大学化学, 2022, 37(2): 2105037-0 doi: 10.3866/PKU.DXHX202105037

专题

新媒体时代下化学实验教学与实验室管理探索

闫晓义,1,2, 马强1,2, 谷月1,2, 魏士刚1,2, 张志权1, 郭玉鹏1,2

1 吉林大学化学学院, 长春 130012

2 吉林大学国家级化学实验教学示范中心, 长春 130012

Exploration of Chemistry Experiment Teaching and Laboratory Management in the New Media Era

Yan Xiaoyi,1,2, Ma Qiang1,2, Gu Yue1,2, Wei Shigang1,2, Zhang Zhiquan1, Guo Yupeng1,2

1 College of Chemistry, Jilin University, Changchun 130012, China

2 National Experimental Teaching Demonstrating Center of Chemistry, Jilin University, Changchun 130012, China

通讯作者: 闫晓义, Email: yxy0305@jlu.edu.cn

收稿日期: 2021-05-13   接受日期: 2021-07-14  

基金资助: 国家自然科学基金.  21974053

Received: 2021-05-13   Accepted: 2021-07-14  

Abstract

In the current era of new media, although two-dimensional code and public account technologies have been generally mature, their in-depth applications in chemical experiment teaching and laboratory management are still in the exploratory period. Based on the characteristics of chemistry experimental teaching in college, the applications and existing problems of two-dimensional code and public account in the teaching and management of chemical experiment are analyzed and explored. Starting from both the students and the teachers, the combination of these two auxiliary technologies not only promotes the overall operating efficiency and management level of the experimental teaching platform, but also mobilizes the subjective initiative of the students while giving full play to the leading role of the teacher. The learning effect and practical teaching effect are becoming more and more remarkable, which provides help for the reform of domestic chemical experiment teaching.

Keywords: Two-dimensional code ; Public account ; Chemical experiment teaching ; Laboratory management

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闫晓义, 马强, 谷月, 魏士刚, 张志权, 郭玉鹏. 新媒体时代下化学实验教学与实验室管理探索. 大学化学[J], 2022, 37(2): 2105037-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202105037

Yan Xiaoyi. Exploration of Chemistry Experiment Teaching and Laboratory Management in the New Media Era. University Chemistry[J], 2022, 37(2): 2105037-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202105037

随着无线互联网技术的蓬勃发展,手机等移动终端利用数字化技术和网络技术向需求者提供价值信息和娱乐服务,逐渐成为人们获取信息的主要方式。二维码和微信公众号作为新媒体时代下一种新型信息存储和传递媒介,已广泛应用于电子商务、食品餐饮以及教学管理等领域[1-4]

在大学化学实验教学中,传统信息获取方式明显存在严重不足之处,主要表现为:授课教师针对不同学习基础、不同思维方式的学生无法做到因材施教,也无法具体了解每个学生对实验情况的掌握,造成不能全面化考核学生的实验能力;传统的实验室教学安排表都是将学生座次安排打印粘贴在门或墙上,学生在查阅时会造成拥堵现象;化学基础规范化操作多媒体课件数据过大,放映设备及放映次数受限,不利于学生针对特定实验操作重复观看和学习;实验药品种类随课程体系变化越来越多,药品储存、使用管理以及废液处理方式出现问题;学生对实验课化学试剂只知如何使用,不知其配制过程、理化性质及注意事项,造成学生知识面过于狭窄且易酿成事故。本文就以上在化学实验教学和管理中存在的一些问题,从学生和授课教师两方面出发研究在当今信息时代下二维码和公众号技术在教学管理中的应用。

1 二维码、公众号特点

二维码是一种采用某种特定几何图形在水平和垂直方向上按一定规律分布的黑白相间的图形。作为一种新颖稳定的信息存储、传递和识别技术,在具备一维码功能的基础上,二维码还具备存储量大、容错能力强、追踪性高、译码可靠性高、编码范围广、成本低及易制作等优势[5, 6]

公众号一般是指微信公众号,可分为服务号和订阅号。其中订阅号能够为个人和媒体提供一种新的信息传播方式,便于开发与读者之间更有效的沟通与管理平台。微信公众号具有可移动性强、受众群体多、持续性强、覆盖面广、传播速度快、线上服务方便以及成本低等特点[7, 8]

2 二维码、公众号在实验教学和实验室管理中的应用

2.1 二维码在实验教学中的应用

(1) 教学仪器操作规程。

在大学化学实验教学中,很多实验课程中需借助大型仪器设备进行实验合成、定性分析以及定量测量。因此,对于仪器设备的操作规程也是学生必须学习的一部分,并且各种仪器设备的操作规程随着型号的升级换代亦有所不同。相较于传统的授课教师讲述或者打印操作说明,二维码技术的应用使得学生仅需用手机扫描仪器上的二维码便可获得仪器使用方法,并且二维码中可附带正确的操作视频或图片,让学生更加直观准确地了解仪器的操作规程(图 1设备状态管理卡中带有二维码)。

图1

图1   二维码在教学仪器操作及管理中的应用


(2) 教学信息安排。

每学期开学前,学生对于实验课程安排、实验室座位、仪器配发清单以及各自衣柜位置都不太清楚。相较于打印表格粘贴门或墙上,我们可将具体的安排信息上传后生成二维码标签并粘贴在实验室不同位置,学生通过手机扫描后可随时查阅各自对应位置及课程安排,有效地避免了实验室拥堵现象。下面以分析课程体系为例,我们将实验室座位、天平室天平、学生衣柜进行编号,然后按照每学期实际情况对学生进行教学安排,最后制成二维码(图 2)供教师和学生自行查阅。

图2

图2   二维码在化学实验教学信息安排中的应用


(3) 实验基本操作规范。

化学是一门以实验为基础的科学,实验基本操作规范对于学生的重要性不言而喻。现阶段,很多高校都已经将大多数实验中基本操作录制成多媒体课件,方便在实验课时供学生观看学习。这种多媒体课件虽然能够方便学生进行直观学习,但是其数据过大、不能重复观看的缺点亦逐渐显现。通过结合二维码技术,吉林大学国家级化学实验教学示范中心将各种实验操作(移液与定容、滴定、天平称量、移液器使用、连续滴定、滴定管使用基本操作)逐项独立制成二维码(图 3),以便于学生根据实验所需随时观看或复习教学视频,进而在节约时间、有的放矢的同时提升了学生的自主学习和实践能力。

图3

图3   几种常见的分析实验基本操作


(4) 实验室药品管理、废液处理。

一直以来,实验室药品管理以及废液处理规范化是国内各大高校迫切想要解决的问题[9, 10]。现阶段,随着实验教学改革中课程体系的变化,药品分类储存、使用管理以及废液分类方式不明等问题逐步显现[11]。我们按照药品按性质分别购买了PP (聚丙烯塑料)试剂柜、易燃品毒害品储存柜、净气型透明板药品柜以及管控化学品柜(图 4)。然后,我们将药品柜中相应的药品清单、存储位置以及库存量等信息生成二维码贴在柜子的左上角,以便于实验员及时寻找和了解实验室药品情况。同理,在废液处理方面,我们在废液桶上粘贴印制二维码的标签,并在扫描二维码后填写废液更为详细的信息提交汇总,进而采取更为有效的方式处理废液。通过引入二维码技术,在一定程度上解决了实验室药品种类繁杂、存放混乱以及废液处理不当等问题,有效地提升了实验室整体的管理水平和工作效率。

图4

图4   二维码在药品管理和废液处理中的应用


2.2 公众号在实验教学中的应用与教学效果分析

2.2.1 公众号在实验教学中的功能应用

(1) 信息发布功能。

随着实验课程的逐步深入,学生在实验教学中暴露的问题也越来越多,因此如何针对学生存在的问题适当改变相应的教学侧重点也极为重要。通过建立实验室微信公众号,可以把第一天实验中出现的问题作为重点提示发布在公众号内,在下一组学生做实验时及时避免问题发生,从根本上提升实验效率。此外,利用公众号“一点对多点”的模式[12]可以根据不同基础和思维特点的学生分别推送不同的教学内容(图 5),形成因材施教分层教学的教育理念,逐步实现对于拔尖创新型人才的培养目标。另一方面,公众号的受众面也可以是授课教师,在每次实验课前一天通过公众号发布本次实验授课时的指导建议,从而使授课教师根据实验室情况进一步了解实验内容和实验进度。

图5

图5   公众号发布功能的教学应用


(2) 自动回复功能。

在公众号功能设置中,自动回复功能能够很好地对一些基础性问题做出适当答复[13, 14]。例如,在实验基础操作模块,部分同学对于移液枪的使用方法和注意事项不清楚。如果每个有此疑问的学生都去问授课教师,那无疑增大了教师的授课强度。通过设置公众号中的自动回复功能,我们可将一些常规基础性问题的答复输入公众号。学生在公众号中只要编辑相关内容或关键词,公众号就可以自动回复学生,在降低指导教师工作强度的同时进一步提升了学生的自主学习兴趣。

此外,公众号自动回复功能在实验室药品、试剂等管理方面也显示出极大作用。平时工作中,实验员会对实验室所有耗材、药品、试剂等进行统计归类并存放。但是药品种类繁多、归类存放以及日常耗材变更等消耗了实验员大部分精力,使得对于某些不常用药品的位置、存放及库存量信息不能准确掌握[15]。通过设置公众号的自动回复功能,我们可以先将所有耗材信息全部录入公众号,然后通过编辑内容或者关键词的方式准确掌握所需用品的所有信息,极大地提升了实验技术人员的工作效率。此外,我们设想成立一个以学院为平台的公众号,将学院内大型设备及药品试剂信息归纳后上传至公众号,利用自动回复功能查询院内教学和科研实验信息,不仅能够实现院内信息明细化管理,还有利于促进学科交叉领域的发展。

(3) 留言板功能。

公众号的留言板功能是学生和实验室互动沟通的纽带。随着实验进程的推进,学生可以在留言板给出自己对于实验教学课程及实验室管理等方面的建议,从而实验室主任可根据学生想法对相应方面做出部分调整,让留言学生得到直接反馈的同时优化了实验教学体系和实验室管理水平。此外,留言功能可以使留言用户在公众号体系内形成互动和观点碰撞,在增加公众号活跃度的同时使学生更为全面地掌握实验课程和实验室建设管理知识。

2.2.2 公众号技术的实际教学效果分析

(1) 普及率与问卷调查。

众所周知,现代互联网技术在实际实验教学中的应用有利亦有弊。首先,在实验教学中建立并使用公众号初期阶段,部分同学会出现没有及时关注或者使用不熟练等问题,导致对于部分通过公众号发布的教学相关信息不能有效获取。为解决问题,我们在开学初期实验安全教育指导课中重点开设了“公众号与实验教学”专题,详细介绍了公众号在日常实验教学中的应用,让每个学生在迈进实验室前了解公众号的功能和使用,极大地促进了公众号的关注率。此外,在学生关注公众号的基础上,为解决他们及时有效获取教学信息的问题,实验室固定在每次实验课前两天发布接下来有关教学的信息。对于一些教学紧急通知,我们会结合公众号与其他方式确保每个学生对于信息的有效获取。

我们每学期都会采取问卷的形式调查学生对于公众号教学应用的满意度评价。问卷涉及公众号模块内容、信息交流及后续改进等方面。所有发放的问卷回收率为100%,经过分析,学生普遍反映公众号参与实验教学的方式能够节约学习时间、激发学习兴趣及促进师生交流。有小部分学生反映部分公众号模块需要改进,方便学生能够简单快速查阅。总体来说,学生对于公众号的认可满意度能够达到98%以上。此外,我们在实验中心会定期举办指导教师座谈会,在涉及公众号教学方面,所有任课教师对公众号的满意度为100%。教师们普遍认为,公众号“一点对多点”的模式在实验过程中缓解了传统一对一解决问题的教学压力,也能够促进因材施教分层教学理念的实施。

(2) 参与度及教学效果。

在传统的实验教学模式中,指导教师需要对每个学生实验中的问题进行一对一解答,在很大程度上增加了教师的工作强度[16]。公众号的使用不仅能够使学生有针对性地预习化学实验,优化实验步骤并做出实验风险评估,而且可以利用其自动回复功能解决学生课程中普遍存在及常识查询性的问题,在降低教师授课强度的基础上提升了学生的实验效率。然而,现阶段公众号还无法完全打破传统的教学模式,对于实验过程中出现的特殊问题仍需要任课教师给予必要的指导。因此,我们在指导教师教学的基础上引入公众号技术,采用混合式教学充分结合两者优势实现效果最大化。

现阶段,公众号辅助参与化学实验教学方式已取得较好的教学效果。在实验效率方面,公众号的辅助作用最为明显。以分析实验“微波消解技术联用测定铁矿石中铁含量”为例,通过在公众号中完善高温浓酸溶解、酸度控制及微波消解仪有关操作等信息,学生的整体实验进度较之前提升了30%。因此,在原有课时内我们可以将实验内容逐渐丰富,使学生在有效时间内获得更全面的实验学习。在自主学习方面,公众号的推送破除了课堂时间及空间的限制,学生可以随时随地利用业余时间学习,在提升学习效果的同时也能提升课堂效率。此外,公众号也会推送一些实验安全知识、综合设计实验以及最新科研成果等信息,学生可以根据不同基础及不同兴趣进行选择性学习,逐渐拓展知识储备和培养科学创新意识。在指导教师方面,老师们几乎全部肯定公众号辅助教学的方式。他们认为公众号能够极大地缓解实验课的授课压力,提升学生安全意识和实验操作能力,使得教师能够对学生因材施教,最大限度发挥自身的教学能力。

3 成效特色与存在问题

目前,吉林大学国家级化学实验教学示范中心已有多个教学实验室将“二维码与公众号”技术应用到实验教学与实验室管理中,教学指导和实验室管理效率和水平都有了显著提高。在教学方面,两者的结合应用不仅提升了学生的实验操作能力和自主学习兴趣,而且实现了授课教师对于单个学生更为全面和公平的考核方式。实验室管理方面,通过二维码和公众号技术梳理并细化实验室用品信息后,既实现了实验室仪器设备、药品等信息网络模块化管理,又让实验技术人员的工作事半功倍。

随着二维码和公众号技术的普遍应用,学校网络基础设施建设以及人员资金投入等问题也接踵而来。因此,一方面学校应更换老旧网络设备,同时建设承载量更大的网站,逐步实现网络信息化管理效果最大化;另一方面应加大人员和资金投入力度,在优化实验室人员配置的基础上做好网站的建设和日常的维护。

4 结语

在当今新媒体时代背景下,将二维码和公众号技术引入实验教学与管理中,优化了学生获取教学信息的方式,“一点对多点”方式既能让授课教师根据不同思维和基础的学生因材施教,使得考核方式更为全面、公平,又能提升学生的自主学习兴趣,从而达到辅助教学的目的;“信息管理网络化”模式在降低实验技术人员工作强度的前提下提高了实验室的运行效率和管理水平,为其他实验教学平台起到了示范引领作用。

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