翻轉課堂在有機化學實驗教學中的應用

鄭婷婷 楊瑩 薛雨婷 吳昱舫(首都師范大學化學系，北京 100048)

0 引言

在傳統教學模式下，由于課堂時間有限，教師更注重實驗原理及步驟的講解，忽視了對學生實驗探究能力的培養，也缺乏與學生的深入交流和針對性指導，導致學生實驗能力和動手能力的不足。通過將有機化學實驗與翻轉課堂相結合將有效改善這一問題。課前學生觀看教師錄制的教學視頻進行自主學習，通過查閱資料或師生交流來完成學習目標。這不僅幫助學生達成高階認知目標，還提升了學生發現、分析、解決問題的能力[1]。課上教師通過視頻反饋及時調整教學活動，引導學生完善知識體系，在給予學生充分的引導中完成教學角色的轉換，與學生建立更牢固的師生關系，促進師生深入交流，從而給予每一位學生針對性的指導。這種教學模式充分激發了學生的興趣，提高了學生的課堂參與度并幫助學生轉變了傳統觀念，使學生真正掌握化學知識和實驗技能[2]。

1 翻轉課堂的理論基礎

1.1 掌握學習理論

掌握學習理論是由美國著名心理學家和教育學家布魯姆提出，他認為只要給予足夠的時間和適當的教學，幾乎所有學生對幾乎所有內容都可以達到掌握的程度[3]。即學習能力較弱的學生對比于能力較強的可能要花更多的時間掌握知識。而通過課前觀看實驗教學視頻的翻轉課堂模式，能夠滿足學生在任何時間、任何地點反復學習課程，給予學生時間獨立思考。這不僅提高了學生的實驗探究能力，還無形中提高其自律能力和責任感[4]。

1.2 建構主義學習理論

建構主義學習理論認為知識是客觀的，但他們更強調知識主要是由個體主動的建構而獲得的。傳統的教學模式中過于強調教師的傳授而忽略學生在教學中的主體地位，導致知識是由學生被動建構的[5]。此外由于學生被實驗時間及實驗室條件等原因限制，學生缺乏實驗操作的機會及對實驗的探究。翻轉課堂教學給有機化學實驗提供了全新的教學模式，學生課前通過教師設置的問題情境自己去發現問題，課中在實際操作中去解決問題，課后去思考問題，從而完成了自主建構知識。但由于個體差異性，學生對知識的認知是不同且單一的，在相互協作的學習環境中，教師幫助學生將知識理解的豐富全面，共同完成對所學知識的意義建構。

2 翻轉課堂優勢分析

2.1 學生方面

2.1.1 達成高階認知目標

布魯姆的教學目標分類見圖1。他將分析、解決及評價自己和他人的能力劃分為高階認知目標，翻轉課堂就是高階認知目標的體現[6]。多數人認為翻轉課堂僅僅是教師將教學內容錄成視頻后讓學生觀看進行自學。實際上它強調的是：首先學生要學習知識，沒有知識的教學方法是不成立的。在學生掌握領會知識的基礎上，再進行知識的應用，既而培養學生的分析、解決問題的能力，直到學生能夠進行自我及他人的評價，從而達成高階認知目標并形成知識體系。

圖1 布魯姆教學目標分類

2.1.2 完成知識體系構建

傳統教學中教師非常注重知識的講授，導致學生被動學習。而翻轉課堂則強調教師應引導學生主動建構知識。其中知識保持是學生完成知識體系構建的重要環節，它既是學生積累、應用知識的前提，又是學生進一步理解新知識的準備條件[7]。David A. Sousa曾對人們通過不同方式學習后的知識保持率進行統計見表1。數據表明，讓學生更大程度參與到自主學習中能夠幫助學生保持知識，完成知識體系的構建。翻轉課堂教學通過運用視聽結合、討論、實踐練習等方式幫助學生學會學習，并完成知識體系的建構。

表1 學習24小時后的知識保持率

2.2 教師方面

2.2.1 樹立教師威信與師愛

教師的威信與師愛是教師與學生之間良好人際關系的體現，亦是教師有效影響學生的基礎和前提。形成和維護教師的威信，保持真摯師愛，既是教師進行有效教育的重要條件，又是教師建立和諧師生關系的前提[8]。翻轉課堂的教學模式大大延長了教師與學生的交流時間，并使教師與學生的交流更方便。在頻繁的交流中學生更信任尊重教師，教師也逐漸了解學生的優勢與不足，并幫助學生提高實驗技能從而建立良好的師生關系。

2.2.2 提升教師的教育能力

預見能力：翻轉課堂教學模式要求教師善于組織、運用教材，并且對本班學生的學習能力有準確的預估和對教學活動有一定的預見性。此外，隨著互聯網的飛速發展，教師也需不斷學習，提升自己的教學技能。

傳導能力：課前要求教師對教學大綱和教學目的充分理解，課上根據制定的教學計劃組織課堂教學。此外，教師在知識的傳導過程中需轉變教育觀念，給予學生充分的自由，培養學生主動性，訓練學生發散性思維，引導學生學會學習。

監控能力：在翻轉課堂模式下，由于學生課前自主學習的重要性，教師需及時關注學生的反饋并據此調整自己的教學設計，做到對教學過程有一定的監控性。在不斷的改進與調整中逐漸提高教師的教學監控能力[9]。

3 翻轉課堂教學模型構建

翻轉課堂的教學模型由美國學者Gerstein[10]最先構建，他將課堂劃分為體驗學習、概念學習、意義建構以及展示應用四個階段。后來眾多學者也分別構建了教學模型。筆者借鑒他們的觀點并結合有機化學實驗的特點，構建了翻轉課堂教學模型見圖2。

圖2 翻轉課堂教學模型

筆者將學習地點劃分為教師和網絡平臺，將知識的建構劃分為課前、課上、課后。在網絡平臺上學生進行課前、課后的自主學習。課前學生根據學習清單自主學習，并按照學習清單和教學視頻進行知識總結完成知識的初步建構；課后學生通過填寫問卷調查進行學習反思，及時調整學習方法，在不斷改進中學會學習。教室中學生進行課上的合作探究并將課前的理論知識與實踐相結合。教師通過知識回顧將課前與課上內容緊密結合，并在小組合作探究、師生交流、鞏固拓展的過程中幫助學生查漏補缺，逐漸完成知識體系的構建[11]。

4 有機化學實驗翻轉課堂教學模式設計

筆者以大學有機化學基礎實驗《甲基橙的制備》為例設計翻轉課堂教學過程見圖3。包括課前自主學習、課上合作探究以及課后評價與反饋環節。傳統教學模式下學生學習知識主要通過知識的感知、理解、概括等環節逐步完成知識建構，而在翻轉課堂模式下，筆者結合有機化學實驗的獨特性，利用知識回顧環節將課前自主學習與課上合作探究的教學活動緊密結合。引導學生完成由理論到實際的知識感知，由自主到合作的知識建構。

圖3 有機化學實驗翻轉課堂教學模式

4.1 課前自主學習

學生觀看教師錄制的教學視頻進行自主學習。教師在錄制視頻時應樹立全局意識并提前查閱與《甲基橙的制備》相關的文獻材料，且在視頻中設置相應問題以確保教育活動目的的實現。此外，錄制視頻時需有明確的教學目標便于引導學生進行知識的建構。

4.1.1 感知知識

感知知識是學生理解及構建知識結構的起點，是學生學習知識由不知到知的開端。教師通過設計任務清單見表2，引導學生在觀看視頻前明確本次視頻課的教學目標及學習任務，以此加強學生對知識的感知。而學生在任務清單的引導下學習，也有助于知識體系的初步構建。

表2 學習任務清單設計

4.1.2 理解知識

學生在完成感知環節后對實驗有了初步認知，但由于個體差異性，學生可根據自己的實際情況合理安排觀看時間和次數，完成學習清單上的任務。在此環節幫助學生明確實驗要求、原理、步驟等，實現學生對知識更深層次的理解。

4.1.3 概括知識

任何知識都不是孤立的。教師在錄制視頻時要注重知識的聯系與概括，這有利于學生發現知識之間的關聯建構完整的“知識鏈”。此外，學生在觀看教學視頻時應注重把握知識間的內在聯系，有條理的存儲和記憶知識并進行概括，進一步實現知識構建。

4.1.4 應用知識

學生在概括知識環節中大致完成了知識的建構。教師利用視頻發布測驗題檢驗學生的知識掌握、運用程度。該環節將有效提高學生的分析、解決問題能力。而學生根據測驗題進行查漏補缺，通過查看答案解析或查閱資料完成本次的課前自主學習，逐步完善自己的知識建構。

4.1.5 教學反饋反思

教師根據知識總結及測評分數對全班學生知識掌握程度進行評估并判斷本次視頻課的教學目標是否達成。通過教學反饋及時調整教學計劃，為下一步教學活動打好基礎。此外，教師也需針對教學反饋客觀評價自己，吸取經驗提高教育能力。

4.2 課上合作探究

學生通過課前自主學習對《甲基橙的制備》的理論知識有一定的認知，并建立了知識體系。但由于個體差異性，每名學生對知識的理解是不同且單一的。此外，鑒于有機化學實驗的獨特性，我們不僅要注重學生對實驗原理、操作等理論知識的學習，還要著重培養學生的實驗探究能力。因此在課堂上我們采用小組合作探究模式幫助學生完善知識體系的建構。師生共同完成對所學知識的意義建構，完成由理論到實踐的過渡。

4.2.1 知識回顧

在翻轉課堂的教學模式下，知識回顧環節起到了至關重要的作用——承上啟下。由于學生課前預學了知識，課堂上教師可適當節省教授新知識的時間，并利用知識回顧環節引導學生分析知識間的內在聯系，為協作探究環節打下基礎。

4.2.2 協作探究

教師簡要說明實驗安排與注意事項后，學生分組討論實驗操作流程并進行儀器搭建。實驗過程中，學生通過互相協作來探究《甲基橙的制備》的實驗方法。而教師作為反饋的主體也應隨時監控班級的狀況，及時關注各組動態并進行針對性指導。同時對學生的實驗操作進行評價，實驗完畢后將其與改進措施統一下發，幫助學生規范實驗操作，提高實驗技能。

4.2.3 交流協商

實驗完畢后各組拆除實驗裝置。首先由各個小組進行組內協商，根據記錄的實驗現象討論原因以及在實驗操作方面遇到的問題，從中鍛煉學生的溝通能力。然后再由各個小組進行實驗匯報，師生雙方共同交流協商幫助學生查漏補缺，完善知識體系的構建。

4.2.4 知識總結

學生通過課前的自主學習與課上的合作探究將理論知識與實驗操作相結合。并在操作中充分運用各種感官對所學知識進行驗證。此外，實驗帶來的直觀感受亦激發了學生的興趣，調動了學生的積極性，加深了對知識的理解并啟發學生自覺概括。

4.2.5 知識拓展

教師可結合實驗提問學生具有推理性的問題引導學生將知識理解的豐富全面，如讓學生總結實驗中偶聯反應的條件。指導學生完成由理論到實踐再到理論的知識建構，加深對知識的感知及對知識體系的完善，真正完成本節課的學習。

4.3 教學反饋與反思

課后，學生仍可再反復觀看教學視頻及時進行學習反思。而教師根據學生的填寫情況及課堂上學生的實驗表現進行本節課的教學反思，深入分析翻轉教學模式的收獲與問題以便能夠及時調整和制定更加合理的教學計劃，從而在不斷的改進與調整教學設計中逐步提升自己的教學能力。

5 結語

翻轉課堂教學模式顛覆了傳統教學，它將豐富的信息化資源與化學實驗教學充分結合，為學生提供新型教學模式。雖然翻轉課堂教學法是教育的大趨勢，但現階段其教學實施過程還過于單一，主要仍以視頻為主。此外，由于傳統觀念的影響，學校和家長對翻轉教學的態度以及學生的自控性和自主性等都在影響教學效果。翻轉課堂模式還有許多亟待解決的問題，我們仍需找到適合中國學生的翻轉課堂教學模式。