遠程教學實驗室
CFT副總監辛西婭·布拉梅(Cynthia Brame)的文章
當我們開始準備夏季在線課程教學時，一些教師正轉向在線教學實驗室。由於許多實驗課程的設計是關於從實踐中學習，混亂的，現實世界的探索，這種轉變可能是一個挑戰。
以你的目標為向導
為您的學生創建遠程實驗室體驗的關鍵步驟之一是使用逆向設計的過程來指導你，確定你真正希望你的學生達到的核心目標。實驗課程經常關注以下幾個目標。
- 深化對內容的理解
- 具備實驗設計能力
- 數據收集
- 數據分析
- 演示實驗和結果
其中一些目標比其他目標更容易包含在遠程學習環境中。學生可以使用在線工具、模擬、視頻、閱讀和數據來源來加深他們對內容的理解。他們可以互相合作開發實驗設計，你或你的助教可以幫助他們改進和排除故障。他們可以對公開的數據集進行數據分析或者你提供的前幾年的課程數據集，或者他們可以分析公開的數據並對其展示進行評論。最後，他們可以通過Zoom同步地展示他們的作品，通過電子海報異步地展示他們的作品，或者以各種你可以想象的其他方式。(我特別喜歡網頁畫廊就像我們為“大膽的夥伴”所做的那樣。)
當然，最難處理的部分可能是數據收集——因此學生有機會分析他們自己混亂和不完善的數據。這可以在一些學科，一些實驗室中完成。例如，Erika Grundstrom有她的天文學入門學生設計一個以在線數據庫收集數據為中心的實驗．範德堡大學物理導論實驗室主任福勒斯特·查諾克(Forrest Charnock)正在讓他的學生們設計和製造一個鍾擺，並利用他們家裏所有的材料和工具分析其運動。我在百年學院的同事，Beth Leuck，曾經讓她的動物生理學學生設計了一個關於當地動物行為的實驗，並收集和分析這些數據(我最喜歡的是:當螞蟻打擾她的午餐時，它們是更喜歡火雞還是麵包)。然而，在許多情況下，你計劃讓學生做的工作類型——設置反應裝置、運行凝膠、構建電路——在新的環境中可能不可能。
關鍵是真正思考你的核心目標，這樣你就可以選擇和/或創造你的學生需要達到它們的學習經驗，這樣你就可以放棄那些不那麼重要或根本不可能的部分。
仔細考慮學生將如何互動:集體還是單獨?同步或異步?
在許多實驗課中，學生合作是核心要素。學生可以以團隊的形式進行實驗設計、數據收集、數據分析和/或演講。他們幾乎總是同步工作，至少在實驗室的動手部分，盡管他們可能在寫實驗室報告或製作海報時異步協作。當你考慮在夏天將你的實驗室轉移到網上時，很重要的是要考慮合作是否必要，如果是的話，如何促進它。您還需要考慮是否希望學生們同步學習，如果是，為什麼。
如果你想讓你的學生合作，為他們組成小組是很重要的。(有相互矛盾的數據關於教師組成的小組還是學生選擇的小組更好，但在一個學生可能不認識彼此的在線環境中，教師組成的小組是關鍵。從學生那裏收集有關他們所在時區的信息，也許還有其他信息，如專業、興趣等，這有助於你組成小組。創建一個給他們工作的空間在Brightspace上，他們可以異步地共享信息，然後清楚地知道你希望他們如何交互:如果他們異步地完成所有工作，或者你希望他們同時通過模擬、數據集等工作，這是可以的嗎?
當您考慮學生將同步學習還是異步學習時，有一些優點和缺點需要考慮。讓他們異步工作可以讓他們自主選擇什麼時候做工作對他們來說是最好的，這很強大。然而，它也可以讓他們獨自完成一些具有挑戰性的事情，並從同事和講師的輸入中獲益。我非常喜歡的一個選擇是告訴學生，他們應該計劃在“指定的”實驗室時間做實驗，比如CDT周一的下午1-4點。作為老師，你可以有兩個渠道供學生提問:一個是開放式Zoom會議，另一個是開放式Zoom會議閑談，聊天．兩者都允許多個學生同時進入，對於那些網絡連接不太穩定的學生來說，聊天更容易。為什麼我這麼喜歡這種方法?它允許學生在工作時進行他們需要的互動，它限製了他們應該花費的時間。如果你告訴學生他們應該在三個小時內完成，那麼他們就知道不要讓他們的作業超過這個時間。這並不是一個完美的解決方案:我們有學生在12小時車程以外的時區，為他們破例是個好主意(請不要在淩晨1點到4點的實驗室!)
借鑒別人創造的工具和例子
本指南提供了遠程教學實驗室的一些選項的描述，描述了類別資源:beplay体育钱包维护中
- 免費的虛擬實驗室和模擬集合
- 免費收藏批注論文
- “構建您自己的”、由教師生成的方法的示例
- 商業在線實驗室資源beplay体育钱包维护中
請注意，這隻是部分資源列表。beplay体育钱包维护中這穀歌電子表格生成的豆莢網絡提供更完整的資源列表，按學科分類。beplay体育钱包维护中
免費的虛擬實驗室和模擬集合
ChemCollective，基於卡內基梅隆大學，是一個虛擬實驗室的集合，學習活動，和教程集中在通用化學I和II的概念。該係列包括模擬濕化學實驗室的虛擬實驗室問題;autograded實驗室問題;微粒可視化程度;以及其他幾種類型的資源，可以結合在一個在線實驗室體驗中beplay体育钱包维护中。虛擬實驗室允許學生從許多標準試劑中選擇，並在一個代表實驗室工作的過程中操作它們。主題包括化學計量學、熱化學、動力學、平衡、酸堿化學、溶解度、氧化/還原和電化學、分析化學、物理化學和溶液的性質。使用是免費的。
“該軟件由科羅拉多大學博爾德分校開發，提供與物理、生物、化學、地球科學和數學等本科課程相關的交互式模擬。許多模擬都與教師生成的活動相關聯。(請注意:您必須注冊才能觀看或下載這些活動。如果您沒有注冊，鏈接顯示活動，但不響應。)模擬是高質量的，真正的互動性和免費的。找到了一個介紹在這裏．
霍華德·休斯醫學研究所的BioInteractive擁有虛擬實驗室的集合，包括
- 細菌鑒定虛擬實驗室
- 心髒病學的虛擬實驗室
- 免疫學的虛擬實驗室
- 神經生理學的虛擬實驗室
- 棘魚進化虛擬實驗室
- 蜥蜴進化虛擬實驗室
- 轉基因蒼蠅虛擬實驗室
有些包括可以用來指導學生行動的工作表。該網站還包括其他可用於在線實驗室的互動媒體，如化石和病毒的3D模型。
卡爾頓學院科學教育資源中心(國家電力）是否擁有一套強大的資源beplay体育钱包维护中將實驗室活動納入在線地球科學課程，包括鏈接到各種具體的在線實驗室，從虛擬實地考察到礦物鑒定再到模擬。
免費收藏批注論文
如果閱讀基本文獻和數據分析是你的實驗課程的重要元素，在beplay体育钱包维护中課堂上的科學可能是有益的。該網站的特色是從生物學(各種口味，從解剖學和生理學到生物化學到發育生物學....)到化學、物理、心理學、空間科學、技術和工程等學科的注釋論文和相關教材。論文可以單獨選擇，也有聚焦於主題領域的資源集合，如腦震蕩、氣候變化和CRISPR。beplay体育钱包维护中
構建自己的
一些教師正在想出創造性的方法來幫助他們的學生不需要來到實驗室就能獲得實驗室體驗的關鍵部分。舉幾個例子:
- 範德堡大學化學首席高級講師、有機化學實驗室主任亞當·李斯特(Adam List)用他的iPhone拍下了自己做實驗的過程，而他的學生們沒有機會做這些實驗。他將這些視頻分成幾段(約5分鍾)發布在TopHat上，然後在每個短視頻後麵附上TopHat的問題，幫助學生思考實驗的關鍵元素。[請看下麵亞當的視頻截圖和問題。對於其他實驗室來說，關鍵是數據分析，所以亞當分享了現有的數據供學生解讀。
- Forrest Charnock，物理學的高級講師和介紹性物理實驗室的主任，注意到這是至關重要的學生在他的實驗室收集和工作，一些實驗室淩亂的，現實世界的數據。對於那些實驗室，他要求學生們在家裏模擬實驗室的體驗，並思考這可能帶來的限製。例如，在一個實驗室裏，學生們正在建造不同長度的鍾擺，然後用他們家裏所有的材料和工具分析其運動。實驗的一個關鍵部分是讓學生思考他們需要什麼，以及他們的工具帶來了什麼限製。在無法在家中重建實驗室的地方(如電路實驗室)，他為學生提供了數據采集和原始數據的視頻。然後，學生們的任務是分析數據。
商業
一些教科書出版商有在線模擬來補充文本。如果你的課程有必修教材，訪問網站或打電話給你的代表，看看哪些選項你可能不想在你的F2F課程中使用。例如，McGraw Hill將在2020年春季提供免費訪問他們的虛擬實驗室(鏈接到他們的生物實驗室)在這裏）.
Labster有下列科目的課程包。對於一些學科，選擇似乎是相當強大的(例如，細胞與分子生物學)，盡管他們可能不是一個完美的匹配您的課程。對於其他科目(如工程)，選擇就比較有限。為應對COVID-19，他們提供了折扣價格。
- 解剖學和生理學
- 生物化學
- 生物技術
- 細胞與分子生物學
- 生態
- 工程
- 進化和多樣性
- 食品科學與營養
- 普通生物學I和II
- 普通化學I和II
- 通用，有機和生物化學
- 遺傳學
- 生物學導論
- 微生物學
- 有機化學
- 物理
- 安全
視頻實驗雜誌（木星）有一係列的科學教育視頻，包括一本實驗百科全書。百科全書中的條目從視頻到動畫，解釋了各種實驗過程，從評估自旋-冷卻的熱傳導，到通過原子力顯微鏡研究單分子粘附，再到用肽微陣列分析組蛋白抗體特異性。科學教育資源免費開放至6月30日，並分為學科beplay体育钱包维护中館藏。例如，無機化學集合“涵蓋了一係列的無機化學協議和概念，包括無空氣技術，合成過渡金屬基化合物，核心無機化學概念，如劉易斯酸和堿，和先進的分析技術，包括EPR光譜”，而物理I集合“涵蓋了經典力學和熱力學討論相關的定律和方程;每個主題都有驗證理論假設的實驗，以及真實世界的情境例子。”不同學科之間似乎存在差異，一些收藏提供了更多的動畫來說明理論，一些收藏提供了實驗過程的視頻，因為它們實際上是在進行的。
如果你還在閱讀這篇很長的文章的底部，請知道我很願意幫助你思考你正在做的選擇，並找到你需要的資源，在這個夏天遠程教學實驗室。beplay体育钱包维护中在聯係我Cynthia.brame@vanderbilt.edu．
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