]史蕾，何翠婷，鄭舒曼，等.“產學研用”協(xié)同育人視野下的藥物化學課程教學實踐[J].大學化學，2021，36（5）：171-177.

[9]徐海云，王濤，馮翠蘭，等.轉型背景下化工系基層教學組織在課程與教材建設及實踐教學方面的探索與實踐——以商丘師范學院化學化工學院為例[J].山東化工，2020，49（15）：214-215.

[10]李召好.應用化學專業(yè)《工業(yè)分析》課程實踐教學體系的研究與探索[J].廣東化工，2020，47（13）：235-248.

[11]劉瑩.職業(yè)院?；瘜W科技城實施理實一體化教學模式的改革與實踐[J].化工管理，2019（34）：48-49.

[12]陳橋.基于實踐應用性的研究生地球化學課程教學改革初探[J].廣東化工，2019，46（21）：143-144.