作者為上海學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)國家級(jí)教學(xué)示范中心班主任。
開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式仍然是院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)變革的重要方向，目的是在培養(yǎng)中學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)中學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探求創(chuàng)新[1-3]。這些教學(xué)模式將實(shí)驗(yàn)教學(xué)的平臺(tái)、內(nèi)容、資源等開放給中學(xué)生，改變了班主任和中學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的角色關(guān)系，班主任從主導(dǎo)地位的設(shè)計(jì)者、組織者變?yōu)榱溯o助地位的指導(dǎo)者、輔助者[4,5]，中學(xué)生則由“被動(dòng)的”接受者轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)的”探索者；在學(xué)習(xí)過程中，充分發(fā)揮中學(xué)生的主體作用，不斷地挖掘中學(xué)生的潛力和培養(yǎng)中學(xué)生的綜合素養(yǎng)。
1核化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)開放式教學(xué)設(shè)計(jì)
核化學(xué)實(shí)驗(yàn)是數(shù)學(xué)學(xué)科專業(yè)人才培養(yǎng)過程中一項(xiàng)非常重要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，屬于化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不可或缺的部份。但因?yàn)閷?shí)驗(yàn)教學(xué)中須要用到放射源，面對(duì)可能的幅射風(fēng)險(xiǎn)，人們總是“談虎色變”，該門課程在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的舉辦上變得“束手束腳”。開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式給核化學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了一個(gè)挺好的教學(xué)方法，虛實(shí)結(jié)合的開放式教學(xué)，有利于推動(dòng)核化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的推進(jìn)和改進(jìn)。上海學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)國家級(jí)教學(xué)示范中心通過建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，開辟開放式、虛實(shí)結(jié)合的核化學(xué)及核應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，發(fā)展核化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和強(qiáng)化?？迫瞬排囵B(yǎng)。
1.1虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開放式教學(xué)的目的
在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、方法、步驟、儀器是固定不變的，實(shí)驗(yàn)多是對(duì)一些化學(xué)原理和現(xiàn)象的演示和驗(yàn)證，少有設(shè)計(jì)和探究，上課也多是老師灌輸和演示操作，中學(xué)生再重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作過程[6,7]，從始至終中學(xué)生都處于一個(gè)被動(dòng)的地位，因而，中學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)提不起興趣，更多是應(yīng)付式的完成任務(wù)。
而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開放式教學(xué)模式完全不同，它顛覆了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和人才培養(yǎng)，給中學(xué)生提供了一個(gè)自由發(fā)揮、探索創(chuàng)新的環(huán)境和機(jī)會(huì)，中學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和構(gòu)建實(shí)驗(yàn)條件，充分發(fā)揮中學(xué)生的想像力和自主性，讓中學(xué)生自己去剖析和解決實(shí)際問題，培養(yǎng)中學(xué)生的創(chuàng)新思維和科學(xué)素質(zhì)[8-11]，使中學(xué)生結(jié)業(yè)后能符合社會(huì)發(fā)展需求，成為更具競(jìng)爭力的人才。
1.2開放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)特色
為更好地服務(wù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)變革，上海學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心構(gòu)建了一套開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)路管理系統(tǒng)，借助這一套系統(tǒng)，將核化學(xué)實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建成一個(gè)開放式的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。該平臺(tái)主要分為開放式管理、可構(gòu)建系統(tǒng)兩大模塊，在開放式管理中：中學(xué)生可以使用校園身分證——一卡通，登陸實(shí)驗(yàn)中心開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)站，首先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室安全須知和行為規(guī)范測(cè)試，通過測(cè)試后便可步入個(gè)人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在個(gè)人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中可以進(jìn)行預(yù)約上課時(shí)間、選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、下載實(shí)驗(yàn)資料、上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告等操作，并可以查看當(dāng)值的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師，與老師在線交流；實(shí)驗(yàn)預(yù)約成功后，便可獲得實(shí)驗(yàn)室門禁權(quán)限，步入實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)完成后，在個(gè)人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)點(diǎn)擊確認(rèn)“完成實(shí)驗(yàn)并關(guān)好電源、門窗等”，離開實(shí)驗(yàn)室?？蓸?gòu)建系統(tǒng)中：實(shí)驗(yàn)軟件操作便捷，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以構(gòu)建實(shí)驗(yàn)條件的特性促使實(shí)驗(yàn)具有很強(qiáng)的操作性；中學(xué)生借助該平臺(tái)自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行個(gè)性化實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中如發(fā)覺問題，在解決問題的同時(shí)可以構(gòu)建實(shí)驗(yàn)條件，再設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在整個(gè)過程中充分發(fā)揮中學(xué)生的想像力，培養(yǎng)中學(xué)生的探求精神和解決問題的能力，在完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后可直接在筆記本上處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間；實(shí)驗(yàn)班主任可遠(yuǎn)程指導(dǎo)中學(xué)生實(shí)驗(yàn)和批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告，極大地提升教學(xué)效率?？蓸?gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)充分借助實(shí)驗(yàn)中心開放式信息管理的資源，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，為中學(xué)生提供了一個(gè)自由、個(gè)性的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1開放式核化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)結(jié)布光
2實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)
2.1核化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容
在核化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)上，我們指出中學(xué)生的主體地位，老師作為指導(dǎo)，引導(dǎo)中學(xué)生自主設(shè)計(jì)、獨(dú)立思索、小組協(xié)作闡述、科學(xué)研究[12，13]。教學(xué)內(nèi)容分為“基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”和“探究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”兩個(gè)部份。基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要為化學(xué)相關(guān)專業(yè)的中學(xué)生開辦的專業(yè)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)任務(wù)，指出中學(xué)生對(duì)核化學(xué)基本原理的認(rèn)識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能的把握，將核與粒子化學(xué)、核實(shí)驗(yàn)方式、粒子偵測(cè)技術(shù)與核電子儀器有機(jī)地結(jié)合，雖然驗(yàn)內(nèi)容主要包括：吸收硬度檢測(cè)、電子能譜檢測(cè)、壽命譜檢測(cè)等。開辦“半導(dǎo)體α偵測(cè)器實(shí)驗(yàn)”“α粒子的能量損失實(shí)驗(yàn)”“β射線的吸收實(shí)驗(yàn)”“閃爍譜儀測(cè)γ射線能譜實(shí)驗(yàn)”“γ射線的吸收實(shí)驗(yàn)”“測(cè)量X射線特點(diǎn)譜及X吸收實(shí)驗(yàn)”“放射源半衰期實(shí)驗(yàn)”“Ｇ-Ｍ計(jì)數(shù)管特點(diǎn)研究實(shí)驗(yàn)”等系列核化學(xué)與核技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)。中學(xué)生可依照須要，在平臺(tái)上進(jìn)行構(gòu)建，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。
探究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的推進(jìn)，面向所有理工科學(xué)生開放，但凡對(duì)核化學(xué)和核技術(shù)感興趣的師生，在了解了射線與物質(zhì)的互相作用規(guī)律、核幅射的統(tǒng)計(jì)規(guī)律、各類常用偵測(cè)器的基本原理和技術(shù)性能，把握了常用核電子學(xué)儀器的原理及使用方式后，可利用該平臺(tái)，在平臺(tái)上進(jìn)行探究創(chuàng)新、研究實(shí)驗(yàn)，班主任舉辦教改教研等活動(dòng)，將研究轉(zhuǎn)化為成果，可以不斷地優(yōu)化和發(fā)展核化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，中學(xué)生通過參與學(xué)科大賽、SRTP項(xiàng)目、國創(chuàng)項(xiàng)目等，提升自己的科學(xué)興趣、科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力。教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)如圖2所示。
圖2教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)圖
2.2可構(gòu)建核化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器
可構(gòu)建核化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器主要由虛擬放射源、多道剖析器、控制軟件、計(jì)算機(jī)構(gòu)成，如圖3所示。用虛擬核訊號(hào)發(fā)生器取代實(shí)體放射源，其數(shù)學(xué)特點(diǎn)：可以給出指定放射源的化學(xué)信息，如能量分布信息、粒子信息、探測(cè)器的響應(yīng)信息；可按照實(shí)驗(yàn)需求仿真實(shí)驗(yàn)過程，動(dòng)態(tài)形成觸發(fā)判選條件，形成多粒子符合輸出。經(jīng)多道剖析器采集訊號(hào)，實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行剖析、測(cè)量實(shí)驗(yàn)。利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的深入應(yīng)用，我們采用虛實(shí)結(jié)合的模式，為中學(xué)生提供一個(gè)安全、方便、優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
圖3可構(gòu)建核化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器圖
3評(píng)價(jià)系統(tǒng)
核化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在開放式教學(xué)中，對(duì)中學(xué)生采取多元化的評(píng)價(jià)方法，評(píng)價(jià)系統(tǒng)分為中學(xué)生互評(píng)、教師評(píng)價(jià)兩個(gè)方面，盡量全面、客觀地評(píng)價(jià)中學(xué)生。
中學(xué)生互評(píng)為競(jìng)爭答辯模式，中學(xué)生進(jìn)行小組分類，正方組、反方組競(jìng)爭答辯，其他小組作為打分評(píng)委，每組依次輪換，答辯中重視實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、問題解決情況、研究成果（創(chuàng)新點(diǎn)、問題解決方案）4個(gè)方面原子核物理實(shí)驗(yàn)，正方對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行答辯，辯題提出問題和指責(zé)，正方作答，評(píng)委小組對(duì)正反雙方的表現(xiàn)進(jìn)行打分。
班主任評(píng)價(jià)從平常實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)、論文寫作、答辯過程的綜合表現(xiàn)3個(gè)方面進(jìn)行打分。實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)評(píng)價(jià)包括中學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告。論文寫作主要考查中學(xué)生的思索、創(chuàng)新和研究成果。答辯綜合表現(xiàn)把個(gè)人表現(xiàn)和小組表現(xiàn)相結(jié)合打分，既評(píng)價(jià)個(gè)人的獨(dú)立思索、解決問題、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，個(gè)人在小組團(tuán)隊(duì)中的參與度、協(xié)作能力、交流情況；又評(píng)價(jià)小組的整體表現(xiàn)，小組的問題解決方案、解決問題情況和研究成果。最后結(jié)合中學(xué)生互評(píng)和班主任評(píng)價(jià)給出綜合成績，為優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案申請(qǐng)SRTP項(xiàng)目、國創(chuàng)項(xiàng)目等，優(yōu)秀論文作品推薦給刊物發(fā)表，認(rèn)可并獎(jiǎng)勵(lì)表現(xiàn)突出的中學(xué)生的研究成果。評(píng)價(jià)系統(tǒng)如圖4所示。
圖4評(píng)價(jià)系統(tǒng)
4結(jié)語
核化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開放式教學(xué)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)變革中的一個(gè)新的嘗試。我們采取虛實(shí)結(jié)合的方法原子核物理實(shí)驗(yàn)，在硬件條件、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、網(wǎng)絡(luò)信息、實(shí)驗(yàn)室管理、教學(xué)評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行建設(shè)[14]，為中學(xué)生提供一個(gè)開放、靈活、個(gè)性化的學(xué)習(xí)空間，在優(yōu)化和發(fā)展核化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同時(shí)，將中學(xué)生綜合素養(yǎng)培養(yǎng)與社會(huì)人才需求相結(jié)合。
目前，開放式核化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)正處于試驗(yàn)教學(xué)階段，基于該平臺(tái)，已成功申報(bào)2項(xiàng)教學(xué)教改項(xiàng)目和1項(xiàng)國家級(jí)學(xué)院生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；從第一學(xué)期的試驗(yàn)教學(xué)來看，中學(xué)生選課、上課積極，療效明顯；中學(xué)生評(píng)價(jià)高：很喜歡這些開放、自主的實(shí)驗(yàn)方法和考核形式，認(rèn)為公正、有發(fā)揮空間（學(xué)生評(píng)語）。在后續(xù)工作中我們示范中心將繼續(xù)堅(jiān)持該教學(xué)模式并加以推廣，舉辦更多探究項(xiàng)目和創(chuàng)新活動(dòng)，促進(jìn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。
參考文獻(xiàn)
[1]宋國利,蓋功琪,蘇冬妹.開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探求,2010,29(2):91-93.
SONGGL,GEGQ,SUDM.andofopenmode[J].and,2010,29(2):91-93.(in)
[2]朱世坤.開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探求與實(shí)踐[J].學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn),2007(6):86-89.
ZHUSK.andofopenmode[J].,2007(6):86-89.(in)
[3]鄭志遠(yuǎn),高華,張自立,等.化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的創(chuàng)新實(shí)踐和闡述[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2008(4):30-32.(in)
ZHENGZY,GAOH,ZHANGZL,etal.andonthemodeof[J].,2008(4):30-32.(in)
[4]徐曾春,胡平.開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)與創(chuàng)新性人才培養(yǎng)[J].中國學(xué)院教學(xué),2015(10):82-85.
XUZC,HUP.Openand[J].,2015(10):82-85.(in)
[5]劉燕，李曉波.開放的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)與創(chuàng)新性人才培養(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探求,2014，33(3):211-214.
LIUY,LIXB.Openand[J].and,2014,33(3):211-214.(in)
[6]白云,柴鈺.加大開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué),培養(yǎng)中學(xué)生的創(chuàng)新能力[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探求,2010,29(8):109-112.
BAIY,CHAIY.openand’.[J].and,2010,29(8):109-112.(in)
[7]李英.情境—自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)法的實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2003,20(4):81-85.
LIY.of.[J].and,2003,20(4):81-85.(in)
[8]陳小橋，隋竹翠，周立青，等.加大開放式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè),提升學(xué)院生自主創(chuàng)新能力[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2016,33(7):1-3.
CHENXQ,fúZC,ZHOULQ,etal.Totheofopen,theof,[J].and,2016,33(7):1-3.(in)
[9]鄺溯瓊,楊定新,陶利民.建立開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式培養(yǎng)創(chuàng)新性人才[J].高等教育研究學(xué)報(bào)，2012，35(3)：100-102.
KUANGSJ,YANGDX,fúLM.openmodeto[J].of,2012,35(3):100-102.(in)
[10]于振濤.學(xué)院生創(chuàng)新能力培養(yǎng)視角下的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)探討[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2012,29(6):223-226.
YUZT.offromtheof’[J].and,2012,29(6):223-226.(in)
[11]謝宇,凌云,鐘勁茅.以培養(yǎng)創(chuàng)新性人才為目標(biāo)的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J].四川化工,2010(3):163-165.
XIEY,LY,ZHENGJM.Openat[J].,2010(3):163-165.(in)
[12]盛蘇英.開放式虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)探求與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2014,12(1):98-101.
jiāSY.andofopen[J].and,2014,12(1):98-101.(in)
[13]何光宏.化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究式教學(xué)模式[J].化學(xué)實(shí)驗(yàn),2017,37(9):36-37.
HEGH.modein[J].,2017,37(9):36-37.(in)
[14]何光宏,吳芳.學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)路管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].上海學(xué)院學(xué)報(bào),2005,28(5):106-108.
HEGH,WUF.offor[J].of,2005,28(5):106-108.(in)
引文格式:楊東俠，劉安平，韓忠，等.核化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)搭建——基于開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].化學(xué)與工程，2018，28（5）：106-109，113.