摘要：介紹了幾種高?；A(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)中常用的數(shù)字化模式、數(shù)字化技術(shù)，應(yīng)用于高?；A(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)過程中的開發(fā)重點以及數(shù)字化教學(xué)模式下的考評方式。通過數(shù)字化技術(shù)，既能實現(xiàn)“線上+線下”結(jié)合的實驗教學(xué)新方法，又可以實現(xiàn)不受空間限制的遠程教學(xué)，同時倒逼建立一套適應(yīng)數(shù)字化教學(xué)的公平合理且具有激勵功能的考評機制。

關(guān)鍵詞：高等教育；基礎(chǔ)化學(xué)實驗；數(shù)字化教學(xué)

中圖分類號：G642文獻標(biāo)識碼：A

ExplorationofDigitalEducation

forBasicChemistryExperimentsinUniversities

MaXiaona1，2JiLiangliang1，2XuBei1，2

1.HohaiUniversity，KeyLaboratoryofComprehensiveManagementand

ResourceDevelopmentofShallowLakes，MinistryofEducationJiangsuNanjing210098；

2.SchoolofEnvironment，HohaiUniversityJiangsuNanjing210098

Abstract：Thispaperintroducesseveraldigitalteachingmodescommonlyusedincollegebasicchemistryexperiment，thedigitaltechnologyappliedincollegebasicchemistryexperimentteachingandtheevaluationmethodunderthedigitalteachingmode.Throughdigitaltechnology，itcannotonlyrealizethenewexperimentalteachingmethodcombining"online+offline"，butalsorealizetheremoteteachingwhichisinaccessible.Atthesametime，itisnecessarytoestablishafair，reasonable，andmotivationalevaluationmechanismthatadaptstodigitization.

Keywords：Highereducation；Basicchemistryexperiment；Digitalteaching

教育數(shù)字化是我國開辟教育發(fā)展新賽道和塑造教育發(fā)展新優(yōu)勢的重要突破口。進一步推進數(shù)字教育，為個性化學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)、擴大優(yōu)質(zhì)教育資源覆蓋面和教育現(xiàn)代化提供有效支撐［1］。在過去幾年內(nèi)，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，教育也進入了數(shù)字化時代，利用信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能等多種數(shù)字化手段，支持和開拓教育教學(xué)新模式，實現(xiàn)教育信息化、個性化教育、在線教育等［2］。

高等教育著力于培養(yǎng)高素質(zhì)、高質(zhì)量的復(fù)合型人才，為適應(yīng)數(shù)字化時代的發(fā)展，高等教育的數(shù)字化轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為高等教育發(fā)展的必然選擇。實踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生理性探索、批判質(zhì)疑、技術(shù)應(yīng)用及創(chuàng)新實踐等核心素質(zhì)的重要載體，實踐教學(xué)形式與理論教學(xué)有較多區(qū)別，本文著重探討教育數(shù)字化背景下的實驗教學(xué)模式。

1基礎(chǔ)化學(xué)實驗的數(shù)字化教學(xué)

高校基礎(chǔ)化學(xué)實驗是理工類專業(yè)的必修基礎(chǔ)實驗課程，是接觸性、過程性的教學(xué)，傳統(tǒng)的化學(xué)實驗課程存在自身的局限性，化學(xué)實驗具有危險性和污染性，反應(yīng)時間過長，實驗現(xiàn)象不明顯，操作過于復(fù)雜且儀器精密昂貴［3］，實驗內(nèi)容更新慢；容易出現(xiàn)“照方抓藥”問題，缺乏對學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨立思考能力的培養(yǎng)。

高?；A(chǔ)化學(xué)實驗的數(shù)字化教學(xué)，將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用到實驗中構(gòu)建數(shù)字化教學(xué)平臺，提供豐富多樣的學(xué)習(xí)資源，高效、綜合、全面地傳遞知識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，擺脫傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ降谋锥?，通過數(shù)字化提高實驗教學(xué)的效果，完成理論和實驗的貫穿融合。

1.1推行虛擬仿真化學(xué)實驗平臺

虛擬仿真實驗，可以借助虛擬仿真技術(shù)、VR人工智能、智能交互系統(tǒng)等構(gòu)建一個貼近真實的實驗場景，實現(xiàn)沉浸式的實驗教學(xué)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的參與度。虛擬仿真實驗對化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象能夠準(zhǔn)確呈現(xiàn)，使實驗進度可調(diào)控，便于學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象，體驗實驗過程，提高學(xué)習(xí)效果。通過虛擬仿真技術(shù)，使實驗器材、化學(xué)用品、實驗環(huán)境、實驗條件等虛擬化，減少了試劑的使用和危廢物的產(chǎn)生，消除了實驗中可能存在的危險因素，節(jié)約實驗成本，減少了環(huán)境污染，實現(xiàn)了綠色化學(xué)理念。虛擬仿真實驗滿足了各種情況下所需的遠距離線上教學(xué)需求，支持較多用戶同時在線操作。在虛擬仿真實驗的教師端，可根據(jù)實驗屬性進行劃分類別，根據(jù)實驗過程制定操作手冊，根據(jù)實驗結(jié)果評定成績，形成完整的實驗教學(xué)方案。

虛擬仿真實驗我們可以利用電腦和手機上的小型軟件進行操作，同時國家也有開放性的虛擬實驗平臺供教師和學(xué)生們操作使用，如國家虛擬仿真實驗課程共享平臺?，F(xiàn)在虛擬仿真技術(shù)被越來越多地應(yīng)用于實驗教學(xué)和各種實驗技能大賽中。

1.2線上直播技術(shù)優(yōu)化演示實驗

隨著直播技術(shù)的成熟和流行，利用線上直播技術(shù)開展實驗教學(xué)，符合新時代學(xué)生的興趣和習(xí)慣，既能解決空間上的限制，又能滿足化學(xué)實驗中實物操作性的需求。通過線上直播，能夠?qū)嶒灲虒W(xué)過程實時地、清晰地、完整地傳達給學(xué)生，避免了教師在一個實驗臺演示指導(dǎo)實驗內(nèi)容時，其他實驗臺學(xué)生不能清晰地看到問題，提高教學(xué)效果和學(xué)生積極性。為此，需要構(gòu)建適應(yīng)直播的新型化學(xué)實驗室，主要增加直播設(shè)備，例如多角度攝像頭、收音設(shè)備、燈管器材、手持設(shè)備等。需要注意的是，直播軟件和設(shè)備需要簡單易操作，方便授課教師能夠一人操作并迅速開展教學(xué)。

在高?；A(chǔ)化學(xué)實驗中的驗證性實驗，不存在特殊的實驗技能，特別適合采用線上直播技術(shù)進行演示，比如無機及分析化學(xué)實驗中水溶液中的解離平衡、氧化還原反應(yīng)和配合物生成和性質(zhì)實驗，教師進行實驗演示與學(xué)生進行互動，學(xué)生通過直播思考和觀察實驗現(xiàn)象。該直播過程中學(xué)生主動參與進來，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的能力，并且減少了有毒試劑的使用及實驗危廢物的產(chǎn)生。

1.3基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)的大數(shù)據(jù)化

基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)在實現(xiàn)線上數(shù)字化教學(xué)的過程中，必須將個性化實驗教學(xué)設(shè)計、過程性實驗數(shù)據(jù)、多樣化的評教2ZYFEfzejFkMjLZFLmYVXKck6njXETw+mgz2Ns2kJ1s=評學(xué)體系等納入數(shù)字化系統(tǒng)之中，形成完整的化學(xué)實驗教學(xué)的數(shù)據(jù)庫。完整的化學(xué)實驗教學(xué)數(shù)據(jù)庫應(yīng)包括三個方面：收集分析工具，能夠采集實驗案例、實驗數(shù)據(jù)、實驗結(jié)果并對學(xué)習(xí)過程和結(jié)果進行分析；交互研究工具，對師生之間的交流討論提供平臺，開放式的空間更能激發(fā)教學(xué)活力；教學(xué)評價工具，新的教學(xué)改革需要新的教學(xué)評價體系，大數(shù)據(jù)是信息時代教學(xué)中不可或缺的評價工具。

國家高等教育智慧教育平臺中，匯集了包括中國大學(xué)MOOC、學(xué)堂在線、智慧樹等各大平臺的優(yōu)質(zhì)資源，其中關(guān)于化學(xué)實驗的相關(guān)課程就有100多門，實現(xiàn)了化學(xué)實驗教學(xué)的大數(shù)據(jù)化。

關(guān)于基礎(chǔ)化學(xué)實驗的數(shù)字化教學(xué)，在實際教學(xué)實踐中已有較多實例和應(yīng)用。有學(xué)者提出采用現(xiàn)有的教學(xué)平臺如愛課程網(wǎng)、中國大學(xué)MOOC等資源，供學(xué)生自主學(xué)習(xí)，通過平臺為學(xué)生進行直播，并充分運用虛擬仿真實訓(xùn)室，進行分析化學(xué)實驗教學(xué)。還有學(xué)者提出以化學(xué)實驗中的酸堿滴定實驗為例介紹采用在線開放課程共享平臺、虛擬仿真訓(xùn)練等線上教學(xué)，學(xué)生自主進行線下實驗的混合教學(xué)實踐研究。李青原等［4］不僅采用網(wǎng)絡(luò)、虛擬仿真項目和微課開展了“有機化學(xué)實驗”的線上教學(xué)，并對該數(shù)字化教學(xué)效果進行了調(diào)查，結(jié)果顯示該教學(xué)模式直觀清晰、互動方便，并且實現(xiàn)了人機互動，教學(xué)效果良好。

2基礎(chǔ)化學(xué)實驗數(shù)字化教學(xué)的開發(fā)重點

基礎(chǔ)化學(xué)實驗是在實驗者、實驗手段、實驗對象三者相互作用下進行的，實驗教學(xué)更注重在預(yù)定的設(shè)計方案下，控制實驗對象和實驗手段，將最佳的實驗現(xiàn)象呈現(xiàn)出來，并傳達給實驗者，在這個過程中，實驗教學(xué)的認(rèn)知功能和方法論被學(xué)生吸收。數(shù)字化教學(xué)使化學(xué)實驗更突顯學(xué)生主體，多角度、多感官提高教學(xué)體驗，豐富教學(xué)手段。

2.1基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計的在線參與性

基礎(chǔ)化學(xué)實驗的教學(xué)目的是提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，因此實驗教學(xué)設(shè)計要根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知和能力，對實驗內(nèi)容進行設(shè)計，把握好深度和廣度。線上數(shù)字化的手段，可以使學(xué)生非常方便地參與實驗教學(xué)設(shè)計，師生共同討論生成的實驗設(shè)計，是基于學(xué)生的知識儲備水平和教師的指導(dǎo)而形成的最佳教學(xué)途徑。教師可以用數(shù)字化的手段，根據(jù)實驗條件和學(xué)生特點決定實驗的組織形式。

2.2探索性基礎(chǔ)化學(xué)實驗的數(shù)字化實現(xiàn)

探索性基礎(chǔ)化學(xué)實驗著力于使學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。以往受限于傳統(tǒng)化學(xué)實驗的危險性以及時間、條件等因素，探索性化學(xué)實驗在教學(xué)中常常被舍棄，而數(shù)字化手段使實驗的探索性更加有發(fā)展空間。實驗中有一些探索性的內(nèi)容，在普通課堂實驗中很難進行，而數(shù)字化虛擬實驗可以同步實施，更多的實驗條件可以改變，以激發(fā)學(xué)生的思辨能力。

2.3基礎(chǔ)化學(xué)實驗在數(shù)字化進程中的基本設(shè)計

按照基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)的要求，數(shù)字化設(shè)計應(yīng)遵循實驗教學(xué)的基本操作。（1）實驗技能。包括稱量、移液、定容、萃取、離心、清洗等基本實驗技能，必須在數(shù)字化實驗中準(zhǔn)確體現(xiàn)。（2）實驗原理。要具備實驗原理的數(shù)據(jù)庫，方便學(xué)習(xí)、查詢和使用，例如化學(xué)反應(yīng)平衡方程就包括質(zhì)量平衡方程、電荷平衡方程、溫度校正方程等。（3）創(chuàng)設(shè)情景。也就是提出問題的過程中，貼近實際功能，使問題具有針對性、科學(xué)性、啟發(fā)性。（4）需要用到的儀器和試劑，詳細的實驗步驟提示和注意事項，實驗結(jié)果數(shù)據(jù)的處理與討論。

3數(shù)字化模式下基礎(chǔ)化學(xué)實驗的考評機制

在數(shù)字化教學(xué)時代，基礎(chǔ)化學(xué)實驗的考評機制應(yīng)當(dāng)與數(shù)字化的改革相協(xié)調(diào)，能夠有效評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，同時體現(xiàn)教師的教學(xué)水平。新的教學(xué)手段倒逼新的考評機制，沒有一套公平合理且具有激勵功能的考評機制，將不利于化學(xué)實驗的數(shù)字化教學(xué)改革。

3.1數(shù)據(jù)量將成為學(xué)生評分的重要權(quán)重

數(shù)字化的基礎(chǔ)化學(xué)實驗對整個實驗過程進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，例如前期查閱文獻數(shù)量、學(xué)習(xí)實驗原理時長、實驗的次數(shù)、結(jié)果的差異、交流討論的內(nèi)容等，這些都成為評價學(xué)生學(xué)習(xí)效果的可視化參數(shù)，能夠有效提供過程性考核。多維度的數(shù)據(jù)量，及時地反饋給學(xué)生，在學(xué)生中也能產(chǎn)生激勵作用，使學(xué)生更加注重自主學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)問題、團隊合作等能力的培養(yǎng)，并能及時調(diào)整化學(xué)實驗學(xué)習(xí)的策略。教師參考學(xué)生在實驗過程、實驗結(jié)果、實驗報告、實驗討論、實驗答辯等各方面的數(shù)據(jù)［5］，在合理的權(quán)重的綜合評分中，保證學(xué)生成績的公正性和客觀性。鄭會勤等［6］根據(jù)實驗課前、課中、課后會涉及的問題，整理了20項可以量化的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計了量化的實驗課程學(xué)習(xí)成果評價表，很好地解決了因?qū)嶒炚n程影響因素多而無法全面檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)成果這一問題。

3.2PBL教學(xué)法的數(shù)字化指標(biāo)

以解決實際問題為導(dǎo)向的PBL（ProblembasedLearning）教學(xué)法，同樣非常適合數(shù)字化條件下的教學(xué)［7］。但是，如何評價PBL教學(xué)方法的教學(xué)效果，尤其是線上教學(xué)的實際效果，值得進一步研究。按照基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)的基本流程，數(shù)字化的評價機制對PBL教學(xué)過程可以大致形成以下指標(biāo)項目。（1）“課題價值”，學(xué)生發(fā)現(xiàn)或選擇的實驗問題，是否對要掌握的化學(xué)實驗具有價值；（2）“實驗講解”，教師對學(xué)生的引導(dǎo)和討論，是否對解決實驗問題具有價值；（3）“報告體驗”，學(xué)生提交的實驗報告，是否反映實驗的預(yù)見性、合理性和規(guī)范性。

3.3助教參與的評價模式探索

研究生助教參與實驗教師的工作，是經(jīng)常用到的教學(xué)方法，但由于助教評價機制的不完善，導(dǎo)致助教的工作遇到阻礙。而在數(shù)字化的化學(xué)實驗中，助教的作用可以凸顯出來，因為數(shù)字化產(chǎn)生的海量的數(shù)據(jù)，以及數(shù)字技術(shù)的操作，都需要助教來完成。研究生助教具有年齡優(yōu)勢，在信息社會背景下成長起來，更了解數(shù)字技術(shù)，更快地掌握相關(guān)軟件的使用，為線上化學(xué)實驗的開展解決技術(shù)問題。借助數(shù)字化的手段，使研究生助教的選聘選任、任務(wù)分配、培訓(xùn)學(xué)習(xí)、評價機制等實現(xiàn)量化，成為研究生助教在將來的學(xué)習(xí)和工作中具有價值的評價參數(shù)，從而建立良好的助教文化。

結(jié)語

基礎(chǔ)化學(xué)實驗的數(shù)字化是以數(shù)字化信息和網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，對基礎(chǔ)化學(xué)實驗的教學(xué)環(huán)境重新建構(gòu)，通過對實驗數(shù)據(jù)的收集、處理和應(yīng)用，使數(shù)字資源得到充分優(yōu)化，在滿足化學(xué)實驗需求的基礎(chǔ)上構(gòu)建一個數(shù)字空間，以促使化學(xué)實驗教學(xué)不再受限于傳統(tǒng)課堂物質(zhì)環(huán)境的束縛，實現(xiàn)化學(xué)實驗的全面信息化。基礎(chǔ)化學(xué)實驗數(shù)字化教學(xué)的實施突破了對傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的依賴，形成全新線上線下融合的實驗教學(xué)新模式。但是同時我們也應(yīng)該平衡好線上線下實驗課程的關(guān)系，化學(xué)實驗課程畢竟是一門實踐性課程，具有其自身不同于理論課程的鮮明特點，數(shù)字化技術(shù)只能起到輔助作用，要避免流于形式的被動看和聽，要充分發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)對實驗教學(xué)的正面意義，推動化學(xué)實驗課程的數(shù)字化改革，真正達到線上線下實驗教學(xué)的有效結(jié)合，實現(xiàn)高校實驗教學(xué)的創(chuàng)新。

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基金項目：2021年度河海大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費項目“基于分子印跡聚合物的環(huán)境樣品中硝基化合物的前處理和檢測”（B210205017）

作者簡介：馬小娜（1989—），女，漢族，山東濰坊人，碩士，實驗師，研究方向：化學(xué)類相關(guān)實驗教學(xué)和實驗室管理工作。