化学化工学院在线实验教学简报

发布时间:2021-10-12浏览次数:58

2021年秋季学期本科生课程自830日正式开始。化学化工学院实验教学中心按照学校主管部门和学院要求,召开中心全体教师会议,积极部署和组织本学期开学阶段线上实验教学活动,并统筹安排线下实验教学准备工作,确保线下实验能够在线上教学结束后第一时间开展,尽量避免因疫情给实验教学带来的影响。

本学期中心面对化学化工学院、匡亚明学院、生命科学学院、环境学院、医学院、现代工程与应用科学学院、化生大类、地学大类等10个院系开设《化学实验基础》、《有机化学实验I》、《化学合成与表征II》、《物理化学实验IA》、《化学原理与测量I》、《综合化学实验》和《化学功能分子实验》等多门实验课程,涉及学生千余人。针对实验课程的特点,加上2020年春季学期线上教学的经验,多数课程采用了腾讯会议网上直播+教学立方+QQ群等在线形式的方式进行授课,并要求所有学生在家通过学校的安全考试网址完成在线实验安全考试,获得线下实验室准入资格。实验教学效果总体良好。

1.       《化学实验基础》

《化学实验基础》课是本科生的平台课程,本学期选课学生总数达到了660余人。针对目前学生无法到校的情况,实验室教师根据去年线上教学经验以及今年的实际情况制定了《化学实验基础课网上教学实施方案》,目前已按教务处教学计划时间陆续全面顺利开展。

1. 《化学实验基础》线上授课

实验室教师利用腾讯会议以实验视频和PPT辅助的方式开展实验课的理论教学,并利用QQ群与学生互动,在线答疑。第一次的绪论课主要介绍本课程的基本情况,并重点介绍了实验室安全知识。后面的课程按实验项目讲解实验原理、内容和操作注意事项等。

网上教学具备实验理论、内容较为全面、比较直观、绿色安全等优点,但学生缺乏了实际动手能力的锻炼,为了让学生更好的体验一个完整的实验流程,《化学实验基础》教学团队给学生布置了一个动手操作小实验:制作豆腐。要求学生自行确定制作方案,并独立操作完成。制作过程中拍摄照片记录现象,谈谈心得体会,最后形成一份完整的报告。

任务布置下去后,同学们积极响应,迅速行动,很快就提交了报告。有的同学做出了很完美的产品。通过这一次实验,同学们收获满满。

 

2. 学生在家自制豆腐

线上教学总体原则是要求学生网上按时完成实验安全、实验内容理论、视频等学习,待学校开学后根据实际情况开展实际操作实验部分,所有学生在实验室完成操作后完善并提交纸质版报告。线上线下相结合保证了实验教学质量和进度。

2. 《有机化学实验I/《化学合成与表征II

8月下旬开学以来采用线上教学以来,《有机化学实验I》和《化学合成与表征II》因为其课程的特殊情况,结合2020年上半年疫情期间学生对于线上教学的反馈,拟订了原则内容线上讲,考核内容半线上讲,实验内容线下复课后讲的方针。

9月份具体采用线上会议,录制视频的网络教学,对学生进行了实验室安全,卫生,考勤纪律等方面进行了教学。采用半线上的方式,通过预先由任课教师本人录制的实验视频,通过百度云的网盘加以发布,以找问题提改进方案的方式进行启发学生进行线下学习,制作文档加以说明,学生和任课教师通过电子邮件一对一进行讲解。教师对学生的有机化学实验操作基础进行了摸底,实现了对每个学生的知识盲点进行有的放矢的指导。同时充分利用即时通讯软件与学生进行沟通讲解,对于共性问题加以集体讲解。

在此基础上,基于半线上摸底的结果,有针对性的优化了10月份的恢复线下教学后的教学计划。 

3.《有机化学实验I》操作挑错教学


3. 《物理化学实验I(A)/《化学原理与测量I

物理化学基础实验室本学期承担了化院三年级本科生《物理化学实验I(A)》和化院拔尖班及匡院理科强化班《化学原理与测量I》课程教学,学生总数100余人。受疫情影响,实验课程需要开展一段时间的线上教学。由于实验教学的特殊性,不能完全用线上代替线下教学。线上教学若采用大班集中上课,不利于与学生的现场交流,教学效果会受到影响;而线下教学由于时间的压缩,按照以往的单人实验模式难以完成所有的教学内容。为此在去年线上教学经验的基础上,期初我们教学团队对本学期前期的教学计划进行了精心规划,制定出“1+1”的教学方案,1次线上教学对应1次线下教学。线上教学采用 “腾讯会议平台,除绪论课集中进行外,其他每次线上教学分为若干小组,每组不超过十人,由不同的教师负责开展两个实验的原理和操作过程线上教学,并要求学生打开摄像头和麦克风,便于交流讨论。每位教师精心制作了各实验原理的PPT,在讲解过程中融入了很多的问题,通过提问、抢答进行即时交流,促进学生的深入思考,加深对实验原理的理解;在操作视频学习环节,鼓励学生在视频中去发现问题,提出问题,培养学生的主动学习意识。与线上几次教学相对应,线下前几周每次实验由两名学生合作完成两个实验的操作过程,这样既能培养学生分工协作的团队精神,又能保障在正常的教学时间内顺利完成实验教学内容。从课后学生的问卷调查反馈来看,学生对本课程线上教学总体比较满意。

 4. 《物理化学实验I(A)/《化学原理与测量I》线上授课

4. 《化学功能分子实验》/《综合化学实验》

《化学功能分子实验》是实验是国家级精品课程《综合化学实验》的升级改造版,是面向高年级本科生的一门高阶性化学实验课程。今年首次对大三拔尖班学生开设。大班学生由于教学方案今年才进行修订,因此大班学生仍然沿用《综合化学实验》课程名称。该课程着重以分子功能为目标导向,引导学生通过合理的分子设计与组装复合,采用多种现代表征和测试分析手段,开展相关目标功能分子体系的研究性实验,并考察和探究其在催化、光电磁材料、能源、环境以及生物医药等领域的可能应用潜力,增进学生了解化学专业及相关领域最新研究动态和发展趋势,以期培养学生扎实的专业实验技能和综合集成能力以及跨学科交叉复合基础上的跨界实践能力,初步掌握化学研究的一般思路和方法,具备良好的科研素养和综合运用学科知识、技术与方法,独立发现、分析、解决问题的综合实践能力。

5. 化学功能分子实验/综合化学实验》线上授课

由于《化学功能分子实验》和《综合化学实验是第一次开展线上教学,因此课程负责人章文伟老师在8月下旬学生正式开学前便召开教学团队线上线下教学研讨会,商议如何线上教学内容,并制定了线上教学计划。针对本门实验课程的特点,线上教学侧重于实验项目的背景知识介绍和实验原理的讲解。通过背景知识、以及与之相关的最新科研研究成果的介绍,让学生了解为什么要开展该类实验项目的研究,并能把握该研究的研究概况和研究动态,以及目前研究还存在哪些亟待解决的问题;通过实验原理的讲解,引导学生理解实验方案的设计思路、涉及的相关化学原理知识,从而加深对相关知识的理解和掌握,明白实验的本质,并促进学生进一步思考如果后续继续开展相关研究,可以从哪方面入手,如何开展?通过这样一个讲解过程,培养学生初步掌握化学研究的一般思路和方法,为今后的科研打下良好的基础。

6. 化学功能分子实验/综合化学实验》线上授课PPT示例

5. 虚拟仿真实验

为培养多学科交叉复合型创新人才,针对很多化学生物学实验耗时较长、成本很高、难以在本科教学实验中开展等特点,实验教学中心邀请沈群东老师基于其化学、材料、生物、医学等一级学科的研究成果,开发了虚拟仿真实验“脑部神经递质:共轭高分子荧光探针识别”。该实验获得首批国家级虚拟仿真实验教学一流本科课程。

疫情期间,化学功能分子实验》和《综合化学实验》基于上述虚拟仿真实验项目开展了虚拟仿真实验教学,同学们通过该实验,认识了大脑产生神经兴奋的生理机制;学习了神经细胞、脑部组织中递质分子多巴胺的提取;了解了多巴胺响应纳米荧光探针的制备和纳米材料的表征方法;以及通过应用荧光光谱、共聚焦激光显微镜、小动物活体成像等仪器对神经细胞和大脑内部多巴胺进行检测与成像。通过虚拟仿真实验,同学们认为还是有很多收获的。如:通过虚拟仿真实验,能够对文献中的实验原理有着更深入的认识,对其中一些仪器操作也有了一定的体会,对日后可能操作到这些仪器有很大帮助。同时虚拟仿真实验可以反复实践,而且有较为详细的提示,可以有效帮助学生学习基本操作、体会实验操作背后的原理(2019级徐一鸣);虚拟仿真实验可以比普通实验拓展很多,比如可以适时介绍各种发色团的性质,并通过一些小测验来检验是否掌握了某些知识点(2019级范康桥)。当然,同学们也提了一些意见和建议,认为仿真和真正亲自动手还有一定的距离,形式也较为单一,这些建议促使我们今后对虚拟仿真实验教学进行改进和提升,我们希望以后能够通过引入VR技术+部分线下实验两者结合的方式,使得虚拟仿真实验教学能够达到更佳效果。

 

7. 学生做虚拟仿真实验画面 

108日起,按照防疫要求,针对老生开设的《有机化学实验I》、《化学合成与表征II》、《物理化学实验IA》、《化学原理与测量I》、《综合化学实验》和《化学功能分子实验》均已转入线下教学,而针对新生开设的化学实验基础》由于新生报到入校晚,将于1025日转入线下教学。为此,中心将继续统筹安排,做好线上新下教学工作,确保实验教学质量。

 

(供稿:章文伟 \王凤彬\ 程旭 \淳远;部分图片提供:朱婷玉\ 徐一鸣)