赫 帥，魏 明，薛小旭，仝文婷

(南京醫(yī)科大學(xué)康達(dá)學(xué)院，江蘇 連云港 222000)

2019年，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》，要求在2035年，總體實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化。在教育現(xiàn)代化的建設(shè)過(guò)程中，信息化時(shí)代教育變革是一個(gè)重要的方面[1]。另外，2019年末爆發(fā)的新型冠狀病毒肺炎，對(duì)常規(guī)的課堂教學(xué)模式產(chǎn)生較大沖擊，做好疫情防控常態(tài)化背景下的課程教學(xué)，對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)具有重要意義。在國(guó)家教育方針引領(lǐng)與疫情背景雙重要求下，基于信息化時(shí)代的教育變革成為了一種有效的途徑，高校應(yīng)該逐步探索新型教學(xué)方式，全面提升師生信息素養(yǎng)[2]。

《無(wú)機(jī)化學(xué)》是化學(xué)、化工、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)等專業(yè)所涉及的一門(mén)必修的基礎(chǔ)課程，一般安排在大學(xué)一年級(jí)第一學(xué)期?！稛o(wú)機(jī)化學(xué)》的學(xué)習(xí)狀況好壞對(duì)于學(xué)生類似科目的學(xué)習(xí)態(tài)度養(yǎng)成，學(xué)習(xí)方法掌握有重要的影響[3]。目前，在《無(wú)機(jī)化學(xué)》的教學(xué)過(guò)程中，通常依靠傳統(tǒng)的教學(xué)手段，以多媒體課件為綱，以講授法為主，在取得一定教學(xué)效果的同時(shí)，也暴露了一些不足。例如，在“講解原子核外電子排布與共價(jià)鍵理論”的過(guò)程中，抽象的知識(shí)對(duì)學(xué)生的認(rèn)知能力提出了較高的要求。同時(shí)，《無(wú)機(jī)化學(xué)》實(shí)驗(yàn)的線上教學(xué)同樣遇到了較大的挑戰(zhàn)。因此，針對(duì)《無(wú)機(jī)化學(xué)》教學(xué)所暴露出的問(wèn)題進(jìn)行一定的教學(xué)改革就顯得尤為必要。根據(jù)時(shí)代的要求和現(xiàn)代信息化的發(fā)展，以及各種化學(xué)軟件的不斷開(kāi)發(fā)，教師可以利用化學(xué)專業(yè)軟件，如ChemOffice進(jìn)行輔助教學(xué)。引入化學(xué)軟件在很大程度上可以提高學(xué)生的實(shí)踐能力，同時(shí)為“停課不停學(xué)”的線上課程建設(shè)提供更多的新思路。

1 無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1 理論課教學(xué)過(guò)程中的不足

在傳統(tǒng)觀念中，教學(xué)課件是輔助教學(xué)完成的教具之一，教師主要通過(guò)個(gè)人知識(shí)積累與教學(xué)經(jīng)驗(yàn)上好一門(mén)課[4]，因此往往會(huì)忽視教學(xué)多媒體課件的制作，課件主要以知識(shí)的框架提煉與概括為主，欠缺生動(dòng)性。尤其在線上課程時(shí)，教師與學(xué)生的交流主要以課件為媒介進(jìn)行，綱領(lǐng)性課件不再適用，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣調(diào)動(dòng)不足，客觀上教師管理弱化、呆板的教學(xué)課件缺少吸引力，對(duì)線上課程的教學(xué)效果有較大的影響。

1.2 實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過(guò)程中的不足

在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程中，為了實(shí)驗(yàn)安全與熟悉實(shí)驗(yàn)過(guò)程，教師往往會(huì)要求學(xué)生完成預(yù)習(xí)報(bào)告，但是忽略了實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐性[5]。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程中仍會(huì)出現(xiàn)手忙腳亂的現(xiàn)象。對(duì)于復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)裝置，學(xué)生更難通過(guò)想象達(dá)到熟悉實(shí)驗(yàn)流程的效果。另外，學(xué)生存在實(shí)驗(yàn)原理抽象難理解，對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的操作和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的感知認(rèn)識(shí)差異。

1.3 理論與實(shí)驗(yàn)銜接中的不足

《無(wú)機(jī)化學(xué)》的理論知識(shí)能揭示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中的內(nèi)在原因[6]，有助于把握事物的規(guī)律，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移，而《無(wú)機(jī)化學(xué)》實(shí)驗(yàn)有助于將抽象的理論知識(shí)具象化，輔助對(duì)知識(shí)的理解，因此《無(wú)機(jī)化學(xué)》的理論與實(shí)驗(yàn)應(yīng)密切銜接。但授課過(guò)程中學(xué)生往往重視理論，在實(shí)驗(yàn)課中注重獲取實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論，忽略了實(shí)驗(yàn)最終應(yīng)回歸到理論。

2 ChemOffice軟件在無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)中的現(xiàn)狀

ChemOffice軟件是一款針對(duì)化學(xué)工作者的專業(yè)化學(xué)繪圖軟件，主要包括ChemDraw、Chem 3D、ChemFinder等模塊[7]。ChemDraw主要用于繪制多種格式的分子結(jié)構(gòu)、雜化軌道、化學(xué)反應(yīng)裝置、立體化學(xué)的結(jié)構(gòu)標(biāo)注。Chem3D可實(shí)現(xiàn)立體、動(dòng)態(tài)分子模型，也可結(jié)合量子化學(xué)計(jì)算軟件進(jìn)行分子構(gòu)型優(yōu)化、能量計(jì)算等。ChemFinder是ChemDraw的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，可以查詢基本的理化性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)的ACX編號(hào)、相關(guān)的目標(biāo)化合物的反應(yīng)路線及參考文獻(xiàn)。ChemOffice在教學(xué)和工作中都有著廣泛應(yīng)用。教師可以通過(guò)ChemDraw將枯燥難懂的化學(xué)反應(yīng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的反應(yīng)裝置以立體演示過(guò)程進(jìn)行教學(xué)，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和教師的教學(xué)質(zhì)量。

張婷婷等[8]人將ChemDraw軟件作為科普引入面向非化學(xué)專業(yè)學(xué)生的普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，雖提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)還有待增強(qiáng)。呂東燦等[9]人利用ChemDraw軟件在理論課中繪制平面及立體的分子模型，可以幫助學(xué)生有效構(gòu)建空間立體模型，在實(shí)驗(yàn)課中利用ChemDraw軟件繪制實(shí)驗(yàn)裝置，幫助教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)講解。但是在理論課和實(shí)驗(yàn)課的結(jié)合上仍有探索的空間。昌美玉等[10]人將該軟件應(yīng)用在《儀器分析》課程中，在應(yīng)用的過(guò)程中可以完善教學(xué)過(guò)程，但是缺少培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的過(guò)程。所以利用ChemDraw教學(xué)時(shí)，對(duì)軟件功能的開(kāi)發(fā)上仍有較大的探索空間。

3 ChemDraw軟件在無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)方面的應(yīng)用

在教學(xué)信息化背景下，教學(xué)組織形式、教學(xué)目標(biāo)以及學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、內(nèi)在的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、價(jià)值觀念等都發(fā)生了變化。一名合格的教師應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，利用信息技術(shù)手段創(chuàng)設(shè)適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)情境，并將自己設(shè)想為學(xué)生，以學(xué)生學(xué)習(xí)的心態(tài)置于教學(xué)情境中，尋求有效的教學(xué)策略。

3.1 理論課教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用

學(xué)習(xí)是一個(gè)需要在特定情境中構(gòu)建知識(shí)的過(guò)程[11]，色彩是最直接、最普遍、最富有刺激力的美感形式，動(dòng)態(tài)演示加強(qiáng)理解，美與動(dòng)的結(jié)合可以創(chuàng)造一個(gè)良好的認(rèn)知過(guò)程。

圖1 ChemDraw在乙烯共價(jià)鍵繪制中的應(yīng)用

3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用

學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，不是為了制備或者提純某一種物質(zhì)，而是學(xué)習(xí)其中的操作過(guò)程與思路。無(wú)論是何種的教學(xué)方式，實(shí)驗(yàn)課程的預(yù)習(xí)都至關(guān)重要。根據(jù)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)特點(diǎn)及學(xué)生情況，設(shè)計(jì)如圖2所示的實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排，幫助學(xué)生充分預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)流程，并達(dá)到印象深刻、觸類旁通的效果。

對(duì)于制備類的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以利用ChemDraw軟件繪制的實(shí)驗(yàn)裝置圖呈現(xiàn)在預(yù)習(xí)報(bào)告上。在繪制的過(guò)程中，學(xué)生應(yīng)注意裝置的搭建順序，模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程。預(yù)實(shí)驗(yàn)虛擬訓(xùn)練，可以充分鍛煉學(xué)生的眼、腦、手等多種器官的協(xié)調(diào)學(xué)習(xí)能力和對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)過(guò)程的整體掌握。上課時(shí)，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行講解并展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生可以在學(xué)習(xí)過(guò)程中回憶自己利用ChemDraw軟件繪制的實(shí)驗(yàn)裝置，兩者進(jìn)行對(duì)比，找到差異，進(jìn)行二次學(xué)習(xí)。教師觀察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，對(duì)學(xué)生出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行課后反思。課后學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作與預(yù)習(xí)的理論模擬結(jié)合，優(yōu)化ChemDraw軟件繪制的實(shí)驗(yàn)裝置圖，并用其他顏色標(biāo)注實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要注意的儀器，將這些過(guò)程體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)中的反思，完成深度學(xué)習(xí)。

學(xué)生利用ChemDraw軟件可重新性特點(diǎn)，可以嘗試模擬搭建多種實(shí)驗(yàn)裝置，如圖3氫氧化鋁制備實(shí)驗(yàn)裝置。在搭建的過(guò)程中，熟悉實(shí)驗(yàn)流程，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作有更明確的意識(shí)，關(guān)注實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力，借助實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)助手，解決設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的難題。

圖2 ChemDraw軟件引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排

圖3 ChemDraw在氫氧化鋁制備實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用

3.3 理論與實(shí)驗(yàn)課密切結(jié)合

實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證理論的最佳佐證，理論是解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果的最優(yōu)工具。將理論與實(shí)驗(yàn)密切結(jié)合，可以培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)、邏輯思維、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。以《無(wú)機(jī)化學(xué)》沉淀轉(zhuǎn)化部分的教學(xué)為例，首先完成該部分的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過(guò)加入不同的沉淀劑讓學(xué)生觀察試管內(nèi)的顏色變化，并提出疑問(wèn)“產(chǎn)生這樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象原因是什么？”。在理論教學(xué)過(guò)程中采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，即整堂課程圍繞通過(guò)Ksp判斷沉淀轉(zhuǎn)化的方向?yàn)槟繕?biāo)，結(jié)合講授法與引導(dǎo)法展開(kāi)教學(xué)。利用ChemDraw軟件模板工具的試管，通過(guò)Group功能進(jìn)行編組或取消編組，進(jìn)而調(diào)整適當(dāng)?shù)囊好娓叨?，再根?jù)不同沉淀顏色改變?cè)嚬軆?nèi)的顏色，繪制如圖4所示的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。與Flash等動(dòng)畫(huà)軟件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，最后呈現(xiàn)在PPT內(nèi)。在理論課程中，通過(guò)信息化軟件，輔助教學(xué)幫助學(xué)生回憶實(shí)驗(yàn)課現(xiàn)象，再闡述原因，將理論與實(shí)驗(yàn)建立聯(lián)系。提升學(xué)生的“關(guān)聯(lián)”學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，最后達(dá)到學(xué)生學(xué)習(xí)自信。

圖4 沉淀轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

3.4 多種軟件協(xié)同使用

以ChemOffice為主，與其他多媒體軟件聯(lián)用，可以豐富教學(xué)過(guò)程。如在《原子結(jié)構(gòu)和元素周期表》章節(jié)中的多電子原子能級(jí)和徐光憲規(guī)則部分中利用ChemDraw繪制各種軌道、電子排布等，再與AI、Photoshop等繪圖軟件及Pr等視頻剪輯軟件相結(jié)合，制作徐光憲規(guī)則的視頻和關(guān)于徐光憲院士的記錄片，在教學(xué)過(guò)程中幫助教師引入思政教育?；蛘呓處熆梢岳肅hemDraw繪制原子軌道示意圖等，并與萬(wàn)彩動(dòng)畫(huà)大師等微課制作軟件聯(lián)用，制作相關(guān)微課，通過(guò)講解觀察微觀世界，幫助學(xué)生樹(shù)立世界觀，并融入思政元素。

4 融入效果

根據(jù)學(xué)生可以自主使用ChemOffice軟件的情況、無(wú)機(jī)化學(xué)授課形式的需求、反饋、期望等方面的問(wèn)卷調(diào)查。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的學(xué)生擁有電腦，并且計(jì)算機(jī)機(jī)房持續(xù)開(kāi)放，這為順利將ChemOffice軟件引入《無(wú)機(jī)化學(xué)》教學(xué)提供不可或缺的硬件條件。77.59%的學(xué)生認(rèn)為，ChemOffice等現(xiàn)代信息化技術(shù)融入至課堂內(nèi)使課堂生動(dòng)活潑，提高了學(xué)習(xí)積極性；較多的學(xué)生認(rèn)為，有利于課程重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容的理解和掌握以及掌握學(xué)習(xí)策略和方法；88.28%的學(xué)生認(rèn)為，ChemOffice對(duì)未來(lái)的就業(yè)有較大的幫助。通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查分析，學(xué)生接受將ChemOffice軟件應(yīng)用在《無(wú)機(jī)化學(xué)》教學(xué)過(guò)程中。ChemOffice等現(xiàn)代化多媒體軟件有助于教學(xué)更直觀，幫助學(xué)生理解知識(shí)點(diǎn)。

5 結(jié)論

實(shí)踐證明，Chemoffice的引入對(duì)《無(wú)機(jī)化學(xué)》的理論課和實(shí)驗(yàn)課教學(xué)均起到了良好的促進(jìn)作用，可以把復(fù)雜的理論知識(shí)，或者實(shí)驗(yàn)裝置，予以生動(dòng)的形象化表達(dá)，能夠較好的調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。ChemOffice軟件的定位，不再局限于單一應(yīng)用工具，而是一種信息化學(xué)教學(xué)手段，教師應(yīng)在教學(xué)的諸多環(huán)節(jié)中進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)。信息化時(shí)代下的《無(wú)機(jī)化學(xué)》教學(xué)仍有較大的探索空間，需要《無(wú)機(jī)化學(xué)》教學(xué)工作者的不斷努力研究。