实验教学不仅有利于提高学生的学习兴趣，而且能培养学生严谨求实的科学态度，更能培养学生的动手能力和创新思维，是培养高素质人才不可替代的重要环节^{[1, 2]}。近年来随着网络游戏的火爆，越来越多的教师关注游戏在教育方面的应用，特别是在游戏理念与教学整合和游戏化教学设计等方面的应用^[3]。基于游戏化学习理念的闯关式教学模式也就应运而生^{[4, 5]}。随着移动通讯技术与信息技术的融合发展，为随时随地在线联接、通讯联络和信息交换提供了可能。在这样的科技背景下，新媒体的代表——微信在教育领域得到了广泛应用，如利用微信平台解决大学生思想教育的问题、借助微信拓展学习空间解决教学中所面临的难题、基于微信构建教育教学过程中高效管理机制等，这些应用为教育领域开展其他的“微应用”研究打下了良好的基础^[6]。问卷星是目前国内最大的专业免费在线问卷调查、测评、投票平台，可为用户提供人性化的在线考试服务等^[7]。近年来问卷星逐渐应用在教学过程中，采用问卷星进行线上考试具有效率高、质量好和成本低等特点^{[8, 9]}。学生利用手机提交答卷后，后台可自动阅卷和对结果进行统计分析，学生能即时看到成绩，教师能查到每道题目的正确率和各选项的备选情况，从而能进行针对性教学；无需印刷和收发试卷及人工阅卷，可最大程度节省教学资源和人力^{[10, 11]}。本文基于“微信+问卷星”平台对大学化学实验预习模式进行了改革，引入游戏闯关理念，开发了闯关式大学化学实验预习在线考试小程序，以替代传统的纸质预习思考题，引导学生主动接受闯关式挑战，并取得了较好的教学效果。

大学化学实验是我校实行大类招生后工科试验班类(航空航天类)本科生进入大学后所接触到的第一门实验课，在培养工科大类学生的动手能力和科学素质等方面均起着不可替代的作用。2018年我校对教学作息时间进行了调整，每节课的上课时间即每学时的时间由原来的50 min压缩到45 min，课间休息时间由10 min压缩到5 min，这样实际上每堂实验课即两节课的时间由原来的110 min缩短到95 min。目前大学化学实验共有16学时、开设8个实验。大学化学实验虽然是依托于“大学化学”的理论课程，但讲授实验课教师和讲授理论课教师不完全相同，如去年讲授实验课教师共有23位、讲授理论课教师共有15位，且每年的任课教师略有不同。实验预习模式是：大学化学实验课前，要求学生需要提前预习实验讲义、完成并提交与实验内容相对应的纸质预习思考题，实验前实验任课教师完成对预习思考题的批改。

目前，大学化学实验的预习模式存在以下主要问题：(1) 由于大学化学实验课是大学生进入大学后接触到的第一门实验课，再加上有些学生在中学阶段没有亲自做过实验，大学生普遍对实验的安全和环保意识不强，而化学实验室里存在许多易燃、易爆、有腐蚀和有毒药品，大学生在碰到这些易燃、易爆、有腐蚀和有毒药品时，不知道或不清楚如何正确处置，有些大学生直接将实验中产生的有毒有害废液倒入下水道中，严重缺乏实验安全和环保意识，因此亟需加强大学生的实验安全及环保意识。(2) 学校对课堂时间进行了压缩，造成学生有效实验时间减少。一方面，学校调整教学作息时间后，每堂实验课的时间整整减少了15 min；另一方面，实验前大部分学生会认真预习实验讲义并完成相应的预习思考题，但总有部分学生不认真预习实验讲义，也有极少数学生根本就不预习实验讲义，导致在实验时会出现边做实验边看实验讲义的现象。针对这种情况，实验任课教师不得不在实验时要花少则15 min多则30 min的时间来讲解实验中的原理、仪器设备使用和操作注意事项等，导致现有实验方式与实验上课时间之间存在不匹配的问题，不能很好地完成实验课内的教学内容。这两方面的原因导致学生有效实验时间减少，直接影响到学生的动手能力。鉴于此，为适应学校教学作息时间的调整和提升学生的动手能力，也为“大学化学”一流本科课程建设奠定良好基础，目前大学化学实验的预习模式亟需进行改革。

实验预习模式能够提高实验效率，在相对有限的实验课时内，让学生尽可能多的得到实际动手操作的训练机会，有效提高学生的动手能力，提高实验课的教学效果和教学质量。作者基于“微信+问卷星”软件平台对大学化学实验的预习模式进行了改革，引入游戏闯关理念，开发了闯关式大学化学实验预习在线考试小程序(包括实验室安全和环保、大学化学实验预习思考题)，以替代传统的纸质预习思考题，引导学生主动接受闯关式挑战。下面作者通过基于“微信+问卷星”闯关式化学实验预习模式的创新与实践过程进行介绍。

设计在线考试小程序时，首先要收集整理文字资料库及(包括录制)视频资料库。目前已有的文字资料库里包括：实验的程序与要求，学生实验守则，实验室安全守则，实验数据的获得与整理，易燃、易爆、有腐蚀有毒性试剂和实验室废液处理处置方法，以及8个大学化学实验的实验讲义等。已有的视频资料库里包括：灭火器使用，玻璃仪器如量筒、容量瓶、移液管、比色皿、比色管、滴管、滴瓶、滴定管等使用，仪器设备如电子天平、电导率仪、酸度计、分光光度计等使用。然后进行问卷星用户注册和登录，最后设计在线考试小程序，其流程图如图 1所示。

下面以在线创建设计“化学实验室安全及环保”考试小程序为例来说明具体的创建设计过程。图 2为在线创建“化学实验室安全及环保”考试小程序的流程图。

在线考试小程序设计的关键在于考试内容即考题的设计上。考题设计的理念应该是要能达到良好的预习效果，即如果不认真预习相关内容是很难能通过闯关考试的。具体有三点：(1) 增加选择题选项数目，由原来一般只有两个选项增加到四个选项，减少偶然因素；(2) 将实验中的重要内容设计成考题，这样在实验时才能引起学生的高度重视，如在“污水中六价铬的测定”实验中，在酸性溶液中六价铬与二苯碳酰二肼反应，生成紫色化合物，该化合物的最大吸收波长为多少；(3) 在实验中易出错的地方设计成考题，如在“水的净化与水质检测”实验中，测定自来水的硬度时，在使用移液管吸取水样时应该用什么水来洗涤移液管，而盛放水样的锥形瓶又应该用什么水来洗涤。

由于主讲“大学化学”课程理论课的教师较多，利用问卷星平台编写的在线考试小程序完成后需要发送给理论课的任课教师(需要在电脑上操作完成)，再由任课教师发送到授课学生的微信群里(可以在手机上操作完成)。在线考试小程序发送给理论课任课教师的流程如图 3所示。

理论课任课教师把在线考试小程序发送到授课学生的微信群里，流程如图 4所示。图 5为由8个大学化学实验预习思考题制作的二维码海报图。

学生要进入实验室进行正常实验，必须要闯过两个关口。第一个要闯过实验室安全与环保关口，即学生必须要先仔细阅读或观看实验室安全环保方面的文字及视频资料，后进行闯关考试，得分≥ 90才算闯关成功，否则要重新闯关，直至成功。第二个要闯过相关实验内容关口，即学生必须要先仔细阅读和观看与实验内容相关的玻璃仪器和仪器设备的操作使用及相应的预习思考题的文字或视频资料，后再次进行闯关考试，得分≥ 90才算闯关成功，否则要重新闯关，直至成功。两个关口都闯关成功后才有资格进入化学实验室进行化学实验。如果实验课前学生还是没有闯关成功，则取消本次实验课资格(目前为止还没出现过此种情况)。图 6为闯关流程图。

理论课的任课教师在实验前需要知道学生闯关的结果。图 7为查看学生闯关结果的流程图。

实验课的任课教师可能就是理论课的任课教师，也有可能不是。当实验课的任课教师不是理论课的任课教师时，理论课的任课教师则需要将学生闯关的结果分享给带实验课的教师。图 8为分享结果的流程图。

由于部分学生存在多次闯关情形，这样就可能导致同一学生名下出现多次闯关结果，不利于统计和分析。图 9为删除重复提交闯关结果的流程图。

有效的教学评价，是促进实验教学质量提高的重要一环。通过改革实验预习模式后，对大学生进行了问卷调查，为了使问卷调查结果更具真实性，填写问卷时不需要填写姓名。共收到有效问卷144份，问卷调查的具体内容和结果如下：

① 你认为大学化学实验预习模式采用线上小程序闯关形式与原来的线下纸质预习思考题形式相比，对实验预习的总体效果有什么不同？

② 你在大学化学实验的预习中，你是怎么预习实验的？

③ 你认为进入大学化学实验室之前先要闯关通过实验室安全和环保方面小程序的在线考试，对你重视实验室安全和建立环保意识有帮助吗？

④ 你认为通过观看我们提供的玻璃仪器和设备使用的视频，对你熟悉玻璃仪器和设备的使用有帮助吗？

⑤ 你认为进入大学化学实验室之前要闯关通过相关实验内容小程序的在线考试，对你熟悉即将要进行的大学化学实验有帮助吗？

⑥ 你觉得设定小程序在线考试的得分≥ 90才算闯关成功合适吗？

⑦ 我们最初的设想是：通过大学化学实验小程序的在线考试，学生在进入化学实验室进行实验之前，已经比较熟悉化学实验室的安全和环保、仪器的基本操作和即将要进行的实验内容等，进入实验室后可直接进行实验，不需要教师再花费太多时间来讲解，可使学生最大程度有效利用实验课时间进行实验，有利于提高实验课的教学质量和效果，提升动手能力、严谨意识和科学素养。你觉得你达到了我们最初的设想了吗？

⑧ 你对大学化学实验预习采用线上小程序这种闯关形式还有其他什么建议吗？或者你认为大学化学实验预习采用线上小程序这种闯关形式还有什么地方需要改进的吗？大部分学生的回答是“没有”或者“无”，有部分学生认为最好是在闯关成功后显示正确答案或者是在所有同学都闯关通过后给出正确答案。

从问卷调查结果可以清楚看出：实验预习模式采用线上小程序闯关形式后，91%以上学生认为实验预习的总体效果是有提高的，认为总体效果提高不明显的只有8%左右；40%左右学生是在认真预习了实验讲义且观看了相应视频后才做小程序在线考试题，54%左右学生只是在大致看了实验讲义和相应视频后做小程序在线考试题，5%左右学生基本没看实验讲义和相应视频就直接做了小程序在线考试题，这个结果可以用来解释为什么有部分学生提交了多次闯关结果，甚至提交了8次才闯关成功，说明有部分学生宁愿花时间去多刷题，也不愿花时间去认真预习，这可能就是高中应试教育导致的直接后果，从另一个角度这也说明设置考试得分≥ 90才算闯关成功是有必要的；95%以上学生认为，通过增加实验室安全和环保方面小程序在线闯关考试对重视实验室安全和建立环保意识是有帮助的；93%以上学生认为通过观看玻璃仪器和设备使用的视频对熟悉玻璃仪器和设备的使用是有帮助的；97%以上学生认为进入大学化学实验室之前要闯关通过相关实验内容的小程序在线考试对熟悉即将要进行的大学化学实验是有帮助的；98%以上学生认为在线考试得分≥ 90才算闯关成功是合适的，只有不到2%的学生认为这样不合适；93%以上学生认为大学化学实验预习模式的这种改革达到了最初的设想，即通过大学化学实验小程序的在线考试，学生在进入化学实验室进行实验之前，已经比较熟悉化学实验室的安全和环保、仪器的基本操作和即将要进行的实验内容等，进入实验室后可直接进行实验，不需要教师再花费太多时间来讲解，可使学生最大程度有效利用实验课时间进行实验，有利于提高实验课的教学质量和效果，提高动手能力、严谨意识和科学素养。对于部分学生提出最好是在闯关成功后显示正确答案或者是在所有同学都闯关通过后给出正确答案的建议，我们做了如下处理：由于问卷星软件平台本身没有在提交结果后直接显示答案的功能，再考虑到大学化学实验的学生众多且是在不同时间段进行，因此不能简单地提供统一答案，而是要求任课教师根据问卷星提供的“统计结果”，有针对性地对某个错得较多的题目进行讲解。

综上从学生反馈的问卷调查结果看，大学化学实验预习模式的这种改革得到了绝大多数学生的认可，而且教学效果也是明显的，可以说实验预习模式的这种改革是成功的！也达到了改革最初的设想。

传统的纸质大学化学实验预习思考题不但造成纸张的浪费和教师工作量的增加，而且很难对实验预习的效果进行整体分析，不利于教师了解学生对某个实验知识点的掌握程度，而问卷星在线考试不仅环保，而且能够快速准确地对考试结果进行统计分析，以便任课教师在实验课上有针对性讲解，提高实验教学的效率；引入游戏闯关理念，可提高学生的学习兴趣，提高实验教学的效果，另外实验预习模式的这种改革也具有可推广性。当然，基于“微信+问卷星”平台在线考试小程序目前存在不足：是设定了得分在90分以上者才算闯关成功，部分学生会多次提交闯关结果，显示结果里就存在同一名下出现多次闯关结果，不利于统计和分析。