闵庆旺 高世萍
大连工业大学 轻工与化学工程学院 辽宁大连 116034
摘要：线上课程可全天候开放，打破传统实验教学的时间和空间限制，达到自主实验和自由实验的目的。鼓励学生自主式、探究式学习习惯的养成，满足人人参与的需求，并且实验以模块化呈现，可使学生利用其碎片化的时间对难点进行反复操作，直到完全掌握为止，满足个性化需求，从而弥补实操实验存在的局限性。
关键词：自主学习；个性化教学；探究式学习；
《无机及分析化学实验》是高等工科院校化工、轻化、材料科学、食品科学、生物工程、应用化学等专业及相关专业的一门必修课，是培养各类专业工程技术人才整体知识结构及能力结构的重要组成部分。
一、基础化学虚拟仿真实验平台的构建
基础化学虚拟仿真实验平台自2015年立项，与北京微瑞集智有限公司合作共同开发，共建共享。2017年9月开始试运行，组建学生测试团队，建立微信工作群对虚拟实验进行科学性纠错，将结果反馈给合作公司进行修正，历经多轮往复，于2018年9月虚拟实验平台达到验收标准，随即对轻化、纺材、生物、食品四个学院学生开放。随着科学技术的日益进步，仿真技术日趋成熟，从最初的采用Adobe Flash技术开发的第一代平台，到现在的U-3D技术开发的第二代平台，画面质感、动画流畅性、用户体验等都得到了大幅提高。疫情期间由于工程师不便入校对平台进行更新维护，合作公司开通网络云平台，免费为我校师生提供虚拟仿真实验操作服务。
2019年6月，虚拟仿真实验平台引进东北大学2018年教育部认定的国家虚拟仿真实验教学项目：《化学实验安全教育情景互动式虚拟仿真教学项目》，包括化学品安全教育、三废处理、实验室装置与安全和实验室环境与管理四部分共18个虚拟仿真实验。在2019－2020学年第一学期，对轻化和纺材学院19级16个班新生实施了实验室安全准入制度试点，取得良好的效果，拟将安全准入制度编写入实验教学大纲，并于2020－2021学年开始对大一新生施实实验室安全准入制度。
二、教学方法的革新
1、寓教于乐，寓学于趣
虚拟仿真实验借助3D游戏界面，以游戏“道具”的形象直观的展现实验所需药品、器皿、仪器等。学生在虚拟的环境下，以游戏闯关模式分步完成实验全过程，知识点就像一只只“小怪物”，将其完全消灭即可“通关”；一旦“打怪”失败即会“掉血”，系统会提示正确做法，游戏仍可继续，若“失血过多”，重新开始即可“满血复活”。同学们都觉得实验变得“好玩了”，在自己的一个自由的虚拟空间里，可以按自己的想法进行各种尝试，不必担心任何意外的发生。虚拟实验平台全天候开放，打破传统实验教学的时间和空间限制，达到自主实验和自由实验的目的。鼓励学生自主式、探究式学习习惯的养成，满足人人参与的需求，并且实验以模块化呈现，可使学生利用其碎片化的时间对难点进行反复操作，直到完全掌握为止，满足个性化需求，从而弥补实操实验存在的局限性。
2、他山之石，可以攻玉
在虚拟实验操作过程中常会出现一些不可预测的烦恼，虚拟实验项目较多、内容繁复，老师不可能每种状况都遇到过。这时我们要相信同学、发动同学、依靠同学，“林子大了”就一定会出现那位“盖世英雄”，往往同学们之间的沟通解决问题更高效。
在虚拟仿真实验开课前，为统计在家里无网或电脑、不便于进行虚拟实验的同学名单，建立了班长群，各位班长做了大量的询问统计工作；实验开课后，对于同学们在实验过程中提出的一些共性问题，老师通过对班长的培训，之后再由班长在班级群内为同学们讲解释疑，达到事半功倍的效果。
3、笃初诚美，慎终宜令
本虚拟仿真实验注重对学生实验过程的评价，实时跟踪记录学生整个实验项目的学习情况，从预习、操作到实验报告，建立了完善的评价体系和成绩评定方案。强调考核成绩不是单纯以实验结果好坏评定，而是要看学生的实验综合能力，包括对实验原理的理解程度、实验操作技术、实验结果及分析、应用能力等。学生可以对系统中记录的扣分点进行分析总结，将考核评价变成了自主学习和自主反思的过程，调动了学生学习的主动性和积极性。借助大数据分析技术，对多数学生出现的错误可进行针对性讲解。例如，邻二氮菲光度法测定铁的实验，从平台上的“步骤错误次数统计”可以看出：错误次数在400-600次的前30条，都是关于“确定最大吸收波长”的问题，说明这是同学们的共性问题，在教学过程中需要重点讲解。而对某个同学出现的错误进行数据分析，对该学生容易出错的知识点进行归纳，这也是实操实验难以实现的。例如，选取某同学一个成绩较低的实验数据进行分析，红色为扣分点，我们可以查看学生实验过程中的错误操作，这样就可以有针对性的对学生进行实验的分析讲解，实现精准的个性化教学。
三、教学效果
本学期《无机及分析化学实验2》共开设四个实验，下面以两个实验为例来看一下学生的学习效果。学生操作为2857人次以上，成绩主要集中在90－100分，老师再综合学生提交的实验报告，大部学习都可以得到良以上的成绩。铝含里测定的实验是第一学期配位滴定法的一个延续，同学们掌握的比较熟练，平均每人操作实验不到3次就可以得到一个满意的结果。
邻二氮菲吸光光度法测定微量铁，学生操作为11421人次以上，相当于平均每位同学操作10次左右才能得到一个满意的成绩。本实验属于仪器分析实验，步骤繁杂，实验原理相对较难，学生上一学期也没有接触过，从图3错误步骤统计也可以看出一些实验的细微之处的操作错误具有普遍性。这也体现了一些实验的实操必要性，虚实结合，更有利学生对实验仪器，实验原理、作图方法等更好的理解。
四、结论
通过虚拟仿真实验的综合训练，可以完善现有无机及分析化学实验教学体系，既能紧密配合课堂理论教学，加深学生对理论知识的理解和掌握，又能激发学生的学习兴趣，培养学生的动手能力，从而促进学生学用结合，培养学生爱思考、肯钻研，进行探究性学习，为应用型创新人才的培养，探索出一条切实可行的途径，为培养高素质、高水平的应用型人才，提高应用型本科人才培养质量提供可靠保障。
参考文献：
[1] 赵铭超，孙澄宇.虚拟仿真实验教学的探索与实践[J].实验室研究与探索，2017(36):90-93.
[2] 龚成斌，彭敬东，马学兵，王强，张浩，何荣幸，申伟.化学化工虚拟仿真实验教学中心建设与实践[J].实验技术与管理，2017(34):216-220.
[3] 陈晓姣，杨智英，严永旺. 基于首要教学原理的化学实验微课设计. 化学教育[J]，2018,39(6):35-38.
[4] 冯燕，周虹屏，朱满洲. “新工科”建设理念下微课辅助有机化学教学改革与实践[J]. 池州学院学报，2018,32（6）：128-130.
[5] 杨浩，付艳芳. 基于微课的混合式教学实践与效果分析. 中国职业技术教育[J]，2017,17：45-49.
[6] 郭雪红. 微课在高职药用基础化学实验技术课程的应用. 化学教育[J]，2017,38（6）:38-42.
[7] 胡尚君，张一春，王岚，孟召坤. 联通主义视域下的微课发展研究. 教学与管理[J]，2017,2:5-8.
作者简介：
闵庆旺（1980.05-）男，汉族，辽宁大连人，大连工业大学轻工与化学工程学院讲师，博士，研究方向：实验室信息化建设。
基金项目：2020年大连工业大学一流课程建设：“无机及分析化学实验”课程建设。