化學(xué)實(shí)驗(yàn)是理工類院校中學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)訓(xùn)練的選修基礎(chǔ)課，是大學(xué)生接受系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端。
《大學(xué)數(shù)學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)》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(jí)多、管理不便、實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)復(fù)雜； 中學(xué)生預(yù)習(xí)療效難以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)； 無法實(shí)現(xiàn)個(gè)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(jìn)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(dāng)時(shí)，《大學(xué)化學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)》是我校的必修課。 許多人在兩個(gè)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(shí)空限制。
2014年，在全國(guó)“網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間建設(shè)研討會(huì)暨展覽選拔大會(huì)”上，我校《大學(xué)化學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)》被評(píng)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(shí)驗(yàn)《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(jiǎng)，《大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)虛實(shí)結(jié)合》獲福建省教育廳論文銀獎(jiǎng)。應(yīng)用程序是在實(shí)驗(yàn)課程中開始的。
圖1 在全國(guó)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間選拔會(huì)上的講話
2015年，《大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》被評(píng)為山東省優(yōu)秀資源共享課程。 同時(shí)，教學(xué)改革項(xiàng)目“以網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間為平臺(tái)的大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(huì)教委成立研究項(xiàng)目開啟了課程組探索線上線下化學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的混合式教學(xué)模式的進(jìn)程。 經(jīng)過試運(yùn)行，該課程于2016年暑假在我校東風(fēng)學(xué)校全面實(shí)施。第一學(xué)期，該課程涉及1000多名中學(xué)生、23個(gè)班級(jí)、18名班主任。 課程團(tuán)隊(duì)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(tái)的優(yōu)勢(shì)。 中學(xué)生反響良好，在線課程訪問量達(dá)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(bào)告峰會(huì)”在南京召開。 課題組的報(bào)告《大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)在線教學(xué)模式探索》受到與會(huì)人員的一致好評(píng)。 2017年4月，平頂山省網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間應(yīng)用研討會(huì)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(shí)驗(yàn)公開課經(jīng)驗(yàn)分享”專題報(bào)告。 在《物理通報(bào)》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(jiǎng)，教委教改項(xiàng)目順利完成并被評(píng)為優(yōu)秀。 同時(shí)，該項(xiàng)目還獲得了廣東省信息技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用銀獎(jiǎng)。
正是基于以上在線學(xué)習(xí)空間的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，2016年，中學(xué)在全國(guó)范圍內(nèi)舉辦在線公開課選課時(shí)能夠迅速做出反應(yīng)，將“大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與模擬”課程確定為首批開課對(duì)象。中學(xué)網(wǎng)絡(luò)公開課招標(biāo)項(xiàng)目。 課程團(tuán)隊(duì)修訂教學(xué)大綱，制定教學(xué)實(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)能做哪些實(shí)驗(yàn)，滿足兩個(gè)校區(qū)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程和學(xué)院數(shù)學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)課程的需求。 同步和異步SPOC課在愛課網(wǎng)開課，結(jié)合中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)提供的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。 在線打開。
2018年，《大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與模擬》課程獲批山東省精品在線開放課程并對(duì)外開放。
2019年9月，課程借助沐課堂建立校外學(xué)分認(rèn)證機(jī)制，實(shí)現(xiàn)學(xué)分跨校認(rèn)證。 2019年，該課程被申報(bào)為國(guó)家級(jí)精品在線開放課程。 2020年獲批首批國(guó)家級(jí)在線精品課程。 同年3月在中科院MOOC上線——成績(jī)合格的學(xué)生將獲得MOOC證書，真正實(shí)現(xiàn)了跨校認(rèn)證學(xué)分。
二、課程建設(shè)要點(diǎn)
課程建設(shè)，團(tuán)隊(duì)是關(guān)鍵。 為此，我們首先確定了課程團(tuán)隊(duì)成員，明確了分工協(xié)作。
圖2《大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與模擬》課程團(tuán)隊(duì)
1個(gè)
制度建立
《大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程共56學(xué)時(shí)，分為兩個(gè)學(xué)期，共18個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)”； 第4章“綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)”； 第5章“探索化學(xué)實(shí)驗(yàn)”。 第一章的學(xué)習(xí)使中學(xué)生掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)的作用、現(xiàn)狀和目的、偏差分析和數(shù)據(jù)處理方法，為進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(shí)查看和學(xué)習(xí)。 第三章和第四章選擇不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，培養(yǎng)中學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)和技能處理各種問題的能力，對(duì)象是理工科低年級(jí)的中學(xué)生。 第五章是更高層次的要求，為中學(xué)生進(jìn)一步的科學(xué)研究打下基礎(chǔ)。
每個(gè)項(xiàng)目大致分為三個(gè)模塊：第一是實(shí)驗(yàn)背景、目的、原理，即理論講解； 二是實(shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，即實(shí)際操作； 三是模擬部分，通過計(jì)算機(jī)模擬完成實(shí)驗(yàn)。
模塊化組織實(shí)驗(yàn)，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(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。
《大學(xué)數(shù)學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)》為必修課。 該課程在2018年被認(rèn)定為廣東省優(yōu)秀在線開放課程后，課程團(tuán)隊(duì)對(duì)課程進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(bào)告，實(shí)現(xiàn)了線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式。
2個(gè)
資源建設(shè)
對(duì)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(qǐng)了專業(yè)的公司為我們制作資源。 大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富。 因?yàn)槊總€(gè)人都有局限性，課程組充分發(fā)揮每個(gè)成員的優(yōu)勢(shì)，將課程項(xiàng)目分解，一個(gè)人負(fù)責(zé)三到四個(gè)項(xiàng)目。 通過真誠(chéng)協(xié)商，探索實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵，積極準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)是理論與實(shí)踐相結(jié)合。 除了“簡(jiǎn)介（偏差分析和數(shù)據(jù)處理）”和“常用儀器”可以分享外，每個(gè)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)都有獨(dú)特的背景、原理、儀器和實(shí)驗(yàn)方法，如何讓中學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)前的實(shí)驗(yàn)，相應(yīng)的資源生產(chǎn)是關(guān)鍵。 課程團(tuán)隊(duì)成員廣泛搜集資料，制作精美的PPT和動(dòng)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(tuán)隊(duì)共完成了20個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。 每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目視頻資源包括理論講解、實(shí)驗(yàn)操作、仿真演示三部分。 同時(shí)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(shí)驗(yàn)在線資源
視頻資源如下：
圖4 邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)視頻資源
同時(shí)，課程組組織一線班主任編寫了《大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教程》（第二版），由高等教育出版社出版。
3個(gè)
上網(wǎng)
有了資源，平臺(tái)很重要。 中學(xué)訂購(gòu)了愛心課程平臺(tái)和大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)虛擬仿真平臺(tái)，為課程資源對(duì)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(yùn)營(yíng)，滿足了不同院校中學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。
三、課程實(shí)際應(yīng)用
在課程實(shí)踐與應(yīng)用中，課程團(tuán)隊(duì)將化學(xué)實(shí)驗(yàn)與模擬實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮各平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，積極推進(jìn)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(shí)現(xiàn)高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)混合式教學(xué)
2016年，課程團(tuán)隊(duì)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(shí)雙向傳遞等問題。 通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的管理，實(shí)現(xiàn)了多班級(jí)的統(tǒng)一管理。 中學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)、自查、互動(dòng)問答討論，線下班主任針對(duì)性指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的個(gè)性化單向傳遞。
借助愛課網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)，課程團(tuán)隊(duì)最終選擇異步SPOC方式開設(shè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課。 這個(gè)有用，因?yàn)閮尚？梢苑珠_放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，中學(xué)生也分開上課進(jìn)行管理。 《大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與模擬》課程在省平臺(tái)和校內(nèi)同步上線，針對(duì)中學(xué)生特點(diǎn)進(jìn)行不同的教學(xué)設(shè)置。
(2) 翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施
實(shí)驗(yàn)班以小組形式授課。 以10人或20人為一組進(jìn)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(dòng)”的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式深受中學(xué)生喜愛。 既調(diào)動(dòng)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(tái)直播教學(xué)
《大學(xué)數(shù)學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)》也在超行學(xué)音上線上線。 借助平臺(tái)的直播和多種課堂互動(dòng)功能，有效開展課堂互動(dòng)，活躍課堂氣氛，調(diào)動(dòng)中學(xué)生的參與積極性。 中學(xué)生可隨時(shí)隨地觀看直播回放，借助碎片化時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)。 在中學(xué)在線學(xué)習(xí)平臺(tái)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(jī)合格者計(jì)為學(xué)分，極大調(diào)動(dòng)了中學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
仿真平臺(tái)對(duì)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(shí)驗(yàn)與模擬》課程，是因?yàn)槲覀兊恼n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(cè)人數(shù)達(dá)到1000人。
圖7 虛擬仿真平臺(tái)
視頻：邁克爾遜干涉儀仿真演示
玩慕課，跨校認(rèn)證學(xué)分
利用MOOC構(gòu)建校外學(xué)分認(rèn)證機(jī)制，實(shí)現(xiàn)跨校認(rèn)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(gè)班級(jí)（850余名中學(xué)生），2017年800余名學(xué)生，已實(shí)現(xiàn)跨校區(qū)認(rèn)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(shí)驗(yàn)》和超行學(xué)音在線，三大平臺(tái)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，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(shí)驗(yàn)與大學(xué)數(shù)??學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)有機(jī)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(guó)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(jì)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(píng)價(jià)機(jī)制改革提供示范。 研究成果針對(duì)《物理實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)實(shí)施方案及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)模式、直播教學(xué)、課程評(píng)價(jià)機(jī)制等大學(xué)物理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能做哪些實(shí)驗(yàn)，可在其他高校《物理實(shí)驗(yàn)》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(jī)合格者將獲得學(xué)分證明。
五、建設(shè)成果及下一步計(jì)劃
通過一流課程《大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與模擬》的建設(shè)與實(shí)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(jiǎng)項(xiàng)10余項(xiàng)，其中銀獎(jiǎng)7項(xiàng)； 在省級(jí)全國(guó)大會(huì)上作專題發(fā)言10余次。 《大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與模擬》被評(píng)為國(guó)家一流在線課程，并取得跨校MOOC認(rèn)證學(xué)分。 主持陜西省教學(xué)改革項(xiàng)目“基于愛課網(wǎng)平臺(tái)的大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(jiǎng)。 姜逢春院士被評(píng)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(zhǎng)組二等獎(jiǎng)，主持學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)將繼續(xù)努力，加強(qiáng)本課程的推廣應(yīng)用，跨校學(xué)分驗(yàn)證，讓更多學(xué)習(xí)者受益。 進(jìn)一步打造“看事要理、化思政”品牌，將思政元素融入實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，建立思政資源，力爭(zhēng)成為思政課示范課。
該項(xiàng)目獲得“2021年度廣東省教育信息化優(yōu)秀成果獎(jiǎng)-創(chuàng)新應(yīng)用成果”一等獎(jiǎng)。
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