(作者是上海大學化學實驗國家教學示范中心)主任教師。
開放式實驗教學模式仍然是高校實驗教學改革的重要方向。 目的是鼓勵中學生在培養(yǎng)實踐能力的基礎(chǔ)上自主學習、探索創(chuàng)新[1-3]。 這些教學模式向中學生開放了實驗教學的平臺、內(nèi)容和資源，改變了班主任與中學生在教學活動中的角色關(guān)系。 班主任從主導的設(shè)計者和組織者變成了輔助指導者和助手。 [4,5]，中學生從“被動”的接受者轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃印钡奶剿髡撸?在學習過程中，充分發(fā)揮中學生的主體作用，不斷挖掘中學生的潛力，培養(yǎng)中學生的綜合素質(zhì)。
1 核化學虛擬仿真實驗教學平臺開放式教學設(shè)計
核化學實驗是數(shù)學專業(yè)人才培養(yǎng)過程中非常重要的實驗教學內(nèi)容，是化學專業(yè)實驗教學中不可缺少的一部分。 然而，由于實驗教學中需要使用放射源，人們在面對可能存在的輻射風險時總是“臉色蒼白”，而這門課程在實驗教學的進行中也變成了“動手”。 開放式的實驗教學模式為核化學實驗提供了很好的教學方法。 虛實結(jié)合的開放式教學有利于核化學專業(yè)實驗教學的推進和提高。 上海大學化學實驗國家教學示范中心通過虛擬仿真實驗教學平臺建設(shè)，開辟了開放、虛擬、真實的核化學與核應用實驗教學新模式，發(fā)展了實驗教學核化學專業(yè)，加強專科人才培養(yǎng)。
1.1 虛擬仿真實驗開放教學的目的
傳統(tǒng)的實驗教學活動中，實驗內(nèi)容、方法、步驟、儀器都是固定的。 實驗大多是對一些化學原理和現(xiàn)象的論證和驗證，設(shè)計和探索很少。 課程大多由教師灌輸和示范。 操作中，中學生重復實驗操作過程[6,7]，中學生自始至終處于被動地位，因此，中學生對實驗不感興趣，更應付完成任務。
虛擬仿真實驗的開放式教學模式則完全不同。 它顛覆了傳統(tǒng)的實驗教學和人才培養(yǎng)，為中學生提供了自由發(fā)揮、探索創(chuàng)新的環(huán)境和機會。 中學生自主選擇實驗項目、設(shè)計實驗方案、構(gòu)建實驗條件。 ，充分發(fā)揮中學生的想象力和自主性，讓中學生自己分析和解決實際問題大學物理虛擬仿真實驗中心，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和科學素質(zhì)[8-11]，使中學生畢業(yè)后能夠滿足社會發(fā)展需要，成為更具競爭力的人才。
1.2 開放式虛擬仿真實驗教學平臺特點
為了更好地服務實驗教學，推進實驗教學改革，上海大學化學實驗中心建設(shè)了開放的實驗教學網(wǎng)絡管理系統(tǒng)。 借助該系統(tǒng)，核化學實驗室被建成開放的虛擬仿真實驗教學平臺。 平臺主要分為開放管理和可構(gòu)建系統(tǒng)兩個模塊。 開放管理中：中學生可憑校園身份證一卡登錄實驗中心開放式實驗教學網(wǎng)站，首先進行實驗室安全須知和行為規(guī)范測試，測試合格后即可進入個人實驗系統(tǒng)。 在個人實驗系統(tǒng)中，您可以預約上課時間、選擇實驗項目、下載實驗材料、上傳實驗報告等，并且可以查看當班實驗指導老師，與老師在線交流； 實驗預約成功后，可以獲得實驗室的門禁權(quán)限，進入實驗室做實驗，實驗完成后點擊“完成實驗并關(guān)閉電源、門窗等”。 在個人實驗系統(tǒng)中確認并離開實驗室。 在可搭建的系統(tǒng)中：實驗軟件操作簡便，實驗平臺可搭建實驗條件的特點使得實驗具有很強的可操作性； 中學生利用該平臺設(shè)計自己的實驗方案，進行個性化實驗。 在解決問題的同時，可以構(gòu)建實驗條件，然后設(shè)計實驗，整個過程充分發(fā)揮中學生的想象力，培養(yǎng)中學生的探索精神和解決問題的能力。 完成實驗內(nèi)容后，可以直接在筆記本上處理實驗數(shù)據(jù)，完成實驗。 報告，節(jié)省實驗時間； 實驗班老師可以遠程指導中學生做實驗并批改實驗報告大學物理虛擬仿真實驗中心，大大提高了教學效率。 搭建實驗教學平臺，充分利用實驗中心開放的信息管理資源，提高實驗教學質(zhì)量，為中學生提供自由、個性化的實驗環(huán)境。 平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 開放式配光核化學虛擬仿真實驗教學平臺
2 實驗教學內(nèi)容設(shè)計
2.1 核化學實驗教學內(nèi)容
在核化學實驗教學設(shè)計中，我們指出中學生是主體，教師充當引導者，引導中學生獨立設(shè)計、獨立思考、小組闡述、進行科學研究[12,13 ]。 教學內(nèi)容分為“基礎(chǔ)設(shè)計實驗”和“探究創(chuàng)新實驗”兩部分。 基礎(chǔ)設(shè)計實驗內(nèi)容主要針對化學專業(yè)中學生進行的專業(yè)實驗。 根據(jù)教學計劃和教學任務，指出中學生對核化學基本原理的理解和實驗技能的掌握。 測試技術(shù)與核電子儀器有機結(jié)合，雖然測試內(nèi)容主要包括：吸收硬度測試、電子能譜測試、壽命譜測試等。開展了“半導體α探測器實驗”、“α粒子能量損失實驗”、“ β射線吸收實驗》、《用閃爍光譜儀進行γ射線能譜測量實驗》、《γ射線吸收實驗》、《X射線特征譜的測量和XA系列吸收實驗等核化學與核技術(shù)教學實驗》 -放射源壽命實驗、GM計數(shù)管特性研究實驗，中學生可以在平臺上搭建，根據(jù)自己的需要獨立設(shè)計實驗。
探究性創(chuàng)新實驗是基礎(chǔ)設(shè)計實驗的推進，對所有理工科學生開放。 對核化學、核技術(shù)感興趣的師生，在了解射線與物質(zhì)的相互作用規(guī)律、核輻射的統(tǒng)計規(guī)律、各種常用探測器的基本原理和技術(shù)性能后，掌握射線與物質(zhì)的原理和使用方法后常用的核電子儀器，可以利用這個平臺進行探索創(chuàng)新，在平臺上進行研究實驗，班主任組織教改、教研等活動，將研究轉(zhuǎn)化為核電子學的教學。化學實驗可以不斷優(yōu)化和發(fā)展。 中學生可以通過參加學科競賽、SRTP項目、國家創(chuàng)新項目等提高科學興趣、科學素質(zhì)和創(chuàng)新能力。教學內(nèi)容設(shè)計如圖2所示。
圖2 教學內(nèi)容設(shè)計圖
2.2可建設(shè)核化學實驗裝置
可構(gòu)建的核化學實驗儀器主要由虛擬放射源、多道分析儀、控制軟件和計算機組成，如圖3所示。虛擬核信號發(fā)生器用于替代物理放射源，其數(shù)學特性：能夠給出指定放射源的化學信息，如能量分布信息、粒子信息、探測器的響應信息等； 它可以根據(jù)實驗要求模擬實驗過程，動態(tài)形成觸發(fā)判斷條件，形成滿足輸出的多粒子。 通過多通道分析儀采集信號，并由實驗軟件進行分析和測量實驗。 利用計算機仿真技術(shù)在實驗平臺上的深入應用，采用虛實結(jié)合的模式，為中學生提供安全、便捷、優(yōu)質(zhì)的實驗環(huán)境。
圖3 可搭建核化學實驗裝置示意圖
3 評價體系
在核化學虛擬模擬實驗開放教學中，對中學生采取多種評價方式。 評價體系分為中學生互評和教師評價兩個方面，盡可能全面、客觀地評價中學生。
中學生互相評價是一種競爭性的防守模式。 中學生分組，正組和負組進行答辯，其他組擔任評分評委。 每組依次輪流。 答辯時，從實驗設(shè)計、實驗結(jié)果、問題解決、研究成果（創(chuàng)新點、問題解決）4個方面，贊成和反對者會就自己的實驗情況進行辯護，在答辯中會提出質(zhì)疑和批評，贊成者會提出質(zhì)疑和批評。反方給出答案，評委將對正方和反方的表現(xiàn)進行打分。
班主任的評價將從日常實驗表現(xiàn)、論文寫作、答辯過程綜合表現(xiàn)三個方面進行評分。 實驗表現(xiàn)評價包括中學生的實驗設(shè)計、實驗操作、實驗報告。 論文寫作主要考察中學生的思維、創(chuàng)新和研究成果。 答辯綜合表現(xiàn)將個人表現(xiàn)和小組表現(xiàn)相結(jié)合進行評分，不僅評價個人的獨立思考、解決問題、實驗能力，還評價個人參與小組團隊、協(xié)作能力、溝通能力； 它還評估團隊的整體績效。 問題的解決方案、解決問題的情況和研究結(jié)果。 最后結(jié)合中學生互評和班主任評價給出綜合結(jié)果，優(yōu)秀實驗設(shè)計方案申報SRTP項目、國家創(chuàng)新項目等，優(yōu)秀論文推薦在期刊發(fā)表，并對優(yōu)秀中學生的研究成果進行表彰和獎勵。 評價體系如圖4所示。
圖4 評估體系
4 尾聲
核化學虛擬模擬實驗開放式教學是實驗教學改革的新嘗試。 我們采用虛擬與現(xiàn)實相結(jié)合的方法，從硬件條件、實驗教學內(nèi)容、網(wǎng)絡信息、實驗室管理、教學評價等方面進行建設(shè)。在核化學實驗教學中，將中學生綜合素質(zhì)培養(yǎng)與中學生綜合素質(zhì)培養(yǎng)相結(jié)合。社會人才的需求。
目前，開放式核化學虛擬模擬實驗正處于實驗教學階段。 基于該平臺，已成功申報2項教學改革項目和1項國家級大學生創(chuàng)新實驗項目； ，課堂活躍，療效明顯； 中學生評價高：很喜歡這些開放、獨立的實驗方法和考核形式，認為公平、有發(fā)展空間（學生評價）。 在后續(xù)工作中，我們示范中心將繼續(xù)堅持和推廣這一教學模式，舉辦更多的科研項目和創(chuàng)新活動，促進創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。
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引用格式：楊冬霞，劉安平，韓忠，等。 核化學虛擬仿真實驗教學平臺的構(gòu)建——基于開放實驗教學[J]. 化學與工程, 2018, 28(5): 106-109, 113.