物理化學(xué)實驗線上線下一體教學(xué)實踐

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摘要:信息化網(wǎng)絡(luò)時代，科技日新月異，催生了許多的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，使得線上線下混合教學(xué)模式得以蓬勃發(fā)展。探索將線上線下混合教學(xué)推廣運用至到物理化學(xué)實驗的教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，實現(xiàn)以教為主向以學(xué)為主的變革?；旌辖虒W(xué)的模式使得學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力得以鍛煉，還加強了他們認真、嚴謹?shù)目茖W(xué)素養(yǎng)，創(chuàng)造了積極的課堂氛圍和良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞:以學(xué)生為中心;線上線下;物理化學(xué)實驗

物理化學(xué)實驗是許多綜合類、理工類、師范類普通高等院校和高等職業(yè)院校開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)實驗，覆蓋了化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程、材料科學(xué)、生命科學(xué)、食品科學(xué)等諸多的專業(yè)。物理化學(xué)實驗與物理化學(xué)理論課程相配合，是物理化學(xué)理論課程不可或缺的實踐、運用和拓展環(huán)節(jié)。通過物理化實驗操作，使學(xué)生鞏固物理化學(xué)知識的基本理論，使學(xué)生接受科學(xué)的實驗研究方法訓(xùn)練，為日后的從業(yè)工作或者繼續(xù)深造培養(yǎng)鍛煉嚴謹?shù)目茖W(xué)思維、科學(xué)作風(fēng)。因此，物理化學(xué)實驗課程在化學(xué)化工類等相關(guān)專業(yè)人才的培養(yǎng)中發(fā)揮著非常重要的作用。

1物理化學(xué)實驗教學(xué)實踐中遇到的問題

傳統(tǒng)物理化學(xué)實驗課程遵循的基本教學(xué)模式是:學(xué)生首先在課前時做好實驗預(yù)習(xí)工作，然后在課堂中聽教師的講解或看教師的演示實驗操作，而后再由學(xué)生自己獨立或分組完成操作并數(shù)據(jù)記錄，最后課后學(xué)生們處理實驗數(shù)據(jù)并完成實驗報告，提交給教師并由老師評閱實驗報告并給出成績。在多年的具體教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，基于傳統(tǒng)教學(xué)模式的物理化學(xué)實驗教學(xué)突顯出一些問題［1－4］。1)物理化學(xué)的理論課程和實驗課程是不銜接，非同步開展。物理化學(xué)教研室承擔的物理化學(xué)理論課程和實驗課程是分別開設(shè)，常常由物理化學(xué)課程組里不同的老師分別授課。理論課程教學(xué)內(nèi)容相對均勻地安排在一個學(xué)期內(nèi)，而實驗課程往往集中安排在一個學(xué)期的特定幾周，造成物理化學(xué)的理論課程和實驗課程嚴重脫節(jié)。典型的是，有些實驗項目的理論原理知識還沒有學(xué)習(xí)到就已經(jīng)提前安排了，而有些實驗項目很久之后才安排實驗操作，雖然所對應(yīng)的理論原理知識部分已經(jīng)教學(xué)完成。2)實驗場所有限、儀器設(shè)備短缺。受經(jīng)費和場所的限制，每個實驗項目所需的專業(yè)實驗儀器有限。為了實驗課程的正常、高效運作，一個學(xué)期所安排的八個物理化學(xué)實驗項目分散到四個實驗室中，每個實驗室安排兩個實驗項目。每次實驗課時八個實驗項目同步開展，而學(xué)生進行分組操作，一組學(xué)生一次實驗課只開展其中的一個項目，下次實驗依次循環(huán)、滾動至另一個實驗項目，直至完成八個實驗項目。八個實驗同步開展，一方面給學(xué)生課前預(yù)習(xí)造成一定的困難，每次實驗不同組學(xué)生預(yù)習(xí)內(nèi)容不一樣，不方便學(xué)生彼此交流相互學(xué)習(xí)，另一方面給老師的講演造成極大的挑戰(zhàn)，每次課前八個實驗都重復(fù)講演一遍。這也是造成實驗課程和理論課程脫節(jié)的重要原因之一。3)教學(xué)方法缺乏多樣化。仍以教師為中心，學(xué)生聽完老師講解，機械地重復(fù)老師的實驗操作，參與了實驗過程即完成實驗課程。學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性沒有得到促進、科學(xué)創(chuàng)新性沒有得到培養(yǎng)。每次實驗，學(xué)生都是課前照著實驗教材預(yù)習(xí)一遍，課堂上按照實驗教材機械操作一遍，課后撰寫實驗報告時照著實驗教材“照本宣科”抄寫一遍并處理一下實驗數(shù)據(jù)，缺乏理解、思考，嚴重阻礙了學(xué)生學(xué)習(xí)自主性的培養(yǎng)。

2物理化學(xué)實驗教學(xué)改革概述及啟示

為了適應(yīng)國民經(jīng)濟、社會發(fā)展對高素質(zhì)的專業(yè)人才需求，國內(nèi)許多高校對物理化學(xué)實驗課程進行了層出不窮的探索和實踐。許多的物理化學(xué)實驗老師針對傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式所突顯的問題，提出了諸多卓有成效的改革創(chuàng)新措施。結(jié)合自身多年的教學(xué)經(jīng)驗，許多工作者們從高等院校差異性(理科類、工科類、師范類、綜合類等院校)、專業(yè)差異性(化學(xué)、化工、食品、環(huán)境、材料、生命、醫(yī)藥等專業(yè))以及學(xué)生差異性的角度，提出了對物理化學(xué)實驗課程的模式、方法、內(nèi)容、技術(shù)、設(shè)備、考核等方面針對性的探討和改革措施，包括但不限于分層次、多層次的實驗教學(xué);改革實驗內(nèi)容，刪減不適合時展的實驗項目，增設(shè)開放實驗、綜合實驗、自主實驗;采取雙語教學(xué);優(yōu)化、改良實驗設(shè)備、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理方法;學(xué)生成績綜合評定機制，等等。雖然這些改革探索取得了良好的成效，但是這些改革措施仍然固守以教師為中心的思想，仍然沒有跳出傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式的范圍。以教為主，過多地強調(diào)老師所發(fā)揮的傳道授業(yè)的作用。老師通過講解、演示引導(dǎo)著學(xué)生完成實驗，學(xué)生跟在教師指引后進行操作，忽視了學(xué)生的主體地位，妨礙了學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。學(xué)生聽、看教師的實驗講演之后，實驗操作，處理數(shù)據(jù)，撰寫實驗報告，一個實驗項目也即結(jié)束完成。而對于實驗方案的設(shè)計、實驗儀器設(shè)備的原理和操作運用、實驗細節(jié)把握和理解等，學(xué)生缺乏自主的認識和思考，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)自主性的鍛煉，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。當今信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的發(fā)展和運用，催生了以發(fā)展學(xué)生學(xué)習(xí)自主性為目標的線上線下教學(xué)課程?，F(xiàn)階段關(guān)于線上線下混合教學(xué)的探究與實踐主要集中在諸如“大學(xué)物理”、“公共英語”等基礎(chǔ)理論課程或公共課程的教學(xué)中，對實驗課這類的實踐教學(xué)課程涉及較少［5，6］。我們探討物理化學(xué)實驗的線上線下混合教學(xué)模式本土化。在物理化學(xué)實驗教學(xué)中開展線上和線下混合教學(xué)的改革探索，堅持“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理論，推動學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的提升。

3線上線下物理化學(xué)實驗混合教學(xué)的嘗試

信息技術(shù)的發(fā)展引發(fā)人們對教學(xué)信息化的思考，促進了教學(xué)理念從“教師中心”變革到“學(xué)生中心”的變革。我們將針對物理化學(xué)實驗課程實施教學(xué)改革探索，包括物理化學(xué)實驗的線上課程建設(shè)、課堂教學(xué)、綜合考評，課程改革的核心在于培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。

3.1物理化學(xué)實驗線上課程建設(shè)

物理化學(xué)課程是同時面向化學(xué)類、食品類、生命類專業(yè)的學(xué)生開放。通過調(diào)研，認真分析不同專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)特征、知識儲備、學(xué)習(xí)要求，有助于更好地掌握這些學(xué)生的理論知識基礎(chǔ)、實踐操作能力和網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)能力。結(jié)合各專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點及專業(yè)方向的科學(xué)研究和社會需求，因材施教，合理選擇契合專業(yè)、契合知識能力的實驗教學(xué)項目。例如，對于反應(yīng)動力學(xué)的實驗設(shè)計，給化學(xué)類專業(yè)的學(xué)生安排的是乙酸乙酯皂化反應(yīng)，設(shè)計為所需綜合知識背景較強的反應(yīng)動力學(xué)實驗，電導(dǎo)法測定該反應(yīng)的速率系數(shù)，要求學(xué)生綜合應(yīng)用有機化學(xué)和物理化學(xué)的知識原理。而對于非化學(xué)類專業(yè)，我們安排的是過氧化氫分解反應(yīng)經(jīng)過簡化處理，設(shè)計成驗證性的實驗，通過量氣法測量反應(yīng)速率系數(shù)，旨在讓學(xué)生了解原理。遵循教學(xué)大綱要求、學(xué)生知識背景，拆分并模塊化重組各個實驗項目的目的、原理、材料、步驟、數(shù)據(jù)處理和討論。對于實驗項目涉及的原理知識、儀器和試劑、實驗操作、數(shù)據(jù)處理等，精心制作成圖文并茂、形式多樣的教學(xué)資源，包括但不限于PPT、視頻、音頻、文本、圖片、動畫、測驗、拓展資料等，上傳至學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。核心是錄制實驗原理的講解、實驗操作的演示視頻，將知識點拆解成一系列的學(xué)習(xí)任務(wù)點。對于其中涉及重要的實驗原理知識點，特別設(shè)計輔助知識模塊，以微視頻形式制作成視頻資源供學(xué)生學(xué)習(xí)，或網(wǎng)絡(luò)鏈接至我們網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺已經(jīng)開通運行的物理化學(xué)理論課程對應(yīng)的知識模塊。這在一定程度上可以彌補實驗教學(xué)與理論教學(xué)不同步的問題，有助于暫未學(xué)習(xí)過該理論知識點的同學(xué)提前預(yù)習(xí)，亦可方便已經(jīng)學(xué)習(xí)過的同學(xué)可以鞏固加深理解。對于一些學(xué)校虛擬實驗室中已有的實驗項目，如電池電動勢測定實驗，開放給學(xué)生提前預(yù)習(xí)，網(wǎng)上虛擬操作實驗。利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，搭建、管理和組織物理化學(xué)實驗課程題庫。針對實驗原理、目的、操作細節(jié)、數(shù)據(jù)處理等設(shè)計思考測驗題。題目形式多樣化，可以選擇、填空、簡答、思考、推理、計算等;題目難易層次多樣化，包括識記、領(lǐng)會、簡明和綜合應(yīng)用等層次。組合題量適當、難易合適的測試套題，可以通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺直接發(fā)放給學(xué)生，或是通過微信、QQ班級群發(fā)放給學(xué)生。課前發(fā)放給學(xué)生，旨在掌握學(xué)生提前預(yù)習(xí)的效果;課后發(fā)放給學(xué)生，旨在檢驗和鞏固學(xué)生對實驗的了解和掌握。

3.2物理化學(xué)實驗課堂教學(xué)

課堂教學(xué)之前，安排組織好實驗預(yù)習(xí)。將傳統(tǒng)實驗教學(xué)的講解和演示遷移至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，供學(xué)生自主式學(xué)習(xí)。通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺布置預(yù)習(xí)要求，利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺組織和跟進學(xué)生的實驗預(yù)習(xí)情況。學(xué)生登錄網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺打卡學(xué)習(xí)，觀看實驗課的教學(xué)資源，重點是實驗?zāi)康?、原理、操作、?shù)據(jù)處理等的講演微視頻。學(xué)生完成設(shè)定學(xué)習(xí)任務(wù)點之后，組織學(xué)生參與思考討論，利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺題庫自動按預(yù)測的難易比例、題型比例隨機組合生成預(yù)習(xí)測驗套題，保證不同學(xué)生抽到的測驗題不盡相同，自動推送給學(xué)生并提醒學(xué)生及時完成。運用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺分析學(xué)生線上學(xué)習(xí)的行為、效果，統(tǒng)計學(xué)生線上學(xué)習(xí)時間、進度、討論參與積極性、測驗題錯誤率等詳細情況，征集學(xué)生線上預(yù)習(xí)的共性問題，設(shè)計有針對性的課堂引導(dǎo)，進行精講，引導(dǎo)學(xué)生討論思考。利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的教學(xué)預(yù)警功能，提醒和督促學(xué)習(xí)進度未達標的學(xué)生及時完成學(xué)習(xí)任務(wù)點。課堂教學(xué)時簡要講解實驗內(nèi)容，“蜻蜓點水”，作重引導(dǎo)學(xué)生自主討論學(xué)習(xí)平臺反饋的共性問題，使學(xué)生把握實驗原理和操作。學(xué)生實驗操作過程時，觀察學(xué)生操作規(guī)范，針對實驗具體的步驟，或就實驗細節(jié)、或?qū)嶒炘?，拋出新問題組織學(xué)生探討交流，歸納總結(jié)，解答問題。此過程中，如遇共性問題，或課堂引導(dǎo)學(xué)生由淺入深思考，或預(yù)留線索，督促學(xué)生課后積極調(diào)研文獻，相互討論，解決問題。課堂教學(xué)結(jié)束之后，及時布置課后的鞏固和拓展內(nèi)容，加深學(xué)生的理解。線上推送實驗測驗并督導(dǎo)學(xué)生完成，線下學(xué)生提交實驗報告，教師及時批閱。及時跟進課堂翻轉(zhuǎn)效果，研究物理化實驗在線課程的質(zhì)量規(guī)范和標準，科學(xué)優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)，針對不同的實驗項目，彈性調(diào)整實驗教學(xué)中的課堂翻轉(zhuǎn)的“度”，保證學(xué)生參與的積極性。

3.3物理化學(xué)實驗的綜合考評

結(jié)合平時的學(xué)生網(wǎng)絡(luò)平臺參與程度、翻轉(zhuǎn)課堂的表現(xiàn)和期末總成績分析綜合考核教學(xué)效果。在此基礎(chǔ)上，探索線上線下混合教學(xué)模式下物理化學(xué)實驗課程的成績考核方式，充分考慮學(xué)生參與混合教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)，制定科學(xué)合理的成績評價機制，對于不同專業(yè)設(shè)置不同的線上線下成績權(quán)重。線上成績來源于學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的學(xué)習(xí)任務(wù)點的完成情況，作業(yè)，分組任務(wù)，討論，互動，測驗，考試等方面;線下成績來源于學(xué)生課堂操作，課堂討論互動，以及實驗報告。

4結(jié)語

通過此次探索與實踐，開展物理化學(xué)實驗課程線上線下混合教學(xué)，實現(xiàn)二者優(yōu)勢互補。整個教學(xué)過程，師生線上線下交流頻繁，共同探討。教師構(gòu)建、優(yōu)化學(xué)生自主學(xué)習(xí)的教學(xué)資源，引導(dǎo)和監(jiān)督學(xué)生自主學(xué)習(xí)，及時解答學(xué)生給出的問題，實現(xiàn)從知識傳播的灌輸者向知識學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者。學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，獨立學(xué)習(xí)，能夠提出疑問，共同探討交流，相互學(xué)習(xí)，實現(xiàn)從知識的被動接受者向獨立自主的學(xué)習(xí)主體轉(zhuǎn)變。此次教學(xué)實踐，能充分體驗到學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提升，知識點理解層次的加深，運用知識能力的增強，觀點表達水平的提高，課堂氛圍好，教學(xué)效果佳。

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作者：劉志凌 單位：山西師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院