线上线下混合模式践行留学生大学化学实验课程改革

石美，刘洋，郑宏伟，彭耀丽*

（1.中国矿业大学 化工学院，江苏 徐州；2. 枣庄学院 化学化工与材料科学学院，山东 枣庄）

一 引言

在自然科学中，被誉为“中心科学”的化学[1]，在知识体系日趋复杂、学科交叉融合蓬勃发展的今天，其基础与核心地位日益突出，渗透至科学研究、制造行业和日常生活的每个角落，亦是学生未来职业向良性发展的关键基石之一。因此，《化学原理》《大学化学》和《普通化学》等课程被诸多高校列为通识教育的重要内容。其次，随着我国留学政策的不断推进和高等教育水平的稳步提升，教育部公布《来华留学生高等教育质量规范（试行）》，旨在提升留学生教育质量[2-3]。因此，作者采用线上线下混合式教学模式，推动大学化学实验课程改革，力求提高采用英语授课的留学生的教育质量，完善学生知识结构、实现学科交叉融合和未来职业发展等方面，助力全面建设“双一流”大学和实现国家战略目标的迫切需求[4]。

化学是以实验为基础的学科，因此实验对帮助学生深入理解化学原理至关重要。概览近年来大学化学实验教学改革工作，目标定位在帮助学生深入学习与实验相关的化学原理和方法、拓宽学生的知识领域和结构和增强学生动手能力等方面。这些大学化学实验教学改革工作推进了创新教育[5-6]、创新思想和意识培养[7]，采用如“ATDE”创造性思维[8]、课立方系统[9]、翻转课堂[10]和科学写作策略[11]等多种模式，结合网络资源为辅助手段提高大学化学实验的完成效率[12-13]，有效提高大学化学实验的教学效果。

我校大学化学课程组借鉴大学化学实验课程教学改革成果，在充分调研我校留学生实际学业情况后，提出了留学生大学化学实验改革思路，即依托大学化学实验，以留学生发展为中心，从实验规范入手，通过协助学生独立完成实验预习、实验操作、数据处理和报告撰写，培养留学生规范的实验操作、严谨的治学态度、缜密的逻辑思维和准确的语言表达能力，为“一带一路”国家培养具有基础知识扎实、治学态度严谨以及创新能力突出的高素质工科人才。

二 留学生大学化学实验课程改革总体方案

大学化学实验开课时间为大一上学期，是留学生进入大学后第一次系统地进行大学实验课程学习及技能训练。通过学情调查，作者得知大部分留学生对大学化学实验展现出了较浓厚的兴趣和学习热情，但他们对大学化学实验的认识仅限于溶液颜色变化、生成沉淀或放出气体等表观现象，并非采用化学原理对某个变量作定量测定。那么保持留学生对大学化学实验的学习热忱和兴趣，在完成实验教学过程时，培养具有治学严谨、实事求是、逻辑思维能力强、表达和交流能力卓著的学术和应用领域的预备人才实现通识教育课程—大学化学实验—对留学生建立完备的知识体系和科学思维方式的重要目标。

教师在思考以学生发展为中心的教学改革实施策略与模式时，面临两个方面的问题：（1）留学生对大学化学实验课程的期许是什么，教师和教学大纲对本课程的要求是什么，二者之间是否存在差异，教师如何消弥该差别；（2）大学化学实验承担显性和隐性两方面的通识教育任务应当如何完成。其中显性任务是指教学大纲的目标达成，即学生通过完成大学化学实验，掌握了实验原理与方法，并逐渐形成自己的实验知识体系。而隐性任务则是教学内容之外的、可从课程中受潜移默化影响而获得的人文素养，如治学态度、交流能力、表达能力并逐步建立适合本人特点的学习方法等。为了有效解决上述两类问题，作者分别从教师和学生的角度出发，重新规划大学化学实验。

线上线下混合教学模式实验课程改革的总体构架如图1 所示，作为承担这多种角色的载体，教师应不断充实自己，接纳新的教学理念和授课方式，并利用“互联网+教育”的线上线下混合教学模式，建设资源丰富的大学化学实验课程环境，将实验知识学习、人文精神和能力培养融于一体，同时构筑详细的评价和信息反馈系统，帮助教师实时掌握留学生学习进度和程度，协助学生建立个人的学习方法，实现有效学习、深度学习和意义学习，同时提高留学生的专业和非专业素质，旨在培养出满足“一带一路”国家需要的合格的学术型和应用型预备人才。

图1 大学化学实验课程改革方案

三 留学生大学化学实验改革内容与实践

留学生培养应是显性教学任务与隐性教学任务共同实施，相互促进，实现以学生发展为中心的教学理念，助力留学生未来职业发展，因此作者对大学化学实验的改革内容聚焦于治学态度、交流能力和表达能力的训练。

（一） 强调遵纪守规，厚植留学生安全意识

实验室是完成本科生实践教学工作、培养人才的重要场所[14]，引忽略化学实验室安全导致实验室事故时有发生，造成了严重的后果。因此为了防止安全事故发生，留学生必须通过化学实验室安全知识培训和考试，获取合格证书后才能进入实验室。详细的安全知识培训和考试都放在课程网站上，方便留学生自学和反复学习。然而，即便经过安全知识强化训练，留学生也不可能记住所有内容。因此，教师在留学生每次完成实验前将该实验涉及的实验室安全要点梳理出来，放在相应的实验的预习内容里供留学生预习，并将该部分内容列入实验预习考核，以此强化学生的安全知识和安全意识。实验结束后，也将留学生检查是否关闭水电气以及废弃药品处理作为实验考核内容，强化他们的安全意识和良好实验习惯。

学情调查发现，只有少部分留学生在入学前做过简单的化学实验，大部分学生都是被动观看教师操作实验仪器和设备，参与使用仪器或设备的机会很少，因此训练留学生掌握正确实验仪器规范操作也是实验安全、准确、顺利完成的必要保障。作者将大学化学实验所用的仪器和设备的规范操作录制成视频置于网站中，同时解释如此操作的原因，并对比不规范操作，指出不规范操作引起的后果，这样有助于学生记住正确的操作方法。另外，在视频中嵌入与该操作相关的考核试题，设置节点，要求学生回答正确才能继续观看视频，防止学生只是为了完成预习任务，而非掌握仪器或设备的规范操作过程。同时在上实验课时，教师通过提问和竞答环节加深学生对规范操作的印象，并将此环节计入考核内容，激励学生认真预习实验，掌握实验方法，增强解决实际问题的能力。

（二） 注重习惯塑就，培养留学生诚信品格

化学是以实验为基础发展起来的学科，遵守诚信理念、实事求是地反映研究结果是追求学科真理的基石。大学化学实验中常见的非诚信现象通常为修改实验数据和抄袭实验报告，究其原因主要有3 种：（1）实验预习不充分，导致实验中出现不必要的失误或错误，延误完成实验时间，学生又不愿意重新做实验；（2）实验动手能力欠佳，在中学时没有做过或独立完成过实验，个人独立完成实验有困难；（3）对大学化学实验缺乏兴趣，学习的目的仅仅为了获取学分。对第（3）种现象，任课老师可通过课程中科学家的趣闻轶事以及化学知识本身解决实际问题的魅力得以解决。针对（1）和（2）种情况，则可以通过制造良好学习条件和氛围，增强预习实验环节，并在实验总评中成绩上体现预习实验及其效果的考核比例，以提高学生预习质量，达到解决这两个问题的目的。因此，任课教师力求解决的问题是，怎样提高留学生的预习实验质量，进而防止学生预习实验流于形式。作者将问题导向式教学法融于预习实验，将适宜的问题引入预习过程冲，内容包括强化认识实验安全问题、深度理解实验原理和熟知实验操作过程认知3 个方面入手，要求学生对不同的预习内容，其预习效果要分别达到优、良、中和合格4 个等级。之所以预习期望达到等级并非都是优秀，是因为学生不可能通过预习完全理解和掌握实验内容，有的部分需要学生在完成实验后才能真正掌握，因此对容易理解的部分，预期达到等级较高，但是对难以理解的内容和仪器，预期达到等级较低。另外，任课教师将这些考核内容与实验视频结合，以过关形式以考核学生预习效果，学生经过多次重复观看视频和完成考核试题，达到实验要求的预习登记。如果学生不能通过预习考核，则不许进入实验室进行实验。以弱酸解离常数的测定实验为例，其具体预习内容及考核目标如表1 所示。

表1 酸碱解离常数的测定预习内容及目标指向

（三） 构建环境，强化留学生沟通和学习能力

教师可借助大学化学实验课程，构建学生与教师、学生之间的虚拟世界（线上）和真实实验室（线下）多种模式的交流平台，通过师生、学生间的交流激发他们的学习灵感，并在学习和交流过程中学会能取长补短，进而增强学生对实验室的辨识力和判断力，提高学生预习和完成实验的效率和质量，达到实验强化对理论内容的理解、理论指导。

在建设线上学习资源时，从学生发展为中心的角度出发，方便人机交流、师生交流和朋辈交流为目的，本着直观、循序渐进的原则重组实验内容，方便学生通过学生实验学习时长、过关问题回答、单元测试等项目，实现人机交互，教师通过该部分的观看视频时长和次数、问题试错次数能基本掌握学生的预习状况，并在实验室重点关注和讲解易错处和出错频率高的部分；鼓励学生大胆并积极参与讨论区和留言板等信息反馈区域的讨论，给不愿意与教师面对面交流的学生提供与教师交流的空间，并结合学生互评和教师评价，明晰学生实验前后不同阶段对实验理论知识和实验方法的认知，同时也反映了线上平台内容设置是否合理，并能及时并合理地调整学习资源内容。

线下交流集中在实验室，重点对个别较难理解的实验原理、仪器操作、实验方法选择和实验关键等方面开展交流与讨论。首先，学生观看完实验视频后知晓实验整个过程并不代表能够顺利完成实验，他们常会出现“脑子会了，手废了”的状况，因此不能放松监督学生完成实验的过程。在实验过程中，教师应注重纠正学生不规范的操作，提醒学生避免可能出现严重的错误，而且这个过程不应该是简单地教授，而应该通过师生交流帮助学生分析为什么他们的做法是错误的，可加强学生对实验内容的理解；其次，采用翻转课堂式讨论帮助学生深层次解读实验原理和实验关键，在讨论过程中教师通过发现问题、分析问题和解决问题这个过程，培养学生学习正确的思维方式和学习方法，将大学化学实验的学习从有效学习阶段，过渡到深度学习，进而达到意义学习，最终实现学生将知识能学以致用的教学目标。

（四） 定义实验报告新内涵，培养科研素质

很多留学生认为实验课的重点就是做实验，往往忽视实验报告撰写的重要性。实验报告不仅让学生回顾和审视整个实验过程，还可以让学生在撰写实验报告的过程中整理自己的思路，提高逻辑思维能力，这也是科研素质的基本要求之一。大部分留学生撰写实验报告的方法是通篇照抄实验书上的内容，甚至部分实验课上使用的仪器、药品和实验步骤已更新，留学生仍然照搬原来的内容，这也不利于严谨的科学素质的培养。

为此作者改进实验报告的撰写方式。首先，剖析并对比实验报告和学术期刊的结构，让学生了解两者的区别与联系，避免学生认为学术论文时高不可攀。实验报告与学术期刊论文有很多相似之处，它们的内容有对应关系，如图2 所示，实验报告的目的与科研论文的摘要类似，实验原理对应引言和结果讨论，实验仪器、试剂和步骤与实验部分和结果与讨论相关，数据记录及处理与结果与讨论和参考文献有联系（不少验证性实验需要参数或结果参考值，需查阅文献），思考与总结与结果与讨论以及结论相对应。通过分析，让学生意识按要求完成实验，是培养科研素质为将来从事科研或工作，撰写出质优的科技论文积累知识和能力。再者，要求学生在撰写实验报告时要融入自己的语言和对实验的理解，不能全部拷贝大学化学实验教材上的内容，适当减少了实验报告的抄写负担，这可以促使学生养成组织语言写作、不抄袭剽窃、独立完成实验报告的习惯，同时也能提高对实验原理的理解层次，而且学生的实验结果不尽相同，在数据处理、思考与总结部分可根据自己的实验结果进行个性化讨论，提高学生分析问题的能力；对于实验结果不达标的学生，除了要求学生重做实验外，还让其分析产生这样结果的原因。最后，要求增加实验报告中实验用仪器型号、药品纯度以及它们的来源，这与科技论文撰写要求相同，让学生养成追根溯源的习惯；另外学生须将记录的原始数据附在实验报告后，避免学生修改原始数据，在记录原始数据时应遵守记录数据的原则，如记录数据要有单位、列表等，而不是随心所欲地记录数据。

图2 比较实验报告与学术期刊论文的异同

四 改革效果

作者收集了2017-2019 年大学化学实验过程和报告数据（2020 年为线上教学为主，实验数据尚不完整，待收集）可知，改革后由于教师要做课程的顶层设计并将顶层设计落到教学实处，工作量增加了不少，但学生完成实验和报告撰写均有所提高，实验总评成绩由预习、实验和报告3 个方面组成，能够较全面地反映实验的全过程的教学效果，2017年尚未实施改革，2018 和2019 年实施改革，可以看出学生成绩有大幅明显提升，实验总评成绩由67.1提升至80.3，2019 年有小幅提高是因为总结了2018年的经验，2019 年能更有效地实施以学生发展为中心的留学生大学化学实验教学改革。

五 结语

留学生通过大学化学实验在安全意识、诚信观念、沟通交流和基本科研素质得到了训练，动手能力、协作能力、口头和书面表达能力亦有所提高，同时也锻炼了提出问题、分析问题、解决问题的能力以及逻辑思维能力，进而拓宽留学生的知识体系和视野。古人云“不积跬步无以至千里”，以学生发展为中心理念下培养留学生不能仅仅由一门大学化学实验课实现，应该将其融入多门课程中，引导留学生打开未来发展的大门。

致谢

感谢朱清老师和张茂银老师多年来对大学化学课程组老师的大力支持与帮助。