基于MOOC 的物理化學翻轉課堂教學改革與實踐

王旭珍 王新葵

摘 要：慕課作為一種新型在線教育模式，為高等教育帶來了挑戰和機遇。為提升學時相對較少的工科物理化學課程的教學效果，我們依托“物理化學”中國大學慕課，采用翻轉課堂與傳統講授相融合的混合教學方式，實現優勢互補。根據知識點的難易程度，構建不同層次、不同形式的翻轉課堂教學模式，增強了學生主動獲取知識的能力，有效提高了課程教學質量。

關鍵詞：物理化學;慕課（MOOC）;混合教學;翻轉課堂

物理化學是一門概念性、理論性、系統性和邏輯性都很強的課程，其內容涵蓋化學熱力學、統計熱力學、化學動力學、電化學、表面與膠體等從微觀到宏觀、從靜態到動態的系統知識[1]，涉及面廣，內容環環相扣，在化學化工類本科專業基礎課中一向被認為是“教師難教、學生難學”的課程。基于信息技術支撐的MOOC教學，為學生自主學習提供了極大的方便，無疑成為解決物理化學“教與學”問題的最佳途徑。大連理工大學工科“物理化學”國家精品資源共享課在學校大力支持下，率先轉型升級，制作精良的“物理化學”慕課先后在 “大工慕課”平臺和“愛課程”網上線，本著“建以致用”的基本原則，面向校內學生和社會開放。迄今授課五輪，為遍及世界各地近

52 000名學員提供了持續在線服務。在我校，秉持“以學生為中心”的教學理念[2-3]，依托MOOC平臺提供的“富媒體”教學資源，以化工與制藥大類本科生四個平行大班（每班100～120人）為試點，結合專業基礎課程“物理化學B”（上冊40學時，下冊48學時），開展了傳統教學與翻轉課堂相融合的混合式教學實踐，創設互動、開放的“教”與“學”氛圍，有效提升了課程教學效果和教學質量。

一、物理化學MOOC教學內容呈現方式

MOOC倡導學習者按照主題學習或知識碎片化學習[4]。因此，我們參考目前國內外幾大MOOC平臺的專業課程[5]，結合物理化學課程本身的特點，確立了本課程內容的多級呈現方式。具體包括：

（1）章節學習資料。圍繞主要教學內容展開，以知識點為基本單元，對原有知識進行劃分、重組，保證每一個知識點的相對獨立性，便于學習者選擇。呈現方式以教師精心錄制的視頻短片（控制時長約為5～10分鐘）為核心，同時提供相應的電子教案，方便學生觀看學習;并通過在線自主練習題（一般2～5題）快速檢測對相關內容的理解與掌握情況。題型設計為選擇、判斷類客觀題，只要提交答案，立即顯示正確答案，有助于學習者及時發現問題、及早修正那些理解或掌握不到位的知識點。

（2）課程導學板塊。為了幫助學習者將碎片化習得的知識有效地關聯起來，建立科學的知識脈絡體系，我們設計了各章導學內容，以知識結構圖的方式直觀地體現，放在每一章的開篇，使學生一目了然，把握核心內容。同時，“導學”部分還提供了各章學習的重點內容和難點內容指導，以幫助學生能夠有的放矢地學習、討論、掌握和運用。

（3）拓展學習資料。為學有余力者提供了團隊教師多年來對物理化學教學內容深入探討所發表的教學研究論文，如“關于熵判據、亥姆霍茲函數判據和吉布斯函數判據的討論”“關于化學反應表觀活化能和指前因子的教學討論”“關于Langmuir經典吸附理論的現代教學思考”“有關固體顆粒分散度與化學平衡常數關系的探討”等，作為補充閱讀材料，為學生開闊視野、提升思辨能力，滿足不同層次學習者的需求。

（4）學習評價系統。借助“愛課程”平臺強大的交互功能，針對教學要求的重點或難點內容，分別設置了單元測試題（計算題，編寫為選擇題形式）、作業題（計算或推導題，要求解題過程與步驟，系統支持學生在紙面書寫后再拍照上傳）、期末測試題（包含主/客觀題）等，依據教學進度、按闖關模式逐級發放，每一次任務都要求在規定時間內完成，且只允許提交一次，所得成績計入MOOC課程總評成績。同時，學習者可在討論區發帖，交流課程學習心得、疑問;教師隨時進行在線交流與答疑，或發起討論，跟蹤把握學習狀態。

二、翻轉課堂教學設計與實施效果

MOOC豐富的教學資源和強大的平臺功能，為教師改變傳統的“一言堂”授課模式提供了方便。翻轉課堂是一種新興的課堂教學模式，它在結構和過程上都顛覆了傳統的課堂教學模式，可實現“以學生為中心”的教學理念的轉變[6]。針對化工與制藥大類學生的培養目標，我們在物理化學課程教學中立足“必需、夠用、少而精”的原則[7]，在確保化學熱力學和化學動力學知識結構完整、通暢的基礎上，堅持夯實基礎和培養能力并重，采用“線上+線下”混合式教學，利用MOOC開展了翻轉課堂及多樣化互動式教學，實現了教學增強，深受學生好評。

翻轉課堂的組織實施過程可分為“課前自學、課內深化、課后升華”三個階段，其成功的關鍵在于“整體化教學設計”[8-9]。即教師不僅要自己“備課”，還需花費更多時間精力去考慮如何調動學生、布置哪些課前學習任務、關注其掌握程度（備學生），這對教師提出了更高的要求。物理化學的學科特點決定了學生單純依靠自主習得，困難重重。因此，我們采用“混合式教學”模式，通過“線上”自主學習與“線下”面授討論及翻轉課堂，使MOOC對傳統課堂教學起到“補充、強化”的增效作用，同時培養學生在學習過程中的主動性和創造性。另外，物理化學內容抽象、深奧，翻轉課堂的設置不宜太頻繁，需堅持循序漸進、溫故而知新的教學原則，根據學生對知識的理解情況合理選擇相應內容。在具體操作上，可靈活采取不同的教學方式。

（1）討論式教學。對于物理化學教學要求的基本概念、基本原理、基本方法及重點、難點內容，在學生自學的基礎上，由教師在課堂上串講，為學生搭建知識框架結構，并通過全員參與的課堂討論，加深對基本內容的理解。例如關于“熱力學第二定律”，通過對熱機效率問題、熱功轉換的方向問題、自發變化等的討論，引導學生建立起思維脈絡圖（如圖1所示），使抽象知識系統化、知識關聯清晰化，有助于學生理解熱力學第二定律的本質、認識其“來龍”與“去脈”，為后續應用熱力學第二定律解決問題打下堅實的基礎。

物理化學課程中涉及各種科學規律和理論的提出，無一不是建立在實驗基礎上，通過前人對大量實驗現象的觀察總結、構建模型、引進假設、推出數學公式，簡潔直觀地表示相應的規律或理論。因此，教學中注重利用這些內容，采取探究式教學策略，培養學生通過實驗數據挖掘科學規律的能力。例如，關于“蘭繆爾吸附理論”“電解質溶液的導電性質”“電解質溶液的離子平均活度因子”等內容，均可采取教師主導—學生課前預習—課上討論、分析圖/表數據、領會提煉科學規律的探究式教學。學生普遍反映很享受這種教學過程，能夠在課堂上真正吸收知識，學到處理問題的方法。

（2）任務驅動式教學。針對物理化學概念多、公式多、應用條件嚴格，容易理解混淆等教學難點，倡導學生及時歸納總結，盡量把每一章節內容濃縮為“一頁紙”，即通過學生自主總結、設計思維脈絡圖，厘清知識點之間的關聯，使知識內容高度條理化、清晰化。為了激發學生認真思考、加強個人“知識內化”的過程，設置了小組評比環節，推選出總結優秀者，在課堂上分享其學習成果，教師予以點評。圖2是一位同學對于“不可逆電極過程”總結的知識點關聯圖，可以看到，該生對這部分內容考慮得非常詳盡，知識點的彼此關系十分明確，這無疑特別有助于其正確理解與靈活運用。學生普遍反映，自己總結后，再借鑒課堂上共享的他人長處進行補充完善，可以快速把握有關內容的要領，獲得深刻的認識。

（3）小組合作學習模式。在教師有重點地講解清楚每一章節的知識主線和重要的概念、定律或原理后，對于需要展開的知識及重點掌握的技能點，可借助合作學習模式進行翻轉課堂教學。課前，教師分配任務，學生分組合作、依托MOOC自主學習;課中，小組展示、學生提問、回答討論、教師講評;課后，學生自主總結。教師主要起引導和指導作用，真正突出學生的主體地位。

例如，在“多組分系統熱力學”一章的教學中，把重點、難點和容易出現概念混淆的“偏摩爾量與化學勢”“理想稀溶液”“真實液態混合物與真實溶液”作為課堂面授內容;而相對容易理解和需要掌握運用的內容“稀溶液的兩個經驗定律”“理想液態混合物”“稀溶液的依數性”，安排為學生利用MOOC線上學習，再通過翻轉課堂來檢驗學習效果。鑒于授課班級人數眾多，把學生分為若干小組，由組長負責、分別把小組成員的學習成果設計為不同類型的問題，經主講教師審核，在課堂上進行小組間交叉抽題、討論，教師把握討論的進度和深度。學生紛紛反映，“通過查閱資料，準備題目，深刻理解了稀溶液熱力學性質的相關知識，希望這樣的課堂再多一些”。

（4）拓展提高環節。物理化學內容抽象難懂，學生個體學習能力有差異，大班學生的水平難免會參差不齊。為了更好地激發學生的學習興趣，培養主動應用知識的能力，采用案例教學法，將授課內容與化工領域的生產實踐或物理化學學科新進展緊密結合、穿插講解，并鼓勵學生參與拓展訓練。他們自主選題，先后圍繞熱力學第一定律的發展及應用、四沖程內燃機、海水淡化、催化合成氨、膠體磁性催化劑、硅溶膠的性質與應用、鋰離子電池、燃料電池等內容，查閱文獻、制作講稿，在課堂上展示，既鍛煉了自己，又為同學們開闊了眼界，受到熱烈歡迎。

三、存在的問題與思考

實踐表明，依托物理化學MOOC進行混合式教學，讓學生走上講臺、參與課堂教學，是一個“知識輸出”的過程，只有將知識充分內化，才能自由地組織、表達。這無疑有助于培養學生自主學習、探究協作的能力。但是，實施翻轉課堂，要想達到每個學生都能夠真正投入、積極參與，應以30人左右的小班教學為前提。若班級規模過大，在有限的教學學時內，難以保證每一位學生有展示機會，而小組合作中如何有效評價組長及成員的貢獻，值得探討。此外，物理化學在線課程需要跟蹤管理和維護，及時在MOOC平臺答疑解惑，建立“物理化學慕課學習QQ群”，可更方便地與學生交流互動，而這些單靠教師一己之力很難高質量完成，還需要聘請助教提供強有力的支撐。相信隨著應用MOOC的經驗積累和課程平臺的不斷完善，在教學團隊齊心協力的合作下，物理化學MOOC在實現“教學增強”方面大有可為。

參考文獻：

[1] 鮑浩波，高盤良. 物理化學教材建設的趨勢[J]. 化工高等教育，2011（5）：100-103.

[2] 于歆杰. 以學生為中心的教與學——利用慕課資源實施翻轉課堂的實踐[M[. 北京：高等教育出版社，2015.

[3] 宋鑫. “以學生為中心”視角下的北京大學課堂教學改革的實踐與探索[J]. 中國大學教學，2015（11）：27-30.

[4] 蘇小紅，趙玲玲，葉麟，等. 基于MOOC+SPOC的混合式教學的探索與實踐[J]. 中國大學教學，2015（7）：60-65.

[5] 管會生，高青松，張明潔. MOOC浪潮下的高校課程聯盟[J]. 高等理科教育，2014（1）：44-52.

[6] 王坦，吉標. “翻轉課堂”模式的理性審思[J]. 課程·教材·教法，2016（6）：55-61.

[7] 張樹永，侯文華，刁國旺. 高等學校化學類專業物理化學相關教學內容與教學要求建議[J]. 大學化學，2017，32（2）：9-18.

[8] 張樹永，李英，苑世領，等. 物理化學研究型教學的系統構建與實踐[J]. 大學化學，2013（2）：11-14.

[9] 蘇小紅，王甜甜，張羽，等. 基于大班翻轉課堂的混合教學模式探索與實踐[J]. 中國大學教學，2017（7）：54-62.

[責任編輯：余大品]