微视频技术在基础化学实验教学的应用

ժҪ:以高校基础化学实验从海带中提取碘三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的制备为例，分别探讨了微视频技术在化学基本操作实验和综合设计型实验中的具体应用；此外，举例说明利用Ｆｌａｓｈ软件制作的虚拟微视频可以在仪器分析实验中清晰地再现仪器真实操作中的每一个步骤，弥补了学生在实验前无法实际操作仪器的不足。实践证明，微视频技术的应用，丰富了基础化学实验教学模式，增强了学生自主学习的能力和动手能力，提高了实验成功率和实验教学效果。

关键词:微视频技术;基础化学实验;教学模式;Ｆｌａｓｈ

基础化学实验包括无机、有机及分析化学实验等多种类型的实验内容，是高校化学、化工、材料、环境等专业的核心实验课程，是培养学生基本实验素养和科研能力的重要实践教学环节。近年来，随着智能手机、各种ＡＰＰ客户端在各个领域内的普及应用，一些高校对实验教学模式和教育技术进行了积极的探索，提出一些利用新媒体、新技术的实验教学改革方案［１－４］。如北京工业大学林兴桃等将多媒体技术运用于实验预习、实验讲解、实验操作和课后复习等环节，提高了学生学习兴趣，改善了实验教学效果［１］；西安交通大学胡敏将微视频应用在无机化学实验教学，获得了较为理想的教学效果［２］；天津医科大学的牛琳等在ＭＯＯＣ、翻转课堂等教育模式的启发下，将微视频技术应用于分析化学实验教学中，提高了教学效果［４］。虽然上述高校在实验教学改革上取得了一些进展，然而由于化学实验涉及的环节较多，各个学校的实验条件不尽相同，特别是一些新升本院校、独立院校等地方高校因经费紧张，基础化学实验设施和配置有限、师资力量不足或生源问题等原因，实验教学改革实施过程中尚存在一些问题。

１基础化学实验教学现状分析

１．１高校低年级学生实验能力有限

当前，由于多数高中还是以升学为主，对化学实验课程重视程度不够，使得一些学校特别是地方性院校的大学一年级新生实验基础薄弱，根据笔者多年的一线教学经验，发现有一半以上的一年级新生只在课本上见过一些诸如移液管、滴定管等常用的玻璃仪器，少部分学生见过教师演示却没有实际操作过，只有个别学生实际操作过实验仪器。这种情况下，单靠教师实验课前一二十分钟的讲解，让学生准确快速地完成一些基本操作实验颇为困难，根据多年的教学经验发现，一些新生经过一学期的实验训练仍不能准确快速地做好滴定操作，更不用说综合设计性实验了。

１．２教学模式不够生动

相对于中学化学的教学改革，高校化学教学特别是实验教学的改革相对迟缓。当前，一些地方性院校化学实验教学采取的模式仍为填鸭式教学。实验课上，教师先讲解实验的基本原理、步骤和注意事项，同时演示实验中的一些基本操作和实验流程，然后学生比葫芦画瓢地进行实验操作、观察实验现象并记录实验数据。采用这种教学模式，操作要点无法回放，学生需在短时间内记住实验流程和要点才能顺利完成实验，但实际实验过程，学生难以在短时间内记住所有的操作要点，故在操作过程中会经常出错，学习效果并不理想。

１．３教学技术手段较为落后

多媒体技术已被广泛地应用于高校化学的理论课教学中，成为有效的教学辅助手段［５］，但在实验课教学中，因教学设备及教学理念的滞后，其应用还处于起步阶段。目前很多地方性高校的实验课教学仍然是以教师讲解并简单示范为主，实验条件好一些的院校虽然有多媒体辅助教学，但也只是简单的文字性或静态图片辅助，而忽略了动态视频教学的应用［６］。对于实验这种实操性较强的课程，需要更直观、更清晰便捷的教学手段或教育技术辅助，帮助学生顺利、快速、高质量地完成实际操作，最终提高实验课的教学效果。在众多的现代教育教学技术中，微视频技术（Ｍｉｃｒｏｖｉｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）是一种重要的多媒体教学技术，它是将微视频、ｆｌａｓｈ动画等信息技术融入课堂的一种教学方式［７］。熟练掌握并恰当利用微视频教学技术，将会获得较好的教学效果。

２微视频技术在基础化学实验教学中的实施方案、作用及实例分析

２．１微视频技术的实施方案

由于微视频技术的灵活性，在具体的教学过程，笔者借鉴翻转课堂的实验教学模式，将以教师讲授为主体，学生被动学习的教学模式，转变成以教师引导为辅，学生自主学习为主的知识传授模式。由表１可知，在利用微视频技术进行实验教学时，将完整的实验教学分为３段，即课前、课中和课后，教师和学生在３个阶段的角色不同。课前以学生预习自学为主，这个自学范围一般是以教师布置的实验任务为中心，结合教师提供的实验讲义及视频资料或相关的文献，完成实验中涉及的常用实验仪器的使用方法、实验步骤、基本操作、注意事项等问题的预习，写出预习报告，综合设计实验或探究性实验需要学生预先设计好实验方案；课堂上，实验前以教师为主，结合微视频和学生的自学情况对实验进行讲解，实验中以学生操作为主，教师指导为辅，学生需要在规定的学时内，根据预先学习的情况和老师的讲解，认真正确地进行实验操作，观察实验现象并记录实验数据，实验结束后规整仪器设备，打扫卫生后离开实验室；课后，仍以学生为主，学生自行进行数据的分析和处理，总结实验成功的经验或失败的教训，并提出整改方案，完成实验报告，教师需要批改实验报告并将结果反馈给学生，并针对学生实验中的问题进行答疑解惑，提出改进意见。教师和学生在课前、课后沟通的渠道主要是微信群、ＱＱ群、有班级等ＡＰＰ、电子邮件等，课堂上则以当面答疑为主。可以看出，在基于微视频的教学实施方案中，教师在课前、课堂及课后的行为基本是以引导、启发为主，学生自主学习的比例大幅提高，这种教学模式可有效地激发学生的学习积极性，培养其动手实验能力，提高其发现问题、分析问题并解决问题的能力。

２．２微视频在高校基础化学实验教学中的作用

微视频教学技术在高校基础化学实验教学中起着关键的作用。首先，基于微视频教学技术的教学模式是教师引导为辅，学生自学为主，丰富并完善了现有的教学模式，动态的视频资料可有效地活跃课堂气氛，增强学生的学习积极性和主动性［８］；其次，因实验视频可以生动、直观、全方位地演示整个实验过程，能够加强学生基本操作技能的培养，显著提高实验课的教学效果；最后，微视频技术提供了可共享的教学资源，加强了师生交流［９］。由于视频资料易拷贝剪辑的特点，教师可以通过它与同行进行交流，也可将视频资料放在特定的网络平台上，使其成为师生共享的教学资源，学生可通过智能手机、电脑、ｉＰａｄ等电子设备在线观看，进行实验预习和复习，这种学习模式更符合多媒体时代的学习特点，更能有效地激发学生的学习兴趣并增强其自主学习能力，学生自学过程中如果遇到解决不了的问题，也可通过ＱＱ、微信、有班级ＡＰＰ，电子邮件等将问题反馈给老师，在师生交流互动过程中，学生的提问激发了老师进一步探索实验的兴趣，老师的引导进一步启发了学生的思维，起到教学相长的作用。

２．３微视频技术在基础化学中的应用

微视频技术在各种类型的基础化学实验如基本操作实验、综合设计实验、仪器分析实验中都可以适时运用，教学效果事半功倍。

２．３．１在基本操作实验中的应用

微视频技术在基础化学实验教学中有着广泛的应用前景，特别是涉及基本玻璃仪器和诸如天平、真空泵、离心机等常规小型仪器的操作，具有突出的优势。如在进行滴定管的使用、移液管的使用、加热浓缩、抽滤、分液（用分液漏斗）、蒸馏、分馏、索氏提取等基本操作实验时，可将这些基本操作预先录制成微视频，课堂讲解时根据需要随时插播。例如无机综合实验中的海带中提取碘和有机实验中的有机物分离等实验中涉及的分液操作，目的是训练分液漏斗的正确使用，此实验中，我们采用微视频的形式给学生演示分液的基本操作及实验现象，其视频截图如图１（ａｅ）所示。由图１（ａｅ）可知，分液操作的几个关键步骤是检漏、装液、振荡排气、静置分层、分液等，通过镜头的拉近可以清晰直观地看到分液操作各个细节，如怎样检漏、如何振荡排气、分液时上部活塞是否打开、下部旋塞如何打开等。整个视频的时长在３ｍｉｎ左右，在课堂讲解过程中可根据讲解内容灵活插播，不仅可以让学生更清晰地观察到每个基本操作的要点，并可重复播放视频以便观察操作难点，通过与标准操作比对发现实验操作中的错误并及时纠正；对于实验中需要注意的操作细节，可通过局部放大功能进行重点展示，这比教师在辅导实验时的口头提醒更为有效，同时激发学生的学习兴趣，使其积极主动地进行学习，从而提高实验课的教学效率和教学质量。

２．３．２在综合性实验中的应用

综合性实验不仅包括了一些常规仪器的基本操作，而且包含较多的操作步骤或需要较长的反应时间，教师在讲解这类实验时，可根据需要插播基本仪器的使用方法的微视频，同时可以根据需要把诸如反应时间等进行剪辑，只播放每一步的实验结果或实验现象。例如在三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的制备实验中，涉及到较多的试剂、操作及加料顺序，实验过程较为复杂，总有一些学生因为加热的时间不够，或加入的氧化剂量不够、草酸钾量不够等因素，导致最终溶液太稀无法结晶或Ｆｅ（Ⅱ）氧化不充分，最终得不到目标晶体，实验成功率不高。为此，录制了该实验的长视频，并根据该实验的步骤和特点剪辑出实验的４个重要步骤的微视频，即ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ的溶解、ＦｅＣ２Ｏ４２Ｈ２Ｏ沉淀的生成、Ｆｅ（Ⅱ）充分氧化为Ｆｅ（Ⅲ）和三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的生成，如图２（ａｄ）所示。第１步：ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ的溶解。这一步的关键点是防止在溶解ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ时Ｆｅ２＋会发生水解，故应先用少量稀硫酸（一般是１ｍｏｌ／Ｌ）溶解，再加入适量的水至固体全部溶解（如图２（ａ）所示）；第２步：ＦｅＣ２Ｏ４２Ｈ２Ｏ沉淀的生成。在加热煮沸并不断搅拌的条件下，逐滴加入计算量的饱和草酸溶液，生成黄色的ＦｅＣ２Ｏ４２Ｈ２Ｏ沉淀（如图２（ｂ）所示），这一步注意草酸要稍过量；第３步：将Ｆｅ（Ⅱ）充分氧化为Ｆｅ（Ⅲ）。静置至沉淀完全，用蒸馏水洗涤沉淀２～３次，直至无ＳＯ２－４，该步中通常采用Ｈ２Ｏ２作为氧化剂，应使其过量，保证可将Ｆｅ（Ⅱ）充分氧化为Ｆｅ（Ⅲ），可用Ｋ３Ｆｅ（ＣＮ）６溶液检测，如无蓝色出现，说明Ｆｅ（Ⅱ）完全被氧化（如图２（ｃ）所示）；第４步：三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的生成。将第３步中的溶液加热煮沸，加入一定浓度的Ｈ２Ｃ２Ｏ４溶液至溶液完全变成透明的绿色，冷却后加入９５％乙醇，置于暗处结晶（如图２（ｄ）所示），这一步的关键是保证溶液为过饱和，否则不会有晶体析出。在视频录制和剪辑过程中，应着重强调上述每一步的关键点，以减少学生在实际操作中的失误，提高实验的成功率。经过剪辑的视频，４个过程的时长加起来不超过３ｍｉｎ，在讲解过程中既节约了时间，又可以给学生直观的视觉体验，特别是最后结晶的形成，需要放置过夜，但采取拍摄不同时间点的晶体生长图片，经过剪辑制作成微视频能很好地展示目标配合物的结晶过程及晶体的颜色形状等特征，既实现了在短时间内演示一个长实验的目标，又吸引了学生的兴趣，大大提高了实验的可操作性及成功率；实验涉及的诸如加热、过滤、冷却、氧化还原等基本操作，可以直接调取实验视频库中的基本操作微视频。令人惊喜的是，该实验采用微视频教学后，在学生中产生很多互动话题，如晶体颜色漂亮、晶体形状特别、产品是粉末状还是块状、产率高低、晶体颜色跟老师课堂上展示的结果不一样等，有的同学会重新观看教学微视频，探究实验成败的原因，激发了学生主动思考，勇于探索创新的能力。除了上述实验，基础化学实验中其他的综合设计实验如硫酸盐铁铵的制备茶叶中提取咖啡因等也是按照这种模式进行视频的录制和剪辑的。

２．３．３在仪器分析实验中的应用

基础化学实验的仪器分析实验板块，常常涉及一些大、中型的分析测量仪器如ｐＨ计、分光光度计、红外光谱仪、紫外光谱仪、核磁共振等，虽然这些仪器的工作原理、使用方法以及操作步骤在实验课本中都有详细的阐述，但学生在预习时也仅限于文字和图片，无法进行实地操作。此时，可通过Ｆｌａｓｈ动画制作一些相关仪器的Ｆｌａｓｈ，让学生在实验前通过Ｆｌａｓｈ动画事先进行虚拟操作，这也是微视频教学技术的一部分。用Ｆｌａｓｈ制作出来的动画微视频具有诸多优点：（１）动画为矢量的，不管如何缩小或放大，画面都清晰可见；（２）文件小，便于网上传输，数据可边播放边传输；（３）具有交互性。可通过选择菜单、点击按钮控制动画的播放，非常适合在网上进行提前预习或自学。在制作本文所述的Ｆｌａｓｈ时，由照片制作相关元件通常需经过以下几个步骤：（１）拍摄仪器照片，选择分辨率稍大于所制作Ｆｌａｓｈ的分辨率的照片，以防止Ｆｌａｓｈ文件过大或不够清晰；（２）用图片处理软件如Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ对照片进行处理；（３）保存图片素材；（４）素材导入并转化为元件。图３为Ｓ２２ＰＣ型分光光度计操作演示Ｆｌａｓｈ，制作该Ｆｌａｓｈ时，为了表现出动画效果，需要拍摄分光光度计在不同操作时刻的照片，课件制作过程中选择了拍摄仪器主页界面及对应的图像、返回主页界面、关于比色皿、关于Ｓ２２ＰＣ分光光度计介绍、选择波长、测试等按钮以及对应的画面，画面与按钮应一一对照，这样才能保证在播放时出现你按什么按钮就会出现什么动画效果，根据需要及制作技术水平可以考虑不同图层分别绘制，还需在整个动画的不同时刻的位置图上添加细节注意事项提示；最后整合调试所有文件，使整个文件在播时成为一个整体，便于学生进行自主学习。根据实际操作中各部分内容所需的时间，在属性项下调整帧频以适应需要，并在各重要衔接部位添加控制按钮。在本项以前的各项工作所生成的都是扩展名为．ｆｌａ的文件，相当于Ｆｌａｓｈ的草稿，这种文件只能用Ｆｌａｓｈ软件打开，还不能在其他地方播放，必须生成扩展名为．ｓｗｆ的文件，才是一个最终的Ｆｌａｓｈ课件。实现方法是在文件项下将．ｆｌａ文件导出为Ｆｌａｓｈ影片，重命名并保存，即得所需的Ｆｌａｓｈ课件。该Ｆｌａｓｈ可清晰地再现仪器真实操作中的每一个步骤，如学生可以点击波长旋钮调整所需波长（图３中的圆形按钮），也可点击仪器面板上的各个按键改变测试模式或进行调零和校正，仪器面板上的显示屏会根据不同操作显示相应的内容。这种虚拟实验仪器的Ｆｌａｓｈ可以在很大程度上还原仪器的真实操作过程，可使学生在正式实验前体验仪器的具体操作。这类基于Ｆｌａｓｈ技术的微视频教学技术，可以较方便地用来在网络上存储、传递和处理教学信息，不仅能让学生进行交互操作，还可对学生的学习情况做出反馈，有助于激发学生的学习兴趣，提高学习效果。

３结语

以基础化学实验中从海带中提取碘三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的制备这２个实验分别探究了微视频技术在基本操作实验和综合设计型实验中的具体应用，并举例说明利用Ｆｌａｓｈ软件制作的虚拟微视频可以在仪器分析实验中清晰地再现仪器真实操作中的每一个步骤，弥补了学生在实验前无法实际操作仪器的不足。实践证明，将微视频技术应用于地方高校基础化学实验教学，不仅提高了学生的学习积极性，增强其自主学习的能力，也提高了教学效率，就我系２０１６级和２０１７级应用化学和环境评价专业的学生而言，应用该技术进行实验教学后，学生动手能力明显提升，实验过程中操作失误、打碎仪器或不正确操作的现象较之前几届学生大大减少，实验成功率也大幅度提高。

参考文献

［１］林兴桃，赵靖强，任海荣．实验科学与技术，２０１６，１４（１）：２２０－２２２

［２］朱清勇，陈恩堂．化学教育（中英文），２０１９，４０（５）：２６－２９

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