疫情期間化學實驗線上教學探索

2020 年初，全國爆發新冠狀病毒疫情。1 月 27 日，教育部作出關於 2020 年春季學期延期開學的通知。隨着疫情的進一步發展，2 月 4 日，教育部作出關於在疫情期間做好高中在線教學組織與管理工作的指導意見。面對新型冠狀病毒肺炎疫情對高中正常開學和課堂教學造成的影響，以及教育部的號召，各學校緊急開展一系列措施，促進線上教學的順利開展。

化學是一門理論與實驗相結合的學科，實驗課程的開展可以加深學生對理論知識的理解與應用，提高學生動手能力和解決問題的能力。由於疫情發展迅速，留給學校開展線上實驗教學的準備時間非常有限，而且以往很多學校化學實驗教學基本依靠線下課堂教學，線上教學資源匱乏，因此開展全程在線實驗教學成爲對所有化學實驗老師的一個巨大挑戰[1]。本文對開展線上化學實驗教學模式進行探索，以期爲特殊時期化學實驗線上教學工作提供參考。

1. 線下和線上化學實驗教學的特點

在以往的線下實驗教學中，實驗前老師往往要求學生先進行預習，並撰寫預習報告。實驗過程中，老師對實驗原理、實驗步驟、實驗注意事項等實驗內容進行講解，同時向學生演示正確規範的實驗基本操作和儀器使用方法。隨後學生進行實驗並完成實驗報告。實驗中使用的各種藥品、溶液以及儀器等常常由實驗老師事先配製或調試好。這種線下實驗教學主要存在以下問題：(1) 由於學生沒有參與試劑和儀器的前期準備，只是被動參與實驗， 照方抓藥，缺乏學習的主動性，不能更全面的瞭解試劑的性質和儀器的操作使用。(2)由於課堂的時間有限，爲了留置足夠的時間給學生動手操作，一些教師的演示和操作只能講解一遍，如果在講授過程學生未能及時正確地理解並記住教師的演示和講解，後續實驗容易出錯且難以進行復習。(3)對學生的評價主要通過實驗報，未能充分反映學生的學習掌握情況，而且容易造成學生只重視實驗結果和一些實驗內容的死記硬背，而輕視平時的動手操作訓練。

線上實驗教學是以網絡平臺爲介質進行師生實驗教學互動，完成實驗教學內容的一種教學形式。目前線上實驗教學雖然不夠完善，但線上實驗教學模式具有一些線下教學模式無法比擬的優點，譬如，線上實驗教學可以實現學生隨時在線學習，不受時間和地域限制，爲學生的主動思考提供了足夠的空間。教師在線上教學時還可以爲學生制定個性化學習，有利於學生自主性的發揮和創新意識、創造能力的培養。教師可以實時答疑解惑，讓教師與學生的交流溝通更密切通暢，有助於教師實時瞭解學生學習情況。

2. 線上化學實驗教學的構建

開展線上實驗教學，首先要根據教材內容和課程標準確定實驗教學目標和教學內容。在確定好線上實驗教學目標後，圍繞實驗教學目標，梳理實驗教學內容，並制定相應的具體實驗內容。

在確定好具體教學項目後，接下來需要根據各實驗內容的重難點設計線上教學過程。對於大部分實驗項目，線上實驗教學主要包括以下幾個過程：實驗前預習—線上實驗教學—實驗操作—討論互動-考覈-總結並撰寫實驗報告。首先教師可以提前一週在線推送教學資源，譬如將一些實驗講義、實驗操作微課視頻、基本儀器操作視頻等資源發佈在網上，同時發佈實驗教學任務，讓學生通過預習教學資源，瞭解即將開始的實驗目的、基本實驗內容、實驗操作過程和注意事項[2]。完成預習，並上傳到線上教學平臺。教師在開展線上實驗教學前，先檢查學生的預習實驗報告，及時瞭解學生的預習情況，預判學生實驗過程可能存在的問題。隨後在實驗教學過程中，可以利用仿真實驗教學平臺和VR 人機交互學習平臺，讓學生在模擬實驗場景中進行實驗操作，完成實驗內容。同時，學生對於實驗過程不理解有疑問的內容，讓學生通過平臺互動提出，教師給予解答。學生也可以結合實驗教學視頻分析自己實驗操作中的不足。教師也可以根據以往線下實驗教學經驗準備好一些討論題目，在線上學習平臺創建討論，提出論題，讓學生參與討論，通過討論加深學生對實驗的理解。在學生完成線上實驗項目學習後，教師在線推送相關的實驗測試題，考覈學生對實驗的掌握情況。課後學生還需要完成並上傳實驗報告，教師線上及時批改點評學生實驗報告。

2.3 建立線上實驗教學資源

要做好線上實驗教學，需要選擇適當的教學平臺，目前可以供選擇的教學平臺很多，每種平臺有着自身的優缺點，教師需要根據實驗教學需求來挑選使用。教師進行線上實驗教學時可以選擇騰訊課堂、課堂派、騰訊會議、矚目會議，通過該些平臺教師可以在正常教學時間內進行講授實驗內容，分享實驗教學講義和PPT，與學生進行在線互動，開展測驗考覈，還可以錄製實驗教學過程供學生課後回放複習。學生進行線上實驗操作時，可以選擇虛擬仿真實驗平臺。虛擬仿真實驗平臺融合了高端的互聯網技術，具有高度的交互性、學習資源的共享性和開放性等特點，爲師生完成在線實驗教學提供了良好的學習空間和實驗條件[3]。虛擬仿真實驗平臺一般包括實驗安全知識、實驗操作和實驗後考覈三個環節[4]。第一環節中平臺提供了實驗安全小測試，包括試劑使用安全，火電安全，實驗基本操作常識等內容，用於鞏固學生實驗安全基礎知識。學生通過實驗安全小測試後，才能夠進入到第二個實驗操作環節，學生通過逐步操作完成實驗。操作過程中， 如果學生髮現操作有誤，可以通過返回或撤銷等操作及時糾錯， 直至成功完成整個實驗內容。此外，對於綜合性、設計性實驗， 平臺除了提供按照標準程序進行的操作外，還提供了探索不同條件下實驗結果的環節，可以讓學生改變某一實驗條件進行實驗， 得到不一樣的實驗結果，從而提高學生的實驗興趣和探索慾望， 訓練學生的思維能力。學生在完成操作後可以在平臺上保存數據， 完成實驗報告。除了上述教學平臺外，在教學過程中還可以選擇一些輔助課堂教學的工具，譬如微信羣、QQ 羣等。建立線上實驗教學資源要注重教學內容的建設，而不拘泥於固定的形式。微課視頻是常用的線上教學資源形式之一，微課視頻可以包含錄像、動畫、案例等，具有一定的趣味性，因此在線上教學中深受師生的喜愛。對於基本的實驗技術與儀器操作練習，可以梳理實驗技術與儀器操作的相關知識，製作標準實驗操作視頻並建立基本實驗操作數據庫供學生學習。此外還應該注意在課程的講解中多引用具有啓發性的素材資源，引導學生思考。對於實驗內容要合理分解，每個微課視頻針對一個實驗項目進行講解，實現對內容的精講[5]。

3.結語

新冠狀病毒疫情的爆發極具偶然性，給化學實驗教學帶來了前所未有的壓力。開展線上實驗教學不僅緩解了延期開學期間實驗教學的困境，保證了實驗教學進度，期間各高校摸索線上實驗教學的新途徑，積累了豐富的經驗，對推動疫情後實驗教學的形式拓展、質量提升起到了強有力的促進作用。疫情過後，虛擬仿真實驗教學和線上/線下混合式實驗教學將迎來前所未有的發展。