“翻转课堂+混合式”教学模...化学实验课程中的探索与实施_贾雪平.pdf

56 Univ.Chem.2023,38(1),5664 收稿：2022-03-02；录用：2022-05-06；网络发表：2022-05-19*通讯作者，Email: 基金资助：江苏省首批线上线下混合式一流课程建设项目(物理化学实验)教学研究与改革 doi:10.3866/PKU.DXHX202203005 “翻转课堂“翻转课堂+混合式”教学模式在物理化学实验课程中的探索与实施混合式”教学模式在物理化学实验课程中的探索与实施 贾雪平*，丁津津，朱玥，缪建文，葛存旺，张跃华，葛明 南通大学化学化工学院，江苏 南通 226000 摘要：摘要：在前期混合式教学改革的基础上，将翻转课堂应用于物理化学实验教学中。教学过程包括：课前在线学习、线下课堂展示、讨论与实验操作，以及课后巩固与提高。采用定量研究和问卷调查验证了这种教学模式的有效性。研究结果表明，这种教学模式有助于提高学生的学习成绩，培养学习自主性，激发学习热情，提高课堂参与度。关键词：关键词：物理化学实验；翻转课堂；混合式教学 中图分类号：中图分类号：G64；O64 Exploration and Implementation of“Flipped Classroom+Blended”Teaching Mode in Physical Chemistry Experiment Xueping Jia*,Jinjin Ding,Yue Zhu,Jianwen Miao,Cunwang Ge,Yuehua Zhang,Ming Ge College of Chemistry and Chemical Engineering,Nantong University,Nantong 226000,Jiangsu Province,China.Abstract:On the basis of blended teaching reform,flipped classroom was applied to the teaching of physical chemistry experiment.The teaching process included online learning before class,classroom demonstration,discussion and laboratory work,and consolidation and improvement after class.The validity of this teaching mode was verified by quantitative research and questionnaire survey.The results showed that this teaching mode can improve students academic performance,develop their initiative,stimulate their learning enthusiasm,and improve classroom participation.Key Words:Physical chemistry experiment;Flipped classroom;Blended teaching 物理化学实验作为化学师范、应用化学、化工、高分子等专业的一门重要的专业基础必修课，综合了化学领域中各分支学科所需要的基本操作技能和基本研究方法，是培养学生基本操作能力、科学研究能力、综合创新能力的重要实践环节，在基础化学实验中占有非常重要的地位。近年来，随着微课、慕课(MOOC)、私播课(SPOC)、虚拟仿真实验等教学资源建设的逐渐完备，物理化学实验教学改革的方向在朝着线上与线下相结合、课堂实践与课外自主学习相结合的混合模式推进。1 混合式教学与翻转课堂混合式教学与翻转课堂 混合式教学(Blended teaching)是将传统的网络教学(线上)与课堂教学(线下)相结合，并融合二者优势的新型教学模式13，是目前高校教学改革的一个重要研究方向。翻转课堂(Flipped classroom)是No.1 doi:10.3866/PKU.DXHX202203005 57指学生在课前通过看视频讲座、自己查阅资料、同学之间讨论等方式自主学习，课堂上学生通过展示学习成果、相互交流、合作探究等形式，在教师的引导下，完成知识的吸收内化过程4。翻转课堂不仅关注知识目标的达成，而且关注综合能力的培养，如自主学习能力、提炼总结能力、语言表达能力、创新能力等。混合教学模式下的翻转课堂既能最大化地利用现代多媒体和信息技术，又能充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用。近年来多所高校的物理化学实验进行了翻转课堂和混合式教学的尝试。谢爱娟、伍水生等57基于SPOC的物理化学实验混合教学模式开展了物理化学实验翻转式教学的探索。胡俊平等8以“原电池电动势的测定”为例研究了基于微课的物理化学实验翻转课堂教学案例设计。李秋艳等4以“粘度法测高聚物的分子量”为例，探索了翻转课堂的教学成效，并通过实践及统计假设检验，全面评价了该教学模式。翻转课堂虽具有诸多优点，但其成效会受到班级规模、学生自主学习的能力和意愿等因素的影响。例如，若班级规模较大，学生课堂展示的参与人数比例较小，学习效果很可能出现两极分化。对于自主学习能力和表达能力强的学生，他们有能力且愿意在翻转课堂上进行课堂展示，而这个展示过程的确会进一步地调动其自主学习的积极性，形成正向反馈；而对于自主学习能力和表达能力弱的学生，在翻转课堂实施过程中，课堂展示与讨论环节参与度低，长此以往会进入学习退步、动力减弱的恶性循环9。目前，混合教学模式下的翻转课堂应用于物理化学实验中的教学研究仍处在探索期，如何减少可能会出现的学习效果两极分化的情况，提高课堂的参与度，使翻转课堂成为一种常规方法运用到教学中，让大部分学生得到锻炼，使翻转课堂真正成为一种具有普适性的常规方法运用到教学中，仍需进一步研究。过去的两年中，教学团队利用爱课程平台的SPOC和慕课堂，进行了物理化学实验线上线下混合式课程改革，取得了较好的教学效果，受到学生的普遍欢迎。为了巩固和完善前期的教学改革成果，进一步调动学生学习的积极性和主动性，本学年团队在前期改革的基础上，探索了翻转课堂在物理化学实验混合式教学中的应用。2 物理化学实验混合式教学中翻转课堂的实施物理化学实验混合式教学中翻转课堂的实施 2.1 混合式教学中翻转课堂的实施过程混合式教学中翻转课堂的实施过程 学习包括知识的输入和输出两个过程，知识的输出是翻转课堂的重要组成部分。实验课堂上知识的输出不仅指学生正确进行实验操作，而且包括学生能够讲述实验原理和过程、积极参与课堂讨论和对实验现象进行合理的解释。本次翻转课堂探索的重点在于强化学生知识输出的训练。由表1可见，本次教学实施过程的主要变化是：在教师强调实验重点之前，先让两名学生介绍实验原理和操作，然后让其他学生进行纠正和补充，接着教师进行点评、纠正、补充，再抛出问题引导学生讨论。教学实施过程中，将实验讲解分为原理和操作两个模块，是为了提高学生的课堂参与度；同时，为了避免听讲的同学懈怠，也给他们布置了纠正、补充、提问的任务。本校的物化实验每组配备6套实验仪器，每2人一组，每组最多安排12人。本学期共进行6个实验，分别是“燃烧热的测定(6学时)”“双液系气液平衡相图的绘制(6学时)”“纯液体饱和蒸气压的测定(5学时)”“凝固点降低法测定溶质摩尔质量(5学时)”“旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数(5学时)”“电池电动势的测定(5学时)”，共32学时。每次实验每组安排两名同学分别讲解实验原理和操作，确保机会落实到每个人。有的实验小组不足12人，最后的几次实验讲解，通常是在每个学生轮流一次之后，由学生主动报名。实验室准备有投影仪和黑板，但考虑到每个学生能力的差异，同时为了避免有的学生因翻转课堂投入太多精力而可能造成厌学情绪，对学生讲解实验过程是否使用黑板或PPT不做强行要求。58 大 学 化 学 Vol.38表表1 翻转课堂实施前后教学过程的比较翻转课堂实施前后教学过程的比较 教学环节 翻转课堂实施前 翻转课堂实施后 课前 观看视频进行课前预习 观看视频进行课前预习 课上 预习测试(58 min)教师讲解习题、强调实验重点(10 min)学生进行实验 实验期间巡回指导 实验结束后讨论(10 min)预习测试(4 min)教师讲解习题(3 min)两名学生分别讲解实验原理和操作(6 min)其他学生进行纠正、补充、提问(5 min)教师点评、纠正、补充、提问(10 min)教师强调实验重点(3 min)实验期间巡回指导+适时讨论 课后 撰写实验报告 参与线上讨论 撰写实验报告 参与线上讨论 2.2 混合式教学中翻转课堂的实施以“双液系气液平衡相图的绘制”实验为例混合式教学中翻转课堂的实施以“双液系气液平衡相图的绘制”实验为例 2.2.1 课前预习课前预习 在SPOC上观看实验原理和操作讲解视频，完成视频中的互动测试以及随堂测验。图1为“双液系气液平衡相图的绘制”实验的互动测试和随堂测试题。实验预习的主要目的是了解实验的基本原理和操作，因此大部分试题是针对实验的基础知识。图图1 双液系气液相图的绘制实验的互动测试双液系气液相图的绘制实验的互动测试(左左)和随堂测试和随堂测试(右右)2.2.2 课堂上的预习测试和讲解课堂上的预习测试和讲解 实验课堂上，通过慕课堂发布题目，对学生的预习情况进行检测，测试题和前面的互动测试和随堂检测题类似。测试结束后，针对错误率较高的题目进行简单评讲。图2是某实验小组慕课堂“双液系气液平衡相图的绘制”测试情况。2.2.3 学生讲解、师生讨论探究学生讲解、师生讨论探究 两名学生讲解实验原理和操作后，其他学生可以就他们的讲解进行补充、纠正。学生的补充和纠正通常是针对实验细节的，例如“对样品加热之前，应该先打开冷凝水”“取液相样品测折光率之前应当先进行冷却”等，学生的提问通常较少。接着教师对学生进行点评、补充、纠正，通常从语言是否流畅、条理是否清晰、内容是否正确等方面展开，对讲解过程中的优点给予肯定和表扬，不足的地方给予适当的指导，对讲解有误的地方进行纠正。No.1 doi:10.3866/PKU.DXHX202203005 59 图图2 某实验小组慕课堂“双液系气液平衡相图的绘制”测试情况某实验小组慕课堂“双液系气液平衡相图的绘制”测试情况 然后教师对学生提问，引导学生讨论。鉴于预习测试题多为选择题和判断题，对学生预习情况的考查并不全面，教师对学生就与实验相关的基础内容进行提问可以进一步考查学生的预习情况，纠正和完善学生对实验的理解。和实验相关的拓展性内容可以引发学生的深入思考，同时有利于学生在实验过程中，更好地观察实验现象，记录实验数据。以下为提问和讨论的问题举例：【问题1】如何测定平衡时气相和液相的组成？【问题2】为什么沸点要进行压力校正？【问题3】纯乙醇和纯环己烷的折光率是已知的，为什么还要测定这两个样品的折光率？【问题4】为什么沸点要进行露茎校正？【问题5】测定折光率时，为什么要通25 C恒温水？如果恒温槽坏了怎么办？在提问和引导讨论的过程中，要坚持学生主体、教师主导的原则。为了讨论内容具有合适的广度和深度，问题的设计可以采用集体备课的方式。2.2.4 教师强调实验重点教师强调实验重点 本实验的重点包括沸点测定操作、阿贝折光仪的使用、沸点仪中更换样品的注意事项等。另外，有些实验操作细节和技巧较多，难以一一展现在教材和实验视频中，也需要教师结合实验仪器在课堂上传授。2.2.5 实验期间巡回指导实验期间巡回指导+适时讨论适时讨论 有一些讨论适合在实验操作结束后，学生对实验有一定直观感受的基础上开展。问题举例：实验的主要误差来源有哪些？2.2.6 课后讨论课后讨论(线上线上+线下线下)因为课堂时间的限制，一部分拓展性讨论可以放在课后。问题举例：阿贝折光仪测定折光率的原理是什么？如果要减小分