物理化學實驗線上線下一體教學實踐

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

關鍵詞:以學生為中心;線上線下;物理化學實驗

物理化學實驗是許多綜合類、理工類、師范類普通高等院校和高等職業(yè)院校開設的一門專業(yè)基礎實驗，覆蓋了化學、應用化學、化學工程、材料科學、生命科學、食品科學等諸多的專業(yè)。物理化學實驗與物理化學理論課程相配合，是物理化學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，使學生鞏固物理化學知識的基本理論，使學生接受科學的實驗研究方法訓練，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思維、科學作風。因此，物理化學實驗課程在化學化工類等相關專業(yè)人才的培養(yǎng)中發(fā)揮著非常重要的作用。

1物理化學實驗教學實踐中遇到的問題

傳統(tǒng)物理化學實驗課程遵循的基本教學模式是:學生首先在課前時做好實驗預習工作，然后在課堂中聽教師的講解或看教師的演示實驗操作，而后再由學生自己獨立或分組完成操作并數(shù)據(jù)記錄，最后課后學生們處理實驗數(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。在多年的具體教學過程中發(fā)現(xiàn)，基于傳統(tǒng)教學模式的物理化學實驗教學突顯出一些問題［1－4］。1)物理化學的理論課程和實驗課程是不銜接，非同步開展。物理化學教研室承擔的物理化學理論課程和實驗課程是分別開設，常常由物理化學課程組里不同的老師分別授課。理論課程教學內容相對均勻地安排在一個學期內，而實驗課程往往集中安排在一個學期的特定幾周，造成物理化學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習到就已經提前安排了，而有些實驗項目很久之后才安排實驗操作，雖然所對應的理論原理知識部分已經教學完成。2)實驗場所有限、儀器設備短缺。受經費和場所的限制，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，一個學期所安排的八個物理化學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，而學生進行分組操作，一組學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，一方面給學生課前預習造成一定的困難，每次實驗不同組學生預習內容不一樣，不方便學生彼此交流相互學習，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)教學方法缺乏多樣化。仍以教師為中心，學生聽完老師講解，機械地重復老師的實驗操作，參與了實驗過程即完成實驗課程。學生的學習積極性沒有得到促進、科學創(chuàng)新性沒有得到培養(yǎng)。每次實驗，學生都是課前照著實驗教材預習一遍，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，嚴重阻礙了學生學習自主性的培養(yǎng)。

2物理化學實驗教學改革概述及啟示

為了適應國民經濟、社會發(fā)展對高素質的專業(yè)人才需求，國內許多高校對物理化學實驗課程進行了層出不窮的探索和實踐。許多的物理化學實驗老師針對傳統(tǒng)實驗教學模式所突顯的問題，提出了諸多卓有成效的改革創(chuàng)新措施。結合自身多年的教學經驗，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、化工、食品、環(huán)境、材料、生命、醫(yī)藥等專業(yè))以及學生差異性的角度，提出了對物理化學實驗課程的模式、方法、內容、技術、設備、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;改革實驗內容，刪減不適合時展的實驗項目，增設開放實驗、綜合實驗、自主實驗;采取雙語教學;優(yōu)化、改良實驗設備、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理方法;學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)的實驗教學模式的范圍。以教為主，過多地強調老師所發(fā)揮的傳道授業(yè)的作用。老師通過講解、演示引導著學生完成實驗，學生跟在教師指引后進行操作，忽視了學生的主體地位，妨礙了學生的學習自主性。學生聽、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束完成。而對于實驗方案的設計、實驗儀器設備的原理和操作運用、實驗細節(jié)把握和理解等，學生缺乏自主的認識和思考，不利于學生學習自主性的鍛煉，不利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。當今信息技術、網(wǎng)絡教學平臺的發(fā)展和運用，催生了以發(fā)展學生學習自主性為目標的線上線下教學課程。現(xiàn)階段關于線上線下混合教學的探究與實踐主要集中在諸如“大學物理”、“公共英語”等基礎理論課程或公共課程的教學中，對實驗課這類的實踐教學課程涉及較少［5，6］。我們探討物理化學實驗的線上線下混合教學模式本土化。在物理化學實驗教學中開展線上和線下混合教學的改革探索，堅持“以學生為中心”的教學理論，推動學生自主學習能力的提升。

3線上線下物理化學實驗混合教學的嘗試

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

3.1物理化學實驗線上課程建設

物理化學課程是同時面向化學類、食品類、生命類專業(yè)的學生開放。通過調研，認真分析不同專業(yè)學生的學習特征、知識儲備、學習要求，有助于更好地掌握這些學生的理論知識基礎、實踐操作能力和網(wǎng)絡自主學習能力。結合各專業(yè)學生的學習特點及專業(yè)方向的科學研究和社會需求，因材施教，合理選擇契合專業(yè)、契合知識能力的實驗教學項目。例如，對于反應動力學的實驗設計，給化學類專業(yè)的學生安排的是乙酸乙酯皂化反應，設計為所需綜合知識背景較強的反應動力學實驗，電導法測定該反應的速率系數(shù)，要求學生綜合應用有機化學和物理化學的知識原理。而對于非化學類專業(yè)，我們安排的是過氧化氫分解反應經過簡化處理，設計成驗證性的實驗，通過量氣法測量反應速率系數(shù)，旨在讓學生了解原理。遵循教學大綱要求、學生知識背景，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，上傳至學校的網(wǎng)絡教學平臺。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習任務點。對于其中涉及重要的實驗原理知識點，特別設計輔助知識模塊，以微視頻形式制作成視頻資源供學生學習，或網(wǎng)絡鏈接至我們網(wǎng)絡教學平臺已經開通運行的物理化學理論課程對應的知識模塊。這在一定程度上可以彌補實驗教學與理論教學不同步的問題，有助于暫未學習過該理論知識點的同學提前預習，亦可方便已經學習過的同學可以鞏固加深理解。對于一些學校虛擬實驗室中已有的實驗項目，如電池電動勢測定實驗，開放給學生提前預習，網(wǎng)上虛擬操作實驗。利用網(wǎng)絡教學平臺，搭建、管理和組織物理化學實驗課程題庫。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、領會、簡明和綜合應用等層次。組合題量適當、難易合適的測試套題，可以通過網(wǎng)絡教學平臺直接發(fā)放給學生，或是通過微信、QQ班級群發(fā)放給學生。課前發(fā)放給學生，旨在掌握學生提前預習的效果;課后發(fā)放給學生，旨在檢驗和鞏固學生對實驗的了解和掌握。

3.2物理化學實驗課堂教學

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

3.3物理化學實驗的綜合考評

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

4結語

通過此次探索與實踐，開展物理化學實驗課程線上線下混合教學，實現(xiàn)二者優(yōu)勢互補。整個教學過程，師生線上線下交流頻繁，共同探討。教師構建、優(yōu)化學生自主學習的教學資源，引導和監(jiān)督學生自主學習，及時解答學生給出的問題，實現(xiàn)從知識傳播的灌輸者向知識學習的引導者。學生利用網(wǎng)絡教學平臺，獨立學習，能夠提出疑問，共同探討交流，相互學習，實現(xiàn)從知識的被動接受者向獨立自主的學習主體轉變。此次教學實踐，能充分體驗到學生學習興趣的提升，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，教學效果佳。

參考文獻:

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［6］張立華，王思怡，張清然，等.物理化學實驗線上線下混合式教學［J］.中國冶金教育，2020，(03):55－57.

作者：劉志凌 單位：山西師范大學化學與材料科學學院