前言：尋找寫作靈感？中文期刊網(wǎng)用心挑選的手機(jī)端化學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)軟件的實(shí)踐，希望能為您的閱讀和創(chuàng)作帶來(lái)靈感，歡迎大家閱讀并分享。

摘要:針對(duì)傳統(tǒng)化學(xué)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中存在的實(shí)物實(shí)驗(yàn)安全性差、成本高昂、時(shí)空限制等問(wèn)題，對(duì)乙酸正丁酯實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了手機(jī)端仿真教學(xué)實(shí)踐與探索。通過(guò)實(shí)踐表明，手機(jī)端化學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)軟件能夠有效地還原真實(shí)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)要求、實(shí)驗(yàn)原理、操作環(huán)境及互動(dòng)感受，使學(xué)生不受時(shí)空限制在手機(jī)上便可學(xué)習(xí)到課程及安全防護(hù)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)思維的同時(shí)也促進(jìn)其實(shí)驗(yàn)操作能力的提升，以此為高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)程線上教育建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞:化學(xué)實(shí)驗(yàn);手機(jī)端仿真教學(xué);線上教育

近年來(lái)，化學(xué)及其分支學(xué)科在生命科學(xué)，材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，因此許多高校為拓寬學(xué)生的專業(yè)領(lǐng)域已將其列為相關(guān)專業(yè)的公共必修課。但由于化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為重點(diǎn)的學(xué)科，想要有效地利用化學(xué)分析法來(lái)獲得所需信息，就必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，特別是非化學(xué)類專業(yè)學(xué)生，而高超熟練的實(shí)驗(yàn)技能是獲得精確實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的必要和先決條件。針對(duì)于傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，近年來(lái)教育及科研工作者已提倡線上線下相結(jié)合的混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式［1－3］。目前國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)虛擬化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)［4－6］已逐步走入本科及以化學(xué)類專業(yè)為主的職業(yè)院校，成為學(xué)生主要的學(xué)習(xí)工具，但對(duì)于經(jīng)費(fèi)投入及實(shí)驗(yàn)室規(guī)模有限的非化學(xué)類專業(yè)高校來(lái)說(shuō)，PC端進(jìn)行仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)卻難以實(shí)現(xiàn)，如設(shè)備資源投入量大、學(xué)習(xí)地點(diǎn)受限、實(shí)驗(yàn)課時(shí)量少、操作界面難度大等因素。因此開(kāi)發(fā)手機(jī)端仿真教學(xué)平臺(tái)具有重要現(xiàn)實(shí)意義，特別是為部分偏遠(yuǎn)地區(qū)電腦和實(shí)驗(yàn)耗材缺乏的學(xué)生創(chuàng)造了時(shí)時(shí)可學(xué)、處處可學(xué)的機(jī)會(huì)。本文根據(jù)高校非化學(xué)類專業(yè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，以手機(jī)端化學(xué)仿真軟件為例進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐及探索，期望通過(guò)實(shí)踐為手機(jī)端仿真教學(xué)平臺(tái)在各高校的化學(xué)實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)程線上教育建設(shè)上發(fā)揮作用。

1化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理方面，當(dāng)前高校實(shí)驗(yàn)室特別是以非化學(xué)類專業(yè)為重點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)室，其實(shí)驗(yàn)安全環(huán)境、建設(shè)條件、環(huán)保教學(xué)體系遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如本科以化學(xué)類專業(yè)為主的職業(yè)院校健全，部分實(shí)驗(yàn)管理人員甚至并非來(lái)自化學(xué)類專業(yè)，加上學(xué)生的化學(xué)知識(shí)及安全責(zé)任意識(shí)欠缺、自我防護(hù)和環(huán)保意識(shí)匱乏等問(wèn)題，導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸等事故時(shí)有發(fā)生。在課程教學(xué)實(shí)施方面，高校學(xué)生大多數(shù)缺乏學(xué)習(xí)的熱情，理論課上難免覺(jué)得枯燥、乏味從而失去興趣，因此現(xiàn)場(chǎng)理論課堂教學(xué)效果不理想，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量則更加難以保證。而在傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通常由教師或?qū)嶒?yàn)員事先準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)中所需要的藥品及試劑，調(diào)試好儀器，課堂上教師向?qū)W生講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，隨后學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在此過(guò)程中我們不免發(fā)現(xiàn)，由于學(xué)生理論根基不穩(wěn)，預(yù)習(xí)不徹底，對(duì)將要做的實(shí)驗(yàn)不熟悉，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后僅依靠實(shí)驗(yàn)講義進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，有些學(xué)生甚至不能明確各個(gè)實(shí)驗(yàn)試劑的具體用途。此外，為響應(yīng)國(guó)家政策，目前各高職院校面向全社會(huì)擴(kuò)招，實(shí)驗(yàn)教學(xué)師生基本比例在1∶20以上，因此教師在課堂上很難照顧到每一名學(xué)生，加上課堂時(shí)間和空間的局限性，學(xué)生并未及時(shí)記住并理解教師的講解或操作演示，難以掌握基本的操作規(guī)范。部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中照抄講義，甚至抄襲他人實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，忽略了實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性和真實(shí)性。

2手機(jī)端仿真軟件的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐

為解決上述問(wèn)題，以非化學(xué)類專業(yè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，引入北京歐貝爾公司今年研發(fā)的手機(jī)app版仿真軟件對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式進(jìn)行了實(shí)踐和探索。

2.1手機(jī)app版實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)仿真教學(xué)。根據(jù)最新教高廳文件精神［7］，無(wú)論是教學(xué)實(shí)驗(yàn)室還是科研實(shí)驗(yàn)室都應(yīng)該加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)人員的安全意識(shí)和承擔(dān)安全責(zé)任、預(yù)防安全事故的基礎(chǔ)性工作，因此學(xué)生在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)之前都必須進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)培訓(xùn)，提高他們的安全和防護(hù)意識(shí)。手機(jī)app版實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)仿真教學(xué)包括個(gè)人防護(hù)安全、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全及應(yīng)急演練(圖1)，主要培訓(xùn)內(nèi)容為進(jìn)入實(shí)驗(yàn)區(qū)域以后的個(gè)人防護(hù)措施及行為準(zhǔn)則、對(duì)自身所處環(huán)境的確認(rèn)、實(shí)驗(yàn)室安全隱患的排查、實(shí)驗(yàn)中突發(fā)火災(zāi)狀況的應(yīng)對(duì)，如佩戴好防護(hù)裝備;學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室安全管理制度;確認(rèn)洗眼器、水電開(kāi)關(guān)、安全出口等位置;處理停水停電、火災(zāi)、水銀泄露、化學(xué)品灑出等常見(jiàn)事故。手機(jī)app版仿真軟件依據(jù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)際布局搭建3D模型，將實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景移植到手機(jī)上，展示了實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)情況。在具體的操作流程中系統(tǒng)可模擬實(shí)際操作中的每個(gè)步驟，并加以文字或語(yǔ)言說(shuō)明，按實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程完成交互，以極具親和性的游戲闖關(guān)模式進(jìn)行仿真教學(xué)。學(xué)生可利用碎片時(shí)間通過(guò)軟件上的操作進(jìn)行學(xué)習(xí)，進(jìn)一步熟悉安全基礎(chǔ)知識(shí)、了解實(shí)驗(yàn)室實(shí)際實(shí)驗(yàn)環(huán)境、增強(qiáng)安全防范意識(shí)、提高異常事故處理水平，在仿真實(shí)驗(yàn)舞臺(tái)上自主發(fā)揮的同時(shí)不僅調(diào)動(dòng)了自身思考和動(dòng)手能力，也增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的趣味性。

2.2手機(jī)app版化學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)。乙酸正丁酯的制備及沸點(diǎn)的測(cè)定是經(jīng)典的綜合性化學(xué)實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)除講解有機(jī)酸酯的制備原理及方法，還要求學(xué)生掌握蒸餾、回流、洗滌、萃取、干燥等操作技能。按照常見(jiàn)教材上乙酸正丁酯制備方法開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，存在耗時(shí)長(zhǎng)、產(chǎn)率低、資源浪費(fèi)、安全系數(shù)低等不足，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中積極性不高、安全和環(huán)保意識(shí)薄弱，使得最終的教學(xué)效果不如預(yù)期效果理想。手機(jī)app版化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)涵蓋了實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)與操作演練兩部分內(nèi)容，其中實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)包括了儀器試劑的認(rèn)知及選擇、反應(yīng)裝置的搭建、實(shí)驗(yàn)原理的展示和涉及的防護(hù)措施及消防知識(shí)(圖2)。在制備乙酸正丁酯仿真教學(xué)中，將涉及到的理論和安全知識(shí)落實(shí)到具體操作中，如分水器、冷凝管和分液漏斗的使用;蒸餾與分餾裝置的搭建;回流與分液的操作;硫酸的配制與冰醋酸等實(shí)驗(yàn)藥品的介紹。通過(guò)題庫(kù)練習(xí)與3D動(dòng)畫相結(jié)合的方式將單一化延伸為多元化，層層遞進(jìn)引導(dǎo)學(xué)生去思考如何做實(shí)驗(yàn)、為何做實(shí)驗(yàn)，發(fā)揮學(xué)生的主體作用，培養(yǎng)他們的化學(xué)思維和素養(yǎng)。

2.3手機(jī)app版有機(jī)化學(xué)課程在線考核。目前隨著信息化教學(xué)技術(shù)的推進(jìn)及優(yōu)化，各校的線上課程考試已成為趨勢(shì)。而常規(guī)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)評(píng)分依據(jù)主要取決于學(xué)生實(shí)驗(yàn)后提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，這往往很難客觀地評(píng)價(jià)他們的實(shí)驗(yàn)操作能力，最終驅(qū)使學(xué)生“輕過(guò)程，重結(jié)果”。因此需要改良常規(guī)的實(shí)驗(yàn)考核方式。手機(jī)app版化學(xué)課程考核包含了實(shí)驗(yàn)安全知識(shí)考核、化學(xué)理論知識(shí)考核以及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)考核。安全及理論知識(shí)考核支持多題型、不同難易度、題目及候選項(xiàng)順序隨機(jī)，通過(guò)題庫(kù)學(xué)習(xí)、模擬自測(cè)、錯(cuò)題練習(xí)等環(huán)節(jié)鞏固了學(xué)生的理論基礎(chǔ)知識(shí);虛擬仿真實(shí)驗(yàn)考核全程無(wú)操作引導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，系統(tǒng)會(huì)即時(shí)給出評(píng)分并反饋錯(cuò)誤，真正提升了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)水平。系統(tǒng)中提供的智能化試卷分析和統(tǒng)計(jì)結(jié)果輸出等功能也為學(xué)生和教師提供了電子化存檔(圖3)，教師通過(guò)實(shí)時(shí)掌握仿真軟件使用情況，可有針對(duì)性地開(kāi)展科學(xué)高效的仿真教學(xué)及考核。此外，手機(jī)端實(shí)驗(yàn)室安全仿真教學(xué)給每個(gè)實(shí)驗(yàn)操作都配有實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介和操作手冊(cè)，因此還可用于實(shí)驗(yàn)室相關(guān)人員的實(shí)驗(yàn)安全仿真測(cè)試。

2.4手機(jī)app版仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)。針對(duì)現(xiàn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和考核方式挑選出419位非化學(xué)類專業(yè)學(xué)生，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)束后對(duì)其進(jìn)行教學(xué)效果評(píng)價(jià)(表1)。從評(píng)價(jià)結(jié)果中可以看出，86%的學(xué)生認(rèn)為通過(guò)手機(jī)app版仿真教學(xué)方式對(duì)其學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)課有很大幫助，91%的學(xué)生對(duì)考核模式表示滿意，95%的學(xué)生表示支持此類教學(xué)模式。我校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教師們對(duì)此也提出了寶貴意見(jiàn)，比如可將現(xiàn)有模式替換為微信公眾號(hào)或QQ游戲大廳等類似平臺(tái)，平臺(tái)內(nèi)設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)入口，避免每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都安裝一個(gè)軟件，節(jié)省操作時(shí)耗和手機(jī)內(nèi)存。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)手機(jī)app版仿真軟件將虛擬仿真技術(shù)移植到手機(jī)端，解決了PC端設(shè)備資源投入量大、學(xué)習(xí)地點(diǎn)受限、操作界面難度大等難題，讓課程資源惠及到更多的學(xué)生，不僅節(jié)約教學(xué)資源，打破時(shí)空限制，同時(shí)，在教學(xué)過(guò)程中積累的大數(shù)據(jù)分析也為教師了解教學(xué)效果、改進(jìn)教學(xué)方法提供了真實(shí)可靠的依據(jù)。目前手機(jī)端實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)尚未完善，如移動(dòng)端儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)，由于工作站參數(shù)的修改在后臺(tái)難以實(shí)現(xiàn)設(shè)置而導(dǎo)致研發(fā)受阻，加上手機(jī)端界面較小，顯示內(nèi)容有限，畫面清晰度和運(yùn)行速度對(duì)手機(jī)配置有要求，在部分功能上相對(duì)于PC端具有一定局限性，其利弊之處也為高校手機(jī)端實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了參考。

作者:何燕 曾慧婷 曾星星 單位:湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院 長(zhǎng)沙醫(yī)學(xué)院