物理化學實驗線上線下一體教學的探索與實踐

劉志凌

（山西師范大學化學與材料科學學院，山西 臨汾 041004）

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院校開設的一門專業基礎實驗，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。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、運用和拓展環節。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，為日后的從業工作或者繼續深造培養鍛煉嚴謹的科學思維、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人才的培養中發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據記錄，最后課后學生們處理實驗數據并完成實驗報告，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現，基于傳統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。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、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，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、科學創新性沒有得到培養。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據，缺乏理解、思考，嚴重阻礙了學生學習自主性的培養。

2 物理化學實驗教學改革概述及啟示

為了適應國民經濟、社會發展對高素質的專業人才需求，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）、專業差異性（化學、化工、食品、環境、材料、生命、醫藥等專業）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，刪減不適合時代發展的實驗項目，增設開放實驗、綜合實驗、自主實驗；采取雙語教學；優化、改良實驗設備、實驗步驟、數據處理方法；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，仍然沒有跳出傳統的實驗教學模式的范圍。以教為主，過多地強調老師所發揮的傳道授業的作用。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，處理數據，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，不利于學生創新能力的培養。

當今信息技術、網絡教學平臺的發展和運用，催生了以發展學生學習自主性為目標的線上線下教學課程。現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

信息技術的發展引發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、生命類專業的學生開放。通過調研，認真分析不同專業學生的學習特征、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、實踐操作能力和網絡自主學習能力。結合各專業學生的學習特點及專業方向的科學研究和社會需求，因材施教，合理選擇契合專業、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，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，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，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、數據處理和討論。對于實驗項目涉及的原理知識、儀器和試劑、實驗操作、數據處理等，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，或網絡鏈接至我們網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，網上虛擬操作實驗。利用網絡教學平臺，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、數據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，可以通過網絡教學平臺直接發放給學生，或是通過微信、QQ班級群發放給學生。課前發放給學生，旨在掌握學生提前預習的效果；課后發放給學生，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。將傳統實驗教學的講解和演示遷移至網絡教學平臺，供學生自主式學習。通過網絡學習平臺布置預習要求，利用網絡學習平臺組織和跟進學生的實驗預習情況。學生登錄網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、數據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。運用網絡教學平臺分析學生線上學習的行為、效果，統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，觀察學生操作規范，針對實驗具體的步驟，或就實驗細節、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范和標準，科學優化教學環節，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

結合平時的學生網絡平臺參與程度、翻轉課堂的表現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節，制定科學合理的成績評價機制，對于不同專業設置不同的線上線下成績權重。線上成績來源于學生在網絡教學平臺的學習任務點的完成情況，作業，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，實現二者優勢互補。整個教學過程，師生線上線下交流頻繁，共同探討。教師構建、優化學生自主學習的教學資源，引導和監督學生自主學習，及時解答學生給出的問題，實現從知識傳播的灌輸者向知識學習的引導者。學生利用網絡教學平臺，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。