“单元合成系列实验”MOOC建设与实践.pdf

-119-第3期2023年6月No.3June，2023“单元合成系列实验”MOOC建设与实践宋 瑾1，2，吴凤龙1（1.河套学院 生态与资源工程系，内蒙古 巴彦淖尔 015000；2.河套学院 功能材料实验室，内蒙古 巴彦淖尔 015000）摘 要：“单元合成系列实验”是以化学合成实验项目为主、性质和提取实验项目为辅的综合类实验课程，对学生双创思维的培养具有基础性作用。基于教学理论介绍了“单元合成系列实验”课程体系，并从线下课程建设、MOOC线上课程建设和课程思政建设3个方面明确了课程资源的建设方向。同时，教学模式与教学方法要注重实验过程的监管，充分发挥和调动学生的主观能动性，突出课程的应用性，并制定和完善多元化实验教学考核体系，实现专业教育与双创教育的有机融合，为一流本科课程建设提供参考。关键词：MOOC；“单元合成系列实验”；教学改革2020年12月9日至11日，世界大规模在线开放课程（Massive Online Open Courses，MOOC）大会在北京召开，围绕“学习革命与高等教育变革”的主题，掀起了高等教育在线教学实践经验交流热潮1-2。在少数民族地区开展MOOC建设，对文化教育事业和政治经济繁荣具有十分重要的意义。对于以实验为基础的专业而言，部分牧区生源学生在理解实验原理、处理实验问题、阅读中英文文献和资料、撰写汉语版实验报告等方面难度较大，当线上线下混合式授课成为日常教学的一部分，影响了这部分学生的实验课程学习。“单元合成系列实验”是应用化学、化学工程与工艺、动物科学、农学、食品安全与工程等专业所涉及的实验课程，内容包括有机化合物的制备、天然产物的提取、有机化合物的性质与鉴定、聚合物提纯方法、逐步聚合反应、自由基聚合反应、离子型聚合反应、开环聚合反应、生物化学品合成、精细化学品合成、药物合成等。该系列实验应用性和实用性较强，以合成和制备实验为主、性质和提取实验为辅，是培养实验操作技能、双创思维、科学素养的重要育人环节3。探索有利于“单元合成系列实验”课程资源建设的模式，进一步利用信息技术建设MOOC资源，是民族地区地方高校教师课程建设与实践面临的重要任务。1“单元合成系列实验”课程体系“单元合成系列实验”是以化学合成实验项目为主的综合类实验课程，该课程优化整合了“有机化学”“精细化学品化学”“高分子化学”“生物化学”等基础实验课程中实验原理相近、实验操作步骤相似、数据处理及表征手段相同的实验项目，同时根据地方产业市场需求融入了新的实验项目，搭建了新的课程体系与内容。该课程体系消除了相关度和匹配度较高的实验项目之间相互独立、实验内容陈旧且重复设课的弊端，改变了理论实验项目内容与实习实训单位实验项目需求相脱节的局面，加强了彼此间的联系。课程体系以学生为主体，着重突出有机化合物和高分子化合物的制备与合成、表征测试与分析、性能测试与实际应用等教学特点，覆盖了“有机化学”“高分子化学”“精细化学品化学”“生物化学”“现代仪器分析”“数据处理”等课程的核心内容。该实验课程采用层次教学法，针对教学对象的差异性构建三层次实验教学体系和多元化实验教学考核体系，旨在使学生在理论课程学习的基础上系统地学习“单元合成系列实验”的基本实验操作技术和手段，强化学生的实验操作能力。授课教师团队通过“单元合成系列实验”体系线上、线下课程资源建设，弥补民族地区地方高校本科教育中基本实验技能训练与双创思维能力训练方面的不足，使课程内容更加符合地方人才市场需求，突出课程的实际应用性，向实现一流本科课程“双万计划”的总体建成目标迈进4。2 资源建设2.1 线下课程建设首先，设计多样化“单元合成系列实验”教学内容。具体包括优化、整合、删减、更新实验内容陈旧、重复性强、相似度高的实验项目，新增符合实习实训岗位需求的实验项目。其次，构建三层次“单元合成系列实验”教学体系。依据实验项目需求分析，将实验教学项目分为基础性实验、综合性和设计性实验、创新创业类实验。基础性实验项目重点训练“单元合成系列实验”基本原理、实验方法和实验操作技能等。基础实验操作包括蒸馏、蒸发、过滤、回流、分馏、萃取、升华、重结晶等。综合性和设计性实验项目重点训练学基金项目：内蒙古自治区教育科学“十三五”规划项目（2020MGH082，NGJGH2020422）作者简介：宋瑾（1984），女，内蒙古巴彦淖尔人，副教授，博士；研究方向：能源催化。通信作者：吴凤龙（1982），男，内蒙古巴彦淖尔人，副教授，硕士；研究方向：材料改性。现代盐化工Modern Salt and Chemical Industry-120-第3期2023年6月No.3June，2023生设计、创新实验内容及解决、分析实验过程中所遇问题的能力，巩固基础实验操作技能，拓展实际应用实操技能，包括学生全程自主完成文献查阅研读、实验方案设计、实验难点攻关、实验讨论等。同时，培训物质结构分析及性能测试表征技术，如色谱法、比色法、分光光度法、离子交换法等。创新创业类实验项目重点培养学生的双创思维，鼓励并指导学生参加各类创业设计大赛。最后，建立多元化实验教学考核体系。多元化实验教学考核成绩以平时成绩、期末实操、实验记录报告、出勤和课堂综合表现、竞赛获奖额外加分等部分考查成绩按权重计算得出。该考核体系重点跟踪学生的日常学习过程，也监管了实验教学过程。2.2 MOOC线上课程建设随着科技的快速发展和“互联网+”时代的到来，越来越多的信息化技术、移动技术在教学过程中得到了广泛应用，MOOC成为面向学生的大型网络开放式教育平台，让学生主动参与，成为学习中心5-6。建设“单元合成系列实验”MOOC线上实践主体，培养实验科学素养和创新精神，可为培养高素质应用型专门人才提供实践理论学习平台。首先，组建课程团队，归纳总结知识点，明确分工。按照专业人才培养方案和课程标准的要求，把每门课的核心知识点剥离出来。课程团队根据各专业学生的知识、能力、素质培养目标及岗位需求，聘请行业专家共同参与论证并确定核心知识点。根据核心知识点，明确分工并编制MOOC资源库建设方案，按照该方案建设课程资源库。其次，凝练实验要素，收集制作线上资源。“单元合成系列实验”课程的资源库建设包括文字库建设和媒体库建设。文字库包括实验大纲、授课计划、考试大纲、试题、作业等。媒体库要更多地融入动态化展示，包括授课课件、实验视频、微课视频、厂区视频、模型图、机理图、化学反应动态图等。授课课件、微课视频等以实验原理、实验操作规范、注意事项等知识点讲解为内容录制而成，实验视频、厂区视频是将线下实验视频、实习实训单位工艺段视频或实验样品检测过程视频经过编辑与处理后展示，时长在15 min以内。模型图、机理图、化学反应动态图等可采用Chem Draw、Chem Windows、Chem3D Ultra、CAD、C4D、3Ds Max等设计软件绘制，如高温炉、合成塔、电解槽等化工生产的典型设备，电子云、杂化轨道、分子结构、晶体结构等物质结构模型，蒸馏、回流、分馏、回流分水等实验装置等7。动画包括酯化、聚合、取代等化学反应动态图，精馏、换热、流体输送等化工基本单元，亲核反应、亲电反应、逐步聚合、自由基聚合等反应机理。最后，建立考核中心和互动反馈区模块。考核中心突出对实验教学过程的监管，包括任务点学习进度、章节学习次数、实验报告分数、讨论参与次数等。互动反馈区通过对教学效果和师生、生生之间的跟踪评价得到相应反馈，再根据教学反馈调整课程资源，进一步优化和完善资源库。2.3 课程思政建设“单元合成系列实验”课程思政元素挖掘应结合实验项目的发展史，在教学过程中提炼出严谨的科学精神、科研诚信、工匠精神以及“四个自信”等思政元素，这些都为实验课程的育人功能提供了保障。（1）转变传统的教学理念。课程思政建设要将思政教学理念及教学方法有机融入实验课程的教学过程中。例如课堂教学中可以发布以实验项目为主的专业资料，潜移默化地使学生接受思政教育；也可以发布以思想政治教育为主的思政资料，引导学生从中学习专业实验知识8。（2）收集课程思政元素。根据实验内容和特点，深入挖掘思政元素并形成教学内容，可以从中提炼出以“爱国主义”为核心的民族精神和爱国情怀，以“责任和诚信”为核心的职业素养和社会责任感，以“工匠”为核心的积极探索、精益求精的科学精神和以“四个自信”为核心的民族自豪感。以这4类思政元素为主线贯穿其他各个实验项目，进一步形成每个实验项目的单元思政元素。例如苯乙烯的悬浮聚合、低分子量环氧树脂的合成，可以在线上MOOC文字库中为学生推送合成领域国内外科技发展的优势和缺陷资料，其课程思政要点为爱国情怀、民族自豪感和民族自信。再如阿司匹林的合成及性质、雪花膏的配制及性能测试等医药品、日用品的合成和性能实验，可以布置作业，让学生讨论艰辛的科技研发历程，进一步了解身边材料的发展史乃至中国材料的发展史，其课程思政要点为“工匠”精神和精益求精、不断探索的科学精神。（3）建立学生思政学习兴趣小组。以学生为中心，由学生自主成立思政学习兴趣小组。教师为思政学习兴趣小组设计不同的实验项目应用场景，应用场景中蕴含不同的思政元素，如可以选择贴近学生学习生活的实际案例或者正能量的案例场景，根据实验结果，不同组之间形成竞争对抗，培养学生团结协作的能力。线下实验课和线上MOOC双重体现思政教育效果，燃起学生的民族自豪感，强化学生的社会责任感，同时能关注学生参与学习的频次与深度、学习程度与效果等。3 教学模式与教学方法“单元合成系列实验”采用线上线下混合式教学模式，线上教学分为课前预习和课后复习两部分，线下教学是在实验室中动手实操部分。课前预习通过线上MOOC资源中的媒体库和文字库进行自主学习，具体包括单元合成实验原理（主、副反应方程式）、实验目的（包括了解反应物和产物的性质、掌握制备方法和操作技能、理解化学反应机理）、实验步骤（制备、提纯、计算产率、性质实验及表征）、实验现代盐化工 科学与文化-121-第3期2023年6月No.3June，2023装置（回流、减压蒸馏、分馏、蒸馏、机械搅拌）、注意事项、实验要点等，目的是让学生在实验开始前做到“心中有数”，全方面了解教学内容和重难点，规避实验事故和危险。通过课前MOOC学习，学生在化学实操水平、实验理解能力等方面的差距缩小，针对性听课弥补了语言上的不足。线下教学是任课教师讲解单元合成实验内容后学生自主动手实验操作过程，重点解答学生在实验过程中遇到的各种问题并给出处理方案，主要集中在化学反应加料顺序不当、反应条件控制不精确、生成物提纯操作有误等方面，针对这些实操问题，师生之间、生生之间要充分发挥协作精神，通过讨论及相互对照给出解决办法，做到“学生主、老师辅”。课后复习是根据学生在线下化学实验实操过程中的情况，重新观看MOOC视频查漏补缺，同时加强对实验重难点的理解和巩固。教学方法主要采用实验教学法、案例法、讨论法等，以提高学生的自主实验能力，培养学生的双创能力，如利用微信、QQ等信息化软件对学生的实验预习、实验记录及实验效果进行灵活快速跟踪和检测。4 结语“单元合成系列实验”是以化学合成实验项目为主、多学科交叉构成的综合类实验课程，实践性和逻辑分析性较强。基于MOOC建设和教学理念，结合专业人才需求分析和课程特点，以基本实验技能训练与双创思维能力培养为目的，对实验原理相近、实验操作步骤相似、数据处理及表征手段相同的实验项目进行优化整合，并根据地方产业市场需求融入新的实验项目，建设了“单元合成系列实验”线下课程、线上MOOC课程文字库和媒体库。根据实验内容和特点，提炼并形成以“爱国主义”为核心的民族精神和爱国情怀，以“责任和诚信”为核心的职业素养和社会责任感，以“工匠”精神为核心的积极探索、精益求精的科学精神和以“四个自信”为核心的民族自豪感等4类思政元素。同时，采用线上线下混合式教学，在教学设计过程中注重实验过程的监管，充分发挥和调动学生的主观能动性，突出课程的应用性，制定和完善多元化实验教学考核体系，考察学生的实验操作技能掌握程度，并培养学生探究问题、解决问题的能力及双创思维，实现专