化學(xué)實驗是理工類院校中學(xué)生科學(xué)實驗基礎(chǔ)訓(xùn)練的選修基礎(chǔ)課，是大學(xué)生接受系統(tǒng)實驗技能和實驗技能訓(xùn)練的開端。
《大學(xué)數(shù)學(xué)模擬實驗》課程是天津輕工業(yè)學(xué)院開設(shè)的一門必修課。 隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)教學(xué)方式面臨的問題凸顯：中學(xué)生多、班級多、管理不便、實驗結(jié)果統(tǒng)計復(fù)雜； 中學(xué)生預(yù)習(xí)療效難以準確評價； 無法實現(xiàn)個性化教學(xué)。 如何解決這些困難？ 我們找到了一條有效的途徑。
一、課程建設(shè)過程
2013年11月，我校引進福建省教育廳推薦的在線學(xué)習(xí)空間，率先借助在線學(xué)習(xí)空間建設(shè)課程。 當時，《大學(xué)化學(xué)模擬實驗》是我校的必修課。 許多人在兩個校區(qū)聽課。 在線學(xué)習(xí)空間的應(yīng)用，打破了跨校教學(xué)的時空限制。
2014年，在全國“網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間建設(shè)研討會暨展覽選拔大會”上，我校《大學(xué)化學(xué)模擬實驗》被評為精品課程，姜逢春院士作為代表發(fā)言。 同年，《大學(xué)化學(xué)模擬實驗《網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間》》獲福建省信息技術(shù)應(yīng)用成果銀獎，《大學(xué)化學(xué)實驗虛實結(jié)合》獲福建省教育廳論文銀獎。應(yīng)用程序是在實驗課程中開始的。
圖1 在全國網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間選拔會上的講話
2015年，《大學(xué)化學(xué)實驗》被評為山東省優(yōu)秀資源共享課程。 同時，教學(xué)改革項目“以網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間為平臺的大學(xué)化學(xué)實驗在線學(xué)習(xí)與教學(xué)模式研究”獲教育部高中數(shù)學(xué)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會教委成立研究項目開啟了課程組探索線上線下化學(xué)實驗相結(jié)合的混合式教學(xué)模式的進程。 經(jīng)過試運行，該課程于2016年暑假在我校東風學(xué)校全面實施。第一學(xué)期，該課程涉及1000多名中學(xué)生、23個班級、18名班主任。 課程團隊通過發(fā)布線上預(yù)習(xí)公告、線下指導(dǎo)的教學(xué)模式組織教學(xué)，很好地發(fā)揮了線上??平臺的優(yōu)勢。 中學(xué)生反響良好，在線課程訪問量達到30萬以上。
2016年11月，第十二屆全省高校“大學(xué)數(shù)學(xué)課程報告峰會”在南京召開。 課題組的報告《大學(xué)化學(xué)實驗在線教學(xué)模式探索》受到與會人員的一致好評。 2017年4月，平頂山省網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間應(yīng)用研討會在南京召開。 課題組班主任作了“基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間的大學(xué)化學(xué)實驗公開課經(jīng)驗分享”專題報告。 在《物理通報》上發(fā)表的兩篇論文獲得江蘇省信息技術(shù)理論研究論文銀獎，教委教改項目順利完成并被評為優(yōu)秀。 同時，該項目還獲得了廣東省信息技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用銀獎。
正是基于以上在線學(xué)習(xí)空間的實踐經(jīng)驗，2016年，中學(xué)在全國范圍內(nèi)舉辦在線公開課選課時能夠迅速做出反應(yīng)，將“大學(xué)化學(xué)實驗與模擬”課程確定為首批開課對象。中學(xué)網(wǎng)絡(luò)公開課招標項目。 課程團隊修訂教學(xué)大綱，制定教學(xué)實施方案，由專業(yè)公司錄制教學(xué)視頻，開啟一流課程建設(shè)與實踐。
2017年9月完成課程基礎(chǔ)資源建設(shè)大學(xué)物理虛擬仿真實驗平臺能做哪些實驗，滿足兩個校區(qū)化學(xué)實驗課程和學(xué)院數(shù)學(xué)模擬實驗課程的需求。 同步和異步SPOC課在愛課網(wǎng)開課，結(jié)合中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)提供的虛擬仿真實驗平臺。 在線打開。
2018年，《大學(xué)化學(xué)實驗與模擬》課程獲批山東省精品在線開放課程并對外開放。
2019年9月，課程借助沐課堂建立校外學(xué)分認證機制，實現(xiàn)學(xué)分跨校認證。 2019年，該課程被申報為國家級精品在線開放課程。 2020年獲批首批國家級在線精品課程。 同年3月在中科院MOOC上線——成績合格的學(xué)生將獲得MOOC證書，真正實現(xiàn)了跨校認證學(xué)分。
二、課程建設(shè)要點
課程建設(shè)，團隊是關(guān)鍵。 為此，我們首先確定了課程團隊成員，明確了分工協(xié)作。
圖2《大學(xué)化學(xué)實驗與模擬》課程團隊
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制度建立
《大學(xué)化學(xué)實驗》課程共56學(xué)時，分為兩個學(xué)期，共18個實驗項目，實驗課程按層次、模塊組織。
課程內(nèi)容包括： 第1章“緒論（偏差分析與數(shù)據(jù)處理）”； 第二章“常用儀器介紹”； 第3章“基礎(chǔ)數(shù)學(xué)實驗”； 第4章“綜合化學(xué)實驗”； 第5章“探索化學(xué)實驗”。 第一章的學(xué)習(xí)使中學(xué)生掌握化學(xué)實驗的作用、現(xiàn)狀和目的、偏差分析和數(shù)據(jù)處理方法，為進行實驗奠定基礎(chǔ)。 第二章將列出常用的儀器使用方法，供中學(xué)生隨時查看和學(xué)習(xí)。 第三章和第四章選擇不同的實驗項目，培養(yǎng)中學(xué)生運用數(shù)學(xué)知識和技能處理各種問題的能力，對象是理工科低年級的中學(xué)生。 第五章是更高層次的要求，為中學(xué)生進一步的科學(xué)研究打下基礎(chǔ)。
每個項目大致分為三個模塊：第一是實驗背景、目的、原理，即理論講解； 二是實驗設(shè)備，實驗內(nèi)容，即實際操作； 三是模擬部分，通過計算機模擬完成實驗。
模塊化組織實驗，讓中學(xué)生根據(jù)自己的需要選擇相關(guān)內(nèi)容自主學(xué)習(xí)，有效完成預(yù)習(xí)。 班主任課前不需要做大量的講解，而可以專注于引導(dǎo)中學(xué)生，從而達到實驗的目的。
《大學(xué)數(shù)學(xué)模擬實驗》為必修課。 該課程在2018年被認定為廣東省優(yōu)秀在線開放課程后，課程團隊對課程進行了重新定位：主要面向大一中學(xué)生，作為開課前化學(xué)實驗的基礎(chǔ)。 課程借助模擬軟件模擬，幫助學(xué)習(xí)者了解化學(xué)實驗的基本思路，掌握儀器的結(jié)構(gòu)和使用方法，學(xué)習(xí)常用的數(shù)據(jù)處理方法，為后續(xù)的化學(xué)實驗打下基礎(chǔ)； 二中學(xué)生提供線上預(yù)習(xí)、線下練習(xí)、線上提交報告，實現(xiàn)了線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式。
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資源建設(shè)
對于在線學(xué)習(xí)，資源建設(shè)是核心。 中學(xué)特別注重課程資源的建設(shè)，專門聘請了專業(yè)的公司為我們制作資源。 大學(xué)化學(xué)實驗內(nèi)容豐富。 因為每個人都有局限性，課程組充分發(fā)揮每個成員的優(yōu)勢，將課程項目分解，一個人負責三到四個項目。 通過真誠協(xié)商，探索實驗內(nèi)涵，積極準備相關(guān)材料，最終取得了最好的結(jié)果。 方法呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者。
大學(xué)化學(xué)實驗課程的特點是理論與實踐相結(jié)合。 除了“簡介（偏差分析和數(shù)據(jù)處理）”和“常用儀器”可以分享外，每個項目實驗都有獨特的背景、原理、儀器和實驗方法，如何讓中學(xué)生對實驗有一個清晰的認識實驗前的實驗，相應(yīng)的資源生產(chǎn)是關(guān)鍵。 課程團隊成員廣泛搜集資料，制作精美的PPT和動畫，編寫講義，最后由專業(yè)公司以白背的形式記錄下來。 經(jīng)過一年的換屆和組建，團隊共完成了20個實驗項目。 每個實驗項目視頻資源包括理論講解、實驗操作、仿真演示三部分。 同時還有配套的PPT、問答題和討論題。
以邁克爾遜干涉儀為例，資源列表如下：
圖3 邁克爾遜干涉儀實驗在線資源
視頻資源如下：
圖4 邁克爾遜干涉儀實驗視頻資源
同時，課程組組織一線班主任編寫了《大學(xué)化學(xué)實驗教程》（第二版），由高等教育出版社出版。
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上網(wǎng)
有了資源，平臺很重要。 中學(xué)訂購了愛心課程平臺和大學(xué)化學(xué)實驗虛擬仿真平臺，為課程資源對外開放提供了保障。 緊接著，該課程在超星學(xué)音在線上線運營，滿足了不同院校中學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。
三、課程實際應(yīng)用
在課程實踐與應(yīng)用中，課程團隊將化學(xué)實驗與模擬實驗有機結(jié)合，充分發(fā)揮各平臺優(yōu)勢，積極推進在線開放課程建設(shè)，在全省推廣應(yīng)用。
利用Sakai網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間實現(xiàn)高校化學(xué)實驗混合式教學(xué)
2016年，課程團隊利用Sakai在線學(xué)習(xí)??空間的混合式教學(xué)，解決了班主任教學(xué)管理難、知識雙向傳遞等問題。 通過網(wǎng)絡(luò)平臺的管理，實現(xiàn)了多班級的統(tǒng)一管理。 中學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)、自查、互動問答討論，線下班主任針對性指導(dǎo)，實現(xiàn)知識的個性化單向傳遞。
借助愛課網(wǎng)實現(xiàn)大學(xué)化學(xué)實驗與模擬翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)
(1)同步類和異步類
愛學(xué)網(wǎng)有同步課程和異步課程。 根據(jù)課程特點，課程團隊最終選擇異步SPOC方式開設(shè)化學(xué)實驗課。 這個有用，因為兩校可以分開放實驗項目，中學(xué)生也分開上課進行管理。 《大學(xué)化學(xué)實驗與模擬》課程在省平臺和校內(nèi)同步上線，針對中學(xué)生特點進行不同的教學(xué)設(shè)置。
(2) 翻轉(zhuǎn)課堂的實施
實驗班以小組形式授課。 以10人或20人為一組進行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。 據(jù)檢查，“以問題為中心，以任務(wù)為驅(qū)動”的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式深受中學(xué)生喜愛。 既調(diào)動了中學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，又培養(yǎng)了中學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。
圖6 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)
借助超星平臺直播教學(xué)
《大學(xué)數(shù)學(xué)模擬實驗》也在超行學(xué)音上線上線。 借助平臺的直播和多種課堂互動功能，有效開展課堂互動，活躍課堂氣氛，調(diào)動中學(xué)生的參與積極性。 中學(xué)生可隨時隨地觀看直播回放，借助碎片化時間進行學(xué)習(xí)。 在中學(xué)在線學(xué)習(xí)平臺上，課程活躍教師排名第一，由超星陌陌推送。 作為全校必修課，這門課程也受到了學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的重視。 中學(xué)為課程開了綠燈，允許中學(xué)生在愛課在線選課，成績合格者計為學(xué)分，極大調(diào)動了中學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
仿真平臺對外開放
2020年疫情爆發(fā)，課程組之所以能夠快速響應(yīng)，分別在中科院MOOC和超星學(xué)音上線了《大學(xué)化學(xué)實驗與模擬》課程，是因為我們的課程是在線開放的。 該課程的開設(shè)為全省高校樹立了榜樣。 最終，數(shù)百所高校使用該課程，課程注冊人數(shù)達到1000人。
圖7 虛擬仿真平臺
視頻：邁克爾遜干涉儀仿真演示
玩慕課，跨校認證學(xué)分
利用MOOC構(gòu)建校外學(xué)分認證機制，實現(xiàn)跨校認證學(xué)分。 本課程面向河南工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院2016年19個班級（850余名中學(xué)生），2017年800余名學(xué)生，已實現(xiàn)跨校區(qū)認證學(xué)分。
圖8 河南理工大學(xué)畝教室
借助愛學(xué)網(wǎng)、《大學(xué)數(shù)學(xué)模擬實驗》和超行學(xué)音在線，三大平臺優(yōu)勢互補，探索線上線下混合教學(xué)。 課程體系由封閉式向開放式轉(zhuǎn)變，教學(xué)模式由單一式向多元式轉(zhuǎn)變。
四、課程建設(shè)的創(chuàng)新特色
一是將化學(xué)實驗與大學(xué)數(shù)??學(xué)模擬實驗有機結(jié)合起來。 線上線下混合教學(xué)模式在全校開展推廣，每年惠及3000余名中學(xué)生。 依托國家一流在線課程為校外學(xué)習(xí)者開設(shè)課程，6門課程累計受益人數(shù)超過2萬人，中學(xué)云400余所高校參與課程學(xué)習(xí)。
二是為高校課程建設(shè)、教學(xué)模式改革和課程評價機制改革提供示范。 研究成果針對《物理實驗》課程的教學(xué)實施方案及評價標準、教學(xué)模式、直播教學(xué)、課程評價機制等大學(xué)物理虛擬仿真實驗平臺能做哪些實驗，可在其他高校《物理實驗》教學(xué)中推廣應(yīng)用. 成果的研究思路和創(chuàng)新方法也可為其他課程建設(shè)和教學(xué)改革提供借鑒。
三是利用MOOCs，讓沒有中學(xué)云的校園同步學(xué)習(xí)MOOCs，成績合格者將獲得學(xué)分證明。
五、建設(shè)成果及下一步計劃
通過一流課程《大學(xué)化學(xué)實驗與模擬》的建設(shè)與實踐，取得了豐碩的成果。 發(fā)表教改論文10余篇； 獲得信息科技類獎項10余項，其中銀獎7項； 在省級全國大會上作專題發(fā)言10余次。 《大學(xué)化學(xué)實驗與模擬》被評為國家一流在線課程，并取得跨校MOOC認證學(xué)分。 主持陜西省教學(xué)改革項目“基于愛課網(wǎng)平臺的大學(xué)化學(xué)實驗與模擬在線開放學(xué)習(xí)教學(xué)模式探索”，獲福建省高等教育教學(xué)成果銀獎。 姜逢春院士被評為陜西省教學(xué)名師。 獲班主任課堂教學(xué)創(chuàng)新大賽院長組二等獎，主持學(xué)院化學(xué)實驗與模擬虛擬教研室，獲批山東省高校虛擬教研室。
下一步，課程團隊將繼續(xù)努力，加強本課程的推廣應(yīng)用，跨校學(xué)分驗證，讓更多學(xué)習(xí)者受益。 進一步打造“看事要理、化思政”品牌，將思政元素融入實驗項目，建立思政資源，力爭成為思政課示范課。
該項目獲得“2021年度廣東省教育信息化優(yōu)秀成果獎-創(chuàng)新應(yīng)用成果”一等獎。
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