《Journal of Chemical Education》：Using Self-Checking Spreadsheets to Reduce Instructor Grading Load and Encourage Skill Development
编辑推荐：
本综述介绍了在化学教学实验室中采用自检电子表格（Self-Checking Spreadsheets）的创新方法。该方法通过结合IF逻辑和条件格式（Conditional Formatting），为学生提供即时反馈（绿色√表示正确，红色X表示错误），有效减少了教师评分时间，并显著提升了学生处理数据（如Beer‘s定律校准曲线、吸附动力学计算qt/qe等）的独立性与技能掌握度，为实验教学（如R2院校的General Chemistry II Laboratory）提供了可推广的解决方案。
引言
在当今就业市场，技术能力被视为最重要的职业竞争力之一。根据2024年美国大学与雇主协会（National Association of Colleges and Employers）的调查，雇主普遍看重技术技能。特别是在化学行业，超过三分之二的雇主期望新员工具备计算机技能，80%的雇主强调技术能力的重要性。在一次关于学生向职场过渡所需最重要知识、技能和能力的峰会上，专业知识、数据分析和强大的定量技能被确定为关键要素。电子表格（Spreadsheets）作为这些能力的一个维度，在普通化学实验室中被广泛用于组织、分析和沟通数据。它们不仅是完成计算的工具，也是学生处理“大数据”的入门途径。尽管学习使用电子表格可能不是化学实验课的主要学习目标，但这项技能对于学生未来的课程学习和就业极具价值。
然而，许多初学化学的学生缺乏电子表格使用经验或对此感到不适应。在教学实践中，经常出现团队成员将电子表格工作全部交给最熟练的学生完成的情况，这阻碍了其他学生发展相关技能。传统的电子表格教程和练习活动存在两个主要局限：首先，它们无法显著减轻教师的工作负担，因为作业仍需逐个批改；其次，学生常会犯下不易察觉的小计算错误，这些错误可能在数据解读时引发更大问题。虽然已有智能工作表（Smart Worksheets）等创新用于支持学习和减轻评分负担，但本研究团队希望学生能够真正构建起自己的电子表格技能。
为解决这些问题，研究团队在一门普通化学实验课中用自检电子表格取代了常规表格。最初的目的是减轻教师工作量，但实施后发现，教师和学生都对这一工具反馈积极。学生能在提交前获得有效反馈，并在意识到错误后自行修正。
实施
詹姆斯麦迪逊大学（James Madison University, JMU）是一所大型公立R2（研究型）大学，主要面向本科生，在校生约21000人。化学与生物化学系在2025学年秋季学期开设了9个General Chemistry II Laboratory（普通化学II实验室）班，春季学期开设了18个班，每班不超过24名学生，大多由全职教师授课，并配备本科生学习助理（Learning Assistants）。实验室课程每周一次，每次170分钟，共14周。
该实验室的学习目标是帮助学生获得设计和执行研究项目所需的实验技能，并培养团队合作与科学沟通能力。课程采用研究式、真实探究的模式，学生以团队形式学习解决自选研究问题所需的技能。学期前6-8周侧重于技能发展，剩余时间用于研究。目前提供的项目包括啤酒生产与分析（BrewSci）、淀粉基塑料的合成与降解（BioPlastics）以及使用多孔材料修复染料污染水（Water）。其中，Water项目对电子表格的使用需求最高。
在Water项目中，学生收集和分析数据，为多种染料创建Beer‘s law（比尔定律）校准曲线，并研究染料吸附动力学。他们需要计算并绘制染料浓度（单位：M和mg/L）、吸附容量（qt和qe）、随时间变化的染料去除率和残留率，以及伪一级和伪二级反应动力学图。在2025年春季的技能培训阶段，每位学生需提交2份课前电子表格活动，每个六人团队至少提交10份课内电子表格作业。根据研究问题的性质，团队会生成1到3条Beer’s law校准曲线，并收集至少9组动力学数据。一个满员的实验室班级，一学期需要批改的电子表格超过200份。
起初，教师们对Water项目持肯定态度，但电子表格作业的评分被确定为一个主要痛点。教师报告称，由于表格尺寸大、公式复杂，评分颇具挑战性，需要花费大量实验室时间在笔记本电脑小屏幕上扫描单元格、查找微小的数据输入错误。在学期总结时，团队决定为电子表格增加功能，让学生能自行查看计算是否正确。随后学期，又增加了基于学生输入公式显示反馈的功能。例如，在校准曲线表格中，学生可以看到绿色√（正确）或红色X（错误）的提示。
除了作为检查工具，这些电子表格也是数据收集模板。统一提交格式既减轻了教师评分负担，也为学生提供了良好的数据组织范例。学生从有大量支持的简单任务开始，随着学期进展，任务复杂性增加，初始支持被移除，但学生仍可查阅帮助材料，并有充足的课内时间完成任务。
构建自检电子表格
尽管文中泛称电子表格，但所有活动均针对Microsoft Excel设计。选择Excel是因为其在商业环境中更常用，且JMU是微软校园，学生可免费使用完整版Excel。
以Water项目中的校准曲线为例，自检表格包含三个工作表：
- 1.
“data”（数据表）：学生在此可见的工作表上输入数据和完成计算。它通过条件格式和IF逻辑显示计算正确与否，并展示学生输入的公式。
- 2.
“instructor”（教师表）：这是一个隐藏的工作表。通过单元格引用将学生数据复制到此表，教师在此进行正确计算。
- 3.
“checksheet”（检查表）：一个受保护的工作表，镜像“data”表的内容，显示学生数据和计算结果的正确性。此功能可选，用于防止学生意外删除“data”表中的自检功能。
构建自检电子表格的步骤包括：
- •
创建针对特定实验的数据收集模板。
- •
复制工作表并重命名为“instructor”。
- •
在“data”表中输入测试数据以验证计算。
- •
在“data”表中完成计算（鼓励学生使用绝对单元格引用）。
- •
使用单元格引用将学生数据复制到“instructor”表。
- •
在“instructor”表中重新输入并完成正确计算。
- •
在“data”表中使用IF逻辑比较“instructor”表的正确值与“data”表的学生计算值。为避免因四舍五入导致的误判，可将数值乘以106后再取整比较。
- •
为显示正确/错误的单元格添加条件格式，设置绿色√（对应值≥1）、黄色中间值（≥0.5）和红色X。
- •
使用FORMULATEXT函数显示学生输入的公式。
- •
验证所有功能是否正常工作。
- •
（可选）创建受保护的“checksheet”工作表，防止学生误删自检单元格。
- •
从“data”表中清除测试数据。
- •
隐藏“instructor”工作表。
- •
保护工作簿结构，防止学生取消隐藏工作表。
该方法可应用于更复杂的电子表格，如吸附动力学计算表。
自检电子表格的局限性
自检功能也存在一些局限。对于斜率、截距和R2等计算，如果数据不完整或有数据点被剔除，检查功能可能无法正常工作，这会使依赖该功能的学生感到困惑。四舍五入误差曾带来问题，但通过乘大数后取整的方法得到了解决。目前尚未实现检查单元格格式（如科学记数法）或有效数字的功能。此外，无法确定自检表格是真正促进了学习，还是仅仅防止了错误发生。教师的观察显示，学生中两种行为都存在。
学生和教师对自检电子表格的反馈
学期结束后，四位教师参与了一项八项问题的问卷调查。所有教师都同意（非常同意或同意）“自检功能减少了我的评分时间”和“自检功能使活动评分更容易”的陈述。这表明自检表格成功达到了减轻教师工作负担的主要目的。
所有教师还同意“自检功能使学生在处理电子表格活动时更加独立”、“自检功能使学生提交的电子表格作业质量更高”以及“自检功能提高了学生使用Excel的能力”。即时反馈使学生能及时发现并纠正错误，从而带着信心继续工作，提高了作业质量，也帮助学生承担起自己作业的责任。教师们报告错误明显减少，进一步减轻了评分负担。大多数教师认为自检表格增强了学生的自信心。
在Water项目试点阶段，学生每2-3周会接受一次包含三个问题的反馈调查。在首次引入自检电子表格后的第四周调查中，近20%的学生主动评论了自检功能。学生反馈表明，他们喜欢自检功能因为它提供了即时反馈、令人鼓舞、减轻了压力、有助于更好地学习Excel，并能让他们更专注于数据本身。学生评论如：“我喜欢正确时出现的√，这是即时反馈”、“Excel上的自动反馈非常有用，如果一开始算错，会搞砸后面所有数据”、“自动反馈让我对使用Excel感到不那么困惑，提高了我的能力”、“复选框方法很有帮助，减少了我的压力，因为我知道错误能被立即识别，不会毁掉后续工作”、“公式检查器消除了猜测，让我更能专注于数据”。
这些结果与关于即时反馈的教育研究一致。在技能习得期提供即时纠错能促进技能更快发展。自动反馈被证明能提高学生表现并减少教师投入。自我评估被认为有价值，因为它能帮助学生从错误中学习。在测试情境中，学生认为即时和“答对为止”的反馈有助于学习。此外，研究表明，积极反馈与绩效反馈结合能增加学习收益。市面上提供即时反馈的商业作业软件也印证了这种反馈方式的价值。
结论
为减轻普通化学实验室的评分负担，研究团队开发了能验证计算正确性的自检电子表格活动。这种自检表格易于创建并在课堂和实验教学中使用。自检工作表受到教师的欢迎，因为它们显著减少了评分所需时间。教师还报告称，自检功能提高了学生作业的质量，并帮助学生构建了电子表格使用技能。学生反馈表明，即时反馈有助于增强他们的信心和学习效果。
