錢建剛，田東亮，鹿現(xiàn)永

北京航空航天大學化學學院，北京 100191

實驗教學不僅有利于提高學生的學習興趣，而且能培養(yǎng)學生嚴謹求實的科學態(tài)度，更能培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新思維，是培養(yǎng)高素質(zhì)人才不可替代的重要環(huán)節(jié)[1,2]。近年來隨著網(wǎng)絡(luò)游戲的火爆，越來越多的教師關(guān)注游戲在教育方面的應(yīng)用，特別是在游戲理念與教學整合和游戲化教學設(shè)計等方面的應(yīng)用[3]?；谟螒蚧瘜W習理念的闖關(guān)式教學模式也就應(yīng)運而生[4,5]。隨著移動通訊技術(shù)與信息技術(shù)的融合發(fā)展，為隨時隨地在線聯(lián)接、通訊聯(lián)絡(luò)和信息交換提供了可能。在這樣的科技背景下，新媒體的代表——微信在教育領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如利用微信平臺解決大學生思想教育的問題、借助微信拓展學習空間解決教學中所面臨的難題、基于微信構(gòu)建教育教學過程中高效管理機制等，這些應(yīng)用為教育領(lǐng)域開展其他的“微應(yīng)用”研究打下了良好的基礎(chǔ)[6]。問卷星是目前國內(nèi)最大的專業(yè)免費在線問卷調(diào)查、測評、投票平臺，可為用戶提供人性化的在線考試服務(wù)等[7]。近年來問卷星逐漸應(yīng)用在教學過程中，采用問卷星進行線上考試具有效率高、質(zhì)量好和成本低等特點[8,9]。學生利用手機提交答卷后，后臺可自動閱卷和對結(jié)果進行統(tǒng)計分析，學生能即時看到成績，教師能查到每道題目的正確率和各選項的備選情況，從而能進行針對性教學；無需印刷和收發(fā)試卷及人工閱卷，可最大程度節(jié)省教學資源和人力[10,11]。本文基于“微信+問卷星”平臺對大學化學實驗預習模式進行了改革，引入游戲闖關(guān)理念，開發(fā)了闖關(guān)式大學化學實驗預習在線考試小程序，以替代傳統(tǒng)的紙質(zhì)預習思考題，引導學生主動接受闖關(guān)式挑戰(zhàn)，并取得了較好的教學效果。

1 北京航空航天大學大類核心課“大學化學”情況簡介

大學化學實驗是我校實行大類招生后工科試驗班類(航空航天類)本科生進入大學后所接觸到的第一門實驗課，在培養(yǎng)工科大類學生的動手能力和科學素質(zhì)等方面均起著不可替代的作用。2018年我校對教學作息時間進行了調(diào)整，每節(jié)課的上課時間即每學時的時間由原來的50 min壓縮到45 min，課間休息時間由10 min壓縮到5 min，這樣實際上每堂實驗課即兩節(jié)課的時間由原來的110 min縮短到95 min。目前大學化學實驗共有16學時、開設(shè)8個實驗。大學化學實驗雖然是依托于“大學化學”的理論課程，但講授實驗課教師和講授理論課教師不完全相同，如去年講授實驗課教師共有23位、講授理論課教師共有15位，且每年的任課教師略有不同。實驗預習模式是：大學化學實驗課前，要求學生需要提前預習實驗講義、完成并提交與實驗內(nèi)容相對應(yīng)的紙質(zhì)預習思考題，實驗前實驗任課教師完成對預習思考題的批改。

目前，大學化學實驗的預習模式存在以下主要問題：(1) 由于大學化學實驗課是大學生進入大學后接觸到的第一門實驗課，再加上有些學生在中學階段沒有親自做過實驗，大學生普遍對實驗的安全和環(huán)保意識不強，而化學實驗室里存在許多易燃、易爆、有腐蝕和有毒藥品，大學生在碰到這些易燃、易爆、有腐蝕和有毒藥品時，不知道或不清楚如何正確處置，有些大學生直接將實驗中產(chǎn)生的有毒有害廢液倒入下水道中，嚴重缺乏實驗安全和環(huán)保意識，因此亟需加強大學生的實驗安全及環(huán)保意識。(2) 學校對課堂時間進行了壓縮，造成學生有效實驗時間減少。一方面，學校調(diào)整教學作息時間后，每堂實驗課的時間整整減少了15 min；另一方面，實驗前大部分學生會認真預習實驗講義并完成相應(yīng)的預習思考題，但總有部分學生不認真預習實驗講義，也有極少數(shù)學生根本就不預習實驗講義，導致在實驗時會出現(xiàn)邊做實驗邊看實驗講義的現(xiàn)象。針對這種情況，實驗任課教師不得不在實驗時要花少則15 min多則30 min的時間來講解實驗中的原理、儀器設(shè)備使用和操作注意事項等，導致現(xiàn)有實驗方式與實驗上課時間之間存在不匹配的問題，不能很好地完成實驗課內(nèi)的教學內(nèi)容。這兩方面的原因?qū)е聦W生有效實驗時間減少，直接影響到學生的動手能力。鑒于此，為適應(yīng)學校教學作息時間的調(diào)整和提升學生的動手能力，也為“大學化學”一流本科課程建設(shè)奠定良好基礎(chǔ)，目前大學化學實驗的預習模式亟需進行改革。

2 基于“微信+問卷星”闖關(guān)式化學實驗預習模式的教學實踐

實驗預習模式能夠提高實驗效率，在相對有限的實驗課時內(nèi)，讓學生盡可能多的得到實際動手操作的訓練機會，有效提高學生的動手能力，提高實驗課的教學效果和教學質(zhì)量。作者基于“微信+問卷星”軟件平臺對大學化學實驗的預習模式進行了改革，引入游戲闖關(guān)理念，開發(fā)了闖關(guān)式大學化學實驗預習在線考試小程序(包括實驗室安全和環(huán)保、大學化學實驗預習思考題)，以替代傳統(tǒng)的紙質(zhì)預習思考題，引導學生主動接受闖關(guān)式挑戰(zhàn)。下面作者通過基于“微信+問卷星”闖關(guān)式化學實驗預習模式的創(chuàng)新與實踐過程進行介紹。

2.1 在線考試小程序設(shè)計

設(shè)計在線考試小程序時，首先要收集整理文字資料庫及(包括錄制)視頻資料庫。目前已有的文字資料庫里包括：實驗的程序與要求，學生實驗守則，實驗室安全守則，實驗數(shù)據(jù)的獲得與整理，易燃、易爆、有腐蝕有毒性試劑和實驗室廢液處理處置方法，以及8個大學化學實驗的實驗講義等。已有的視頻資料庫里包括：滅火器使用，玻璃儀器如量筒、容量瓶、移液管、比色皿、比色管、滴管、滴瓶、滴定管等使用，儀器設(shè)備如電子天平、電導率儀、酸度計、分光光度計等使用。然后進行問卷星用戶注冊和登錄，最后設(shè)計在線考試小程序，其流程圖如圖1所示。

圖1 設(shè)計流程圖

下面以在線創(chuàng)建設(shè)計“化學實驗室安全及環(huán)?！笨荚囆〕绦驗槔齺碚f明具體的創(chuàng)建設(shè)計過程。圖2為在線創(chuàng)建“化學實驗室安全及環(huán)?！笨荚囆〕绦虻牧鞒虉D。

圖2 在線創(chuàng)建“化學實驗室安全及環(huán)?！笨荚囆〕绦蛄鞒虉D

在線考試小程序設(shè)計的關(guān)鍵在于考試內(nèi)容即考題的設(shè)計上。考題設(shè)計的理念應(yīng)該是要能達到良好的預習效果，即如果不認真預習相關(guān)內(nèi)容是很難能通過闖關(guān)考試的。具體有三點：(1) 增加選擇題選項數(shù)目，由原來一般只有兩個選項增加到四個選項，減少偶然因素；(2) 將實驗中的重要內(nèi)容設(shè)計成考題，這樣在實驗時才能引起學生的高度重視，如在“污水中六價鉻的測定”實驗中，在酸性溶液中六價鉻與二苯碳酰二肼反應(yīng)，生成紫色化合物，該化合物的最大吸收波長為多少；(3) 在實驗中易出錯的地方設(shè)計成考題，如在“水的凈化與水質(zhì)檢測”實驗中，測定自來水的硬度時，在使用移液管吸取水樣時應(yīng)該用什么水來洗滌移液管，而盛放水樣的錐形瓶又應(yīng)該用什么水來洗滌。

2.2 在線考試小程序發(fā)送與收集

由于主講“大學化學”課程理論課的教師較多，利用問卷星平臺編寫的在線考試小程序完成后需要發(fā)送給理論課的任課教師(需要在電腦上操作完成)，再由任課教師發(fā)送到授課學生的微信群里(可以在手機上操作完成)。在線考試小程序發(fā)送給理論課任課教師的流程如圖3所示。

圖3 在線考試小程序發(fā)送給理論課任課教師的流程

理論課任課教師把在線考試小程序發(fā)送到授課學生的微信群里，流程如圖4所示。圖5為由8個大學化學實驗預習思考題制作的二維碼海報圖。

圖4 任課教師把在線考試小程序發(fā)送到授課學生微信群的流程

圖5 8個大學化學實驗預習思考題制作的二維碼海報圖

2.3 “闖關(guān)式”的問卷反饋

學生要進入實驗室進行正常實驗，必須要闖過兩個關(guān)口。第一個要闖過實驗室安全與環(huán)保關(guān)口，即學生必須要先仔細閱讀或觀看實驗室安全環(huán)保方面的文字及視頻資料，后進行闖關(guān)考試，得分≥ 90才算闖關(guān)成功，否則要重新闖關(guān)，直至成功。第二個要闖過相關(guān)實驗內(nèi)容關(guān)口，即學生必須要先仔細閱讀和觀看與實驗內(nèi)容相關(guān)的玻璃儀器和儀器設(shè)備的操作使用及相應(yīng)的預習思考題的文字或視頻資料，后再次進行闖關(guān)考試，得分≥ 90才算闖關(guān)成功，否則要重新闖關(guān)，直至成功。兩個關(guān)口都闖關(guān)成功后才有資格進入化學實驗室進行化學實驗。如果實驗課前學生還是沒有闖關(guān)成功，則取消本次實驗課資格(目前為止還沒出現(xiàn)過此種情況)。圖6為闖關(guān)流程圖。

圖6 闖關(guān)流程圖

理論課的任課教師在實驗前需要知道學生闖關(guān)的結(jié)果。圖7為查看學生闖關(guān)結(jié)果的流程圖。

圖7 查看學生闖關(guān)結(jié)果的流程圖

實驗課的任課教師可能就是理論課的任課教師，也有可能不是。當實驗課的任課教師不是理論課的任課教師時，理論課的任課教師則需要將學生闖關(guān)的結(jié)果分享給帶實驗課的教師。圖8為分享結(jié)果的流程圖。

圖8 分享結(jié)果流程圖

由于部分學生存在多次闖關(guān)情形，這樣就可能導致同一學生名下出現(xiàn)多次闖關(guān)結(jié)果，不利于統(tǒng)計和分析。圖9為刪除重復提交闖關(guān)結(jié)果的流程圖。

圖9 刪除重復提交闖關(guān)結(jié)果的流程圖

3 教學效果評價

有效的教學評價，是促進實驗教學質(zhì)量提高的重要一環(huán)。通過改革實驗預習模式后，對大學生進行了問卷調(diào)查，為了使問卷調(diào)查結(jié)果更具真實性，填寫問卷時不需要填寫姓名。共收到有效問卷144份，問卷調(diào)查的具體內(nèi)容和結(jié)果如下：

① 你認為大學化學實驗預習模式采用線上小程序闖關(guān)形式與原來的線下紙質(zhì)預習思考題形式相比，對實驗預習的總體效果有什么不同？

② 你在大學化學實驗的預習中，你是怎么預習實驗的？

③ 你認為進入大學化學實驗室之前先要闖關(guān)通過實驗室安全和環(huán)保方面小程序的在線考試，對你重視實驗室安全和建立環(huán)保意識有幫助嗎？

④ 你認為通過觀看我們提供的玻璃儀器和設(shè)備使用的視頻，對你熟悉玻璃儀器和設(shè)備的使用有幫助嗎？

⑤ 你認為進入大學化學實驗室之前要闖關(guān)通過相關(guān)實驗內(nèi)容小程序的在線考試，對你熟悉即將要進行的大學化學實驗有幫助嗎？

⑥ 你覺得設(shè)定小程序在線考試的得分≥ 90才算闖關(guān)成功合適嗎？

⑦ 我們最初的設(shè)想是：通過大學化學實驗小程序的在線考試，學生在進入化學實驗室進行實驗之前，已經(jīng)比較熟悉化學實驗室的安全和環(huán)保、儀器的基本操作和即將要進行的實驗內(nèi)容等，進入實驗室后可直接進行實驗，不需要教師再花費太多時間來講解，可使學生最大程度有效利用實驗課時間進行實驗，有利于提高實驗課的教學質(zhì)量和效果，提升動手能力、嚴謹意識和科學素養(yǎng)。你覺得你達到了我們最初的設(shè)想了嗎？

⑧ 你對大學化學實驗預習采用線上小程序這種闖關(guān)形式還有其他什么建議嗎？或者你認為大學化學實驗預習采用線上小程序這種闖關(guān)形式還有什么地方需要改進的嗎？大部分學生的回答是“沒有”或者“無”，有部分學生認為最好是在闖關(guān)成功后顯示正確答案或者是在所有同學都闖關(guān)通過后給出正確答案。

從問卷調(diào)查結(jié)果可以清楚看出：實驗預習模式采用線上小程序闖關(guān)形式后，91%以上學生認為實驗預習的總體效果是有提高的，認為總體效果提高不明顯的只有8%左右；40%左右學生是在認真預習了實驗講義且觀看了相應(yīng)視頻后才做小程序在線考試題，54%左右學生只是在大致看了實驗講義和相應(yīng)視頻后做小程序在線考試題，5%左右學生基本沒看實驗講義和相應(yīng)視頻就直接做了小程序在線考試題，這個結(jié)果可以用來解釋為什么有部分學生提交了多次闖關(guān)結(jié)果，甚至提交了8次才闖關(guān)成功，說明有部分學生寧愿花時間去多刷題，也不愿花時間去認真預習，這可能就是高中應(yīng)試教育導致的直接后果，從另一個角度這也說明設(shè)置考試得分≥ 90才算闖關(guān)成功是有必要的；95%以上學生認為，通過增加實驗室安全和環(huán)保方面小程序在線闖關(guān)考試對重視實驗室安全和建立環(huán)保意識是有幫助的；93%以上學生認為通過觀看玻璃儀器和設(shè)備使用的視頻對熟悉玻璃儀器和設(shè)備的使用是有幫助的；97%以上學生認為進入大學化學實驗室之前要闖關(guān)通過相關(guān)實驗內(nèi)容的小程序在線考試對熟悉即將要進行的大學化學實驗是有幫助的；98%以上學生認為在線考試得分≥ 90才算闖關(guān)成功是合適的，只有不到2%的學生認為這樣不合適；93%以上學生認為大學化學實驗預習模式的這種改革達到了最初的設(shè)想，即通過大學化學實驗小程序的在線考試，學生在進入化學實驗室進行實驗之前，已經(jīng)比較熟悉化學實驗室的安全和環(huán)保、儀器的基本操作和即將要進行的實驗內(nèi)容等，進入實驗室后可直接進行實驗，不需要教師再花費太多時間來講解，可使學生最大程度有效利用實驗課時間進行實驗，有利于提高實驗課的教學質(zhì)量和效果，提高動手能力、嚴謹意識和科學素養(yǎng)。對于部分學生提出最好是在闖關(guān)成功后顯示正確答案或者是在所有同學都闖關(guān)通過后給出正確答案的建議，我們做了如下處理：由于問卷星軟件平臺本身沒有在提交結(jié)果后直接顯示答案的功能，再考慮到大學化學實驗的學生眾多且是在不同時間段進行，因此不能簡單地提供統(tǒng)一答案，而是要求任課教師根據(jù)問卷星提供的“統(tǒng)計結(jié)果”，有針對性地對某個錯得較多的題目進行講解。

綜上從學生反饋的問卷調(diào)查結(jié)果看，大學化學實驗預習模式的這種改革得到了絕大多數(shù)學生的認可，而且教學效果也是明顯的，可以說實驗預習模式的這種改革是成功的！也達到了改革最初的設(shè)想。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)的紙質(zhì)大學化學實驗預習思考題不但造成紙張的浪費和教師工作量的增加，而且很難對實驗預習的效果進行整體分析，不利于教師了解學生對某個實驗知識點的掌握程度，而問卷星在線考試不僅環(huán)保，而且能夠快速準確地對考試結(jié)果進行統(tǒng)計分析，以便任課教師在實驗課上有針對性講解，提高實驗教學的效率；引入游戲闖關(guān)理念，可提高學生的學習興趣，提高實驗教學的效果，另外實驗預習模式的這種改革也具有可推廣性。當然，基于“微信+問卷星”平臺在線考試小程序目前存在不足：是設(shè)定了得分在90分以上者才算闖關(guān)成功，部分學生會多次提交闖關(guān)結(jié)果，顯示結(jié)果里就存在同一名下出現(xiàn)多次闖關(guān)結(jié)果，不利于統(tǒng)計和分析。