大学化学, 2017, 32(7): 37-43 doi: 10.3866/PKU.DXHX201701006

教学研究与改革

化学实验课程的信息化教学设计——以实验项目“水中化学需氧量COD的测定”为例

许丽梅,1, 陈建中2, 林若川1

Design of Information Instruction in the Chemistry Laboratory Course:Taking the Determination of COD in Water as an Example

XU Li-Mei,1, CHEN Jian-Zhong2, LIN Ruo-Chuan1

通讯作者: 许丽梅, Email:xlm@hxxy.edu.cn

摘要

根据信息化教学的理念和特征,本文提出了信息化教学模式,并以实验项目“水中化学需氧量COD的测定”为案例,探讨该模式在化学实验教学中的运用,分析新模式对化学实验教学的影响。实践表明,在新教学模式下学生对该实验的掌握程度明显提高,大大缩短了实验时间,提高了教学效果。

关键词: 化学实验 ; 信息化教学设计 ; 案例分析

Abstract

This paper put forward a new design for information instruction teaching, based on the concept and characteristics of information instruction.Taking the determination of COD in water as an example, the complete instructional design scheme was constructed and implemented according to the new teaching model.The application of the new model was discussed, and the influence of information technology on the curriculum teaching was analyzed.The results suggested an improved master of the experiment and a shortened experimental time of the experimental implementation with the new teaching mode.

Keywords: Chemical laboratory course ; Information instructional design ; Case analysis

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许丽梅, 陈建中, 林若川. 化学实验课程的信息化教学设计——以实验项目“水中化学需氧量COD的测定”为例. 大学化学[J], 2017, 32(7): 37-43 doi:10.3866/PKU.DXHX201701006

XU Li-Mei, CHEN Jian-Zhong, LIN Ruo-Chuan. Design of Information Instruction in the Chemistry Laboratory Course:Taking the Determination of COD in Water as an Example. University Chemistry[J], 2017, 32(7): 37-43 doi:10.3866/PKU.DXHX201701006

1 传统教学模式下化学实验课程教学现状及信息化教学模式的提出

化学实验是操作性极强的一门学科,不仅可以加深学生对理论知识的理解,提高动手操作技能,还能培养学生的创新能力与严谨的科学精神。传统的教学模式一般以教师为主导,虽然有利于教学的组织、管理和控制,但是学生只是被动地消化、理解甚至机械记忆教师的授课内容,忽略了学生的主动性、创造性[1]。另外,在实验过程中往往存在着学生人数多、基础差异大、实验内容多、学生预习不充分、对实验原理及内容不熟悉、演示耗时、危险或有毒实验难以进行等问题,使得化学实验难以达到预期的教学效果,也难以培养和满足现代社会发展对应用型化学人才的需求[2]

信息化教学模式正是从现代教学媒体构成理想教学环境的角度,根据现代化教学环境中信息的传递方式和学生对知识信息加工的心理过程,充分利用信息化手段,调动尽可能多的教学媒体、信息资源,构建一个良好的学习环境,在教师的组织和指导下,充分发挥学生的主动性、积极性、创造性,使学生能够真正成为知识信息的主动建构者[3, 4],从而真正达到对知识的理解与掌握。2013年开始,我校开始启动信息化教学改革工作,并在检验科学与技术系“基础化学实验”课程中进行了试点,其中“水中化学需氧量COD的测定”实验信息化教学设计获得了2015年全国职业院校信息化教学大赛二等奖。对取得的经验和数据,经过分析与总结,发现所提出的信息化教学模式在解决实验耗时长、实验原理不清及危险实验安全设施无法到位等问题上取得了较为明显的效果。

2 化学实验教学中的信息化教学模式设计

不同于理论课程教学,化学实验课程是以实验项目为单位进行教学,而且实验内容清晰、操作性强,结合这些特点及现有的信息化条件,我们提出了有关化学实验课程的信息化教学设计模式流程(图1),该设计模式包括:学情分析、教学目标制定、教-学过程设计、教学评价、课后拓展学习、教学效果分析和教学改进等几个部分。

图1

图1   基于基础化学实验课程的信息化教学设计模式流程图


3 信息化教学设计模式应用——以“水中化学需氧量COD的测定”实验为例

该实验项目是基础化学实验中的一个典型案例:实验原理紧扣理论知识,难于理解;实验方法属于经典化学分析手段——滴定分析法中的间接滴定法;实验操作耗时长,步骤繁琐,不易掌握;实验技能在生产实践中应用广泛等。为此,我们以该项目为例,从学情分析、教学目标、教学过程、教学效果和评价等几个方面进行设计,探索有关化学实验的信息化教学设计模式。

3.1 学情分析

学情分析是系统教学设计的有机组成部分,是一切教-学策略选择和教-学活动设计的落脚点[5, 6]。在信息化教学中,学生是学习的主体,是意识的主动建构者。因此在信息技术与课程整合教学设计时,首先要考虑学生的智力水平、情感态度特征以及实际的理论水平,设计适合学生能力与知识水平的学习问题,适合学生个性的情境问题和学习资源,提供适合的帮助和指导[7]。本实验授课对象为环境监测与评价专业学生。一方面,学生自我、热情、有强烈的好奇心,从小就接触计算机网络信息,对其有很强的适应能力;另一方面,学生虽然有一定的理论基础,但水平参差不齐,又反感枯燥无味的原理知识,传统的教学模式已经无法取得良好的效果,需要借助信息化技术,为其提供新的学习手段,推进实验教学的现代化。同时,结合“分组讨论”“以一带一”等教学模式,全面提升教、学效果。

3.2 教学目标

教学目标是评价教学活动的标准。现实的问题是:要用全新的教育思想和先进的信息化教学手段,让学生接受并掌握非信息化的旧课程和旧教材。为此,我们将对全部的实验项目进行整合,设置总体教学目标,再将具有相同或相近教学目的的实验项目整合成一个模块或单元,按照模块设立具体的教学目标,最后根据专业培养计划以及学生就业岗位要求,设计出各个实验项目的相关三维目标,包括知识与技能目标,过程与方法目标,情感、态度、价值观目标。例如图2,为“水中化学需氧量COD的测定”实验教学目标。

图2

图2   “水中化学需氧量COD的测定”实验项目的三维目标


3.3 教与学的过程设计

教学过程是师生为实现教学任务和目的、围绕教学内容共同参与,并通过对话、沟通和合作活动,产生交互影响,以动态生成方式推进教学活动的过程,包括以教师为主导的教的过程以及以学生为主体的学的过程[8]。在这个过程中,教师必须对师生的活动过程、形式、媒体的使用等多种要素进行整体化的安排和运用,以达到预期的教学目的。

在进行信息化教学设计前,应选择好可以用来辅助教学设计工作的信息技术,如电子备课系统、一些通用的办公应用软件(Microsoft Office办公自动化软件)、专门的教学设计工具软件、课程网络平台等,并熟悉其应用和操作。同时,在计算机上创建一个结构统一的教学设计项目文件夹,以便对教学设计过程中产生的各种文档、师生教与学过程中使用的资源和学生的信息化作品进行组织管理,使教学设计工作标准化、信息化。

本实验项目采用任务递进法将教学过程依次设计为课前预习、新课导入、任务实施、课堂测验和课后拓展5个环节。实验开始前,先在课程网络平台上发布预习任务,如图3所示。

图3

图3   在课程平台上发布实验预习任务


学生通过查阅文献,了解什么是COD及其与水体污染之间的关系,如此弥补了传统实验教学中机械抄写实验步骤的预习模式的不足,提高了学生自主学习的能动性。新课导入时,借用信息媒体播放水质污染导致鱼群大量死亡的环境事件并让学生进行讨论,用鲜活的实例代替教师口头介绍,让学生明确实验目的及水中COD的检测意义,如图4所示。

图4

图4   实例展示及讨论


在教学具体实施过程中,首先通过一个三维动画向学生展示间接滴定法测定COD的原理,将复杂的原理知识简单化;接着利用仿真学习软件进行实验步骤展示及模拟实验演练,学生自主学习主要仪器组合、水样前处理、酸化以及滴定过程中各种试剂的添加等操作要领,通过仿真演练逐渐熟悉实验流程,加深了对原理的理解;最后,以一个闯关游戏检测学习效果,只有成功闯过游戏才能进入真正的实验步骤操作。结合信息化手段教学,从理论到实践,从整体到细节,层层深入,避免了传统教学中的“一人演示、全体围观”“视线不清、现象不明”等缺点,再次突出了重点、突破了难点。实验结束后,学生再次登陆学习平台,上传实验数据,并在平台上完成课堂测验,如图5所示。所有在教学平台上完成的教学过程都会在后台形成统计数据,教师可以从教师端口查看学习效果。

图5

图5   教学过程展示:原理三维动画—仿真软件学习及演练—动画游戏检验


图6为以“水中化学需氧量COD的测定”实验项目为例的信息化教学过程设计图。

图6

图6   “水中化学需氧量COD的测定”实验项目的信息化教学过程设计图


课后拓展学习:教师将学生的实验测定结果与环保监测站的检测数据进行对比,如图7所示。这样与实际生产部门的紧密结合,极大地鼓舞了学生的学习热情。在实验结束后,我们还邀请环保专家到学校为学生开展环保讲座,拓展知识面,提高专业素养。

图7

图7   市环保监测站的某处地表水监测报告单


3.4 教学效果与评价

教学评价包括教师教学效果的评价和学生学习效果的评价,是教学工作的一个重要组成部分。我们的评价方式多种多样,注重把质性评价和量化评价结合起来[9]。由于原始的评价方法涉及大量的数据和资料,完全依靠人工的方法来完成必然会带来极大的工作量,信息技术的运用则可以在很大程度上解决这一问题。特别是运用网络数字平台可以形成电子档案,即要求学生将预习资料、实验数据记录等上传至课程平台,再利用网络平台的后台统计数据,如学生的仿真步骤演练等数据,结合学生的实验课堂操作表现,就可以形成较为全面的评价。表1为实验教学成绩构成表,图8为“水中化学需氧量COD的测定”实验教学效果统计分析。

表1   实验教学成绩构成表

评价方式 学习环节 成绩比例 是否运用信息化技术
质性评价 实验项目背景交流 5%
实验课堂问答 10%
实验操作技能 30%
课后拓展 5%
量性评价 预习资料查找与上传 5%
实验预习报告成绩 15%
网络平台资料预习程度 5%
仿真实验演练成绩 5%
实验报告成绩 20%

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图8

图8   “水中化学需氧量COD的测定”实验的教学效果统计分析


通过运用上述教学设计模式,结合多种信息化手段,由浅入深,由理论到实践,突破教学重点与难点。同时,原本6个课时的实验只用了3-4个课时即可完成,大大缩短了实验耗时,提高了教学效果,满足了应用型人才教育对专业知识和生产实践的更高要求。表2为该实验项目信息化教学设计中所采用的信息化手段及取得的教学效果。

表2   “水中化学需氧量COD的测定”实验项目所用的信息化手段及取得的教学效果

教学法 教学任务模块 信息化手段 各模块教学目的 总体教学效果
(课内)任务驱动法 COD定义 微课视频、课程网络平台 创设情境,调动学习兴趣 ①节省了2个学时;②学生学习热情提高、实验项目的参与和总体掌握程度提高
实验原理 三维动画、趣味游戏 化难为易,利于理解掌握,突破教学难点
操作步骤 仿真软件、平台数据统计 真正掌握实验操作方法
实验测定 标准操作视频 明确操作要点,理论联系实际
(课外)理论-实际相结合 课后拓展 数据对比、课程论坛、教师在线答疑 交流讨论,实时解决疑点,深化知识理解

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4 结语

在信息资源如此丰富的今天,教师教给学生的不应只是书本上的经典知识理论,更多的应该是利用信息技术手段,组织好一个高质量的课堂,让学生真正学到知识,掌握技能。基于此理念,我们进行了有关基础化学实验项目教学的信息化设计模式的探索。在学习和研究信息技术与化学实验教学整合的信息化教学设计的基本原理的基础上,结合信息化教学设计的概念和特征,针对化学实验课程设计了信息化教学模式。在化学实验项目信息化教学的应用方面,文章以“水中化学需氧量COD的测定”实验项目为例,利用上述模式进行了一次较为详细的信息化教学设计,为信息化设计在化学实验项目教学中的应用或开展其他相关的教学研究活动提供了一个参考。

参考文献

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