虚拟仿真，南大金陵化生院“云”实验教学探索

化学与生命科学学院副教授 丁明珍

突如其来的疫情改变了传统的课堂教学模式，也给我们的实验教学提出了挑战。化学是以实践为主的学科，实验教学占有重要地位，如何开展线上实验教学并且保证教学效果，对化学专业教学提出了更高的要求。为克服线上开展实验教学的难题，让实验教学不掉线，学生学业不掉队，南京大学金陵学院化学与生命科学学院调整学期教学计划，鼓励教师利用虚拟仿真软件开展实验课程教学。

本学期，我承担的是《物理化学》及《仪器分析》实验课。在教务处、化生院和化学实验教学中心的指导下，我主要采取了“教学立方+QQ+录屏+网络资源+仿真软件”混合式教学模式。我一般会提前1-2天在教学立方上发布实验讲义PPT、电子教材和视频等，并以QQ群公告的方式通知学生预习相应的实验内容。

精心筹备，累积资源挖掘

在这次“停课不停教、停课不停学”过程中，针对在线教学的特点，我们深入挖掘实验教学视频资源，丰富实验理论操作部分的讲授。为了使在线实验课教学更加生动活泼，我采取“PPT录屏+视频演示”相结合的教学方式。PPT录屏中结合关键理论和操作，设置相关思考和讨论题目，引导学生将已学知识和本课程结合。由于缺少关键实验操作的现场演示，我采取视频演示的替代手段。视频演示资源主要来自实验教研组积累和录制的相关视频，以及中国大学慕课、优酷、腾讯、好看、爱奇艺等平台中的兄弟院校相关资源。

以物理化学实验“燃烧热的测定”为例。学生在教学立方上完成签到后，开始学习实验目的、原理、装置、步骤和注意事项等录屏教学内容，学习重点为仪器装置与操作。由于各高校使用的仪器不同，为方便后期与线下实验课无缝对接，我在网上找到与我们实验室仪器型号相同的图片，在PPT录屏讲解仪器的结构与操作时重点圈出。

图1：仪器结构与操作PPT录屏讲解图

接着，利用收集到的相关操作视频予以补充，采取录屏、剪辑的办法重新予以组合。例如燃烧热的测定，在许多平台中均有相关演示视频，但侧重点各不相同。经过比对，我发现优酷视频中燃烧热的测定最为全面，包括了压片、放样、充氧气和测温的全过程，与我校线下实验最为契合，可以作为补充资源。通过教学内容讲解和观摩别人的燃烧热测定实验过程，学生能够较容易把握本次实验的关键点。

利用江苏省教育厅提供的虚拟仿真实验教学资源，我选择了微瑞U系列三维虚拟仿真软件。学生在线通过自主实验，在沉浸式的虚拟仿真实验环境中，辅以虚拟的场景和真实的实验数据，实验引导清晰明了，带入感强。学生可通过反复地练习和不断地试错进行实验，达到了预期效果。

实战演练，学生体验指尖实验世界

考虑到实验课程中大量的分析讨论和网络不稳定等问题，我选择在上午讲授实验理论部分，下午做仿真实验。由于仿真软件容易发生网络拥堵，因此实验演练预留的时间比较长，大约为3个半小时。13:00-14:30，学生在教学立方完成并提交作业；14:30-18:00，学生分组错开时间完成作业互评和仿真实验。

采用学生互评的模式，主要是考虑到后续实验中的数据处理问题。与理论课堂教学不同，化学类实验课程更多的是将理论课程中的原理应用于具体实验中，强调操作的规范性，从而培养学生的良好实验习惯和严谨的科学态度。目前的虚拟仿真软件可以提供操作过程，但具体数据记录不完整，不能用于实验数据处理。为了达到还原线下教学的效果，我将往届学生的实验数据放入作业中，让学生在实验和作业中同步处理数据。同一份实验数据，不同的学生处理时往往会因个人的取舍导致结果不同。通过互评的方式，有助于学生发现问题，并及时与同学相互交流讨论，可以形成朋辈学习、相互帮扶的良好氛围，促进并提升学生的学习兴趣和实验能力。

虚拟仿真实验软件有演示、提示、考核和导出成绩等功能。在网络不拥堵的情况下，学生45分钟内可以完成实验全过程。对于网络卡顿和偶尔系统不稳定造成的实验没成绩，我采取延长仿真时间和补做实验等措施予以解决，也允许学生无限次做仿真实验，以最高成绩为准。

图2：学生仿真实验成绩

在电话调研中，学生普遍反馈这种“教学立方+QQ+录屏+网络资源+仿真软件”的教学模式效果很好。有的同学说，通过PPT和录屏可以很容易地掌握实验内容和重点，而网络资源的补充更加深了学生对实验操作细节的把握。也有同学表示，结合线上课堂讲学及线下互相讨论的模式，可以充分调动同学们的实验学习积极性和自主性。但也有同学认为，仿真实验操作太简单，虽然很逼真，但还是希望复课后能亲自去实验室体验。

图3：学生在家做仿真实验

疫情防控期间，我们的线上实验课，借助虚拟仿真软件开展在线实训演练，既让同学们熟悉了实验过程，增强了实际动手能力，同时也让同学们体验到了无处不在的化学“实验室”，为他们的线上学习增加了一抹靓丽的色彩。

供稿|丁明珍

编辑 | 朱艳文