一流課程建設中物理化學實驗線上線下一體化教學探索

趙娣，傅麗，陳鈺，梁紅蓮，鄭慧敏

（廊坊師范學院，河北廊坊065000）

0 引言

2015年底，國家提出了“雙一流”建設，旨在培養高精尖創新型人才。2019年教育部就一流本科課程的建設提出了實施意見?！耙涣鞔髮W”和“一流學科”建設中的最小單元就是“一流課程”的建設，深化教育教學改革，必須把教學改革成果落實到課程建設上，讓課程適應新時代新的要求，滿足應用型、創新型人才培養的需求［1，2］。實驗教學是培養創新與實踐能力的重要方式［3］，物理化學實驗是化學、材料、生物等多個領域專業人才培養的重要基礎。傳統物理化學實驗雖然在實驗過程中學生自己動手操作，但整個實操過程學生都是按照講義提供的步驟亦步亦趨，最后的報告也是千人一面。學生缺乏思考，其主體地位不能很好地發揮和體現。再加上實驗設備數量有限，導致部分學生在實驗中袖手旁觀或只能負責其中一部分操作［4］，這些問題的存在使得整體教學效果不佳。

搭建線上線下一體化的物理化學實驗教學模式，強化現代信息技術與教育教學深度融合，以“發現物理化學之美”的《宏觀-微觀綜合實踐訓練》為創新點，優化重構教學內容與課程體系，提升課程的實用性和趣味性，增加課程的挑戰性，有助于該課程在新的時代和技術背景下與時俱進，更好地解決教與學模式創新的問題［5］，是一流物理化學課程建設中的一項重要嘗試。

1 傳統物理化學實驗教學方式的缺點和不足

傳統的物理化學實驗教學主要分為四個環節：首先是學期初的實驗講座，其次是實驗課前的理論講解和操作講解，然后學生根據設定好的實驗步驟進行實驗操作，并將數據整理完成實驗報告，最后是教師對實驗報告的批閱和反饋。這種教學模式存在以下幾方面不足。

（1）教學方法仍以灌輸式為主，學生積極性低。無論是實驗講座還是課前的理論講解和操作講解，都是教師占據主導地位，學生被動接受。整個實驗操作過程也都是按照教材的步驟一步一步進行，學生主動學習的機會少，自然也沒有學習的熱情。

（2）教學方式老舊單一，學生學習效果較差。以預習環節為例，學生預習主要是通過書寫預習報告來完成，這種方式往往是為了寫而寫。而物化實驗操作部分主要是對實驗設備的操作，學生寫預習報告往往是在看不到真實設備的情況下去寫“先按下什么鍵，再按下什么鍵”，這對預習來說毫無意義。進入實驗室后仍不會操作，對實驗設備仍倍感陌生，起不到預習的效果。

（3）實驗與理論無法高效地銜接，學生對實驗現象和結論背后的深層含義無法真正理解。

（4）由于學時的限制，學生在實驗中和數據處理過程中遇到的問題不能及時解決，學生之間、師生之間討論的機會太少。

（5）實驗考核方式單一。目前學生的實驗成績以實驗報告為主，而課堂實驗均為2-3人協作完成，這就導致同組人的實驗結果完全相同，教師很難根據實驗報告了解學生的理解程度和操作水平。

2 物理化學線上線下一體化實驗教學的實踐

處于移動互聯網時代和智能時代的教師，應能充分合理地使用線上資源，開展線上線下一體化的教學模式（見圖1），將移動學習模式應用到實驗課程中，通過制作線上微課、微視頻、操作花絮、仿真實驗等可供學生學習的資料和素材，使學生處處可學、時時可學。將教學方式從傳統的“我教你聽”轉變為“話題討論”。讓學生從“照貓畫虎”變為“探索創新”。教師還可以使用信息技術從學生的學習過程中收集所有數據。基于這些數據，一方面可以進行個性化分析，有針對性地輔導答疑，另一方面可以使用大數據的“及時反饋”，對學生的學習有更準確的掌握［6］?？傊盎ヂ摼W+”的教學模式正在改變著教學的各個方面。

圖1 線上線下一體化實驗教學模型

2.1 線上預習與線下實操的有機融合

制作并上傳理論微課、操作微視頻至學習通線上平臺，供學生線上預習。比起空洞的紙版講義，微課和微視頻更加形象、生動。學生通過預習視頻就能看到實驗設備，掌握這臺設備的使用方式、可進行哪些測試、需要注意的事項以及它的工作原理，待進入實驗室后可以馬上上手操作，從而達到預習的效果。這也為線下的實驗操作打下了良好的基礎。另外微課和微視頻還可以隨時回看，這也有利于課后鞏固復習［5，7］。線下課堂中教師不再花費大量時間講解理論和操作步驟，而是將大部分時間留給學生，由學生以小組協作的方式完成實驗任務，增加學生的學習主動性。

2.2 線上話題討論與線上線下釋疑相結合

建立線上課程討論專區，針對不同的實驗項目，提出討論主題，引起學生的思考，使學生帶著問題預習，待進入實驗室后，可有針對性地學習。線下課堂中教師則根據預先的討論主題和實驗內容，創設情境問題，以引導、提問的方式開展教學，并對學生的問題及時解答［5，8］。實驗課結束后也可根據學生操作或報告中出現的共性問題作為話題進行線上討論，增加教師與學生以及學生之間的互動，充分調動學生的參與度和積極性［8］。

2.3 線上評價機制和線下考核相結合

利用線上學習通教學平臺，可觀測學生預習情況、討論區的參與度以及回看記錄等等，并將這些與線下的操作規范量化、實驗報告、操作比拼等都劃入考核范疇，能夠更全面地考核學生對實驗的掌握情況。

2.4 《宏觀-微觀綜合實踐訓練》實驗教學項目的實施

《宏觀-微觀綜合實踐訓練》實驗的設計，將“物理化學實驗過程”與“物理化學與分子模擬的理論基礎”整合在新材料開發的應用背景之下，在分子模擬等量化手段下，實現宏觀試驗難以實現的分子層面的機理研究，提高學生對各層面理論知識和實際生產應用之間聯系的認知，微觀與宏觀相類比，虛實結合、相互輔助的實驗教學形式更能輔助學生理解現象的本質和抽象的理論知識，建立理論與實踐之間的橋梁，進而發現物理化學之美。

2.5 虛擬仿真實驗的應用

近年來，虛擬仿真實驗由于形象直觀，并且對實驗場地沒有要求，能夠真實模擬一些校內無法開展的工業和企業中相關的實驗項目，因而越來越多地被開發并應用到常規教學中［4］。目前本校引進了化工類的虛擬仿真實驗項目，教學效果和學生的學習效果良好。而下一步將要開設的物理化學虛擬仿真實驗，比如“極化曲線的測定”虛擬仿真實驗，可以模擬通電后電子的流動、電極與溶液界面的氧化還原反應以及離子在溶液中遷移的整個過程，讓學生直觀觀察到第二類導體的導電機理和離子的電遷移過程，同時還可以讓學生真正理解“極化作用”這個概念。通過虛擬仿真實驗，學生不僅可以掌握儀器的使用方法，還可以對反應背后的動力學、熱力學的微觀變化過程有更直觀的感受，彌補真實實驗難以觀測的不足，加深對物理化學理論的理解，進而提高實驗教學效果。

3 結語

在信息化時代背景下，創建線上線下一體化實驗課程，做好線上線下課程的有機銜接，可更好地發揮學生的主體作用，提升教學效果。而建設培養創新型、復合型人才的一流本科課程，今后還應從以下方面努力。

（1）完善線上課程。充分利用各種資源，引進優質線上實驗課程講座，拓展課程學習的廣度。

（2）建立和完善物理化學仿真實驗項目，使微觀過程可視化，加深對原理的認識和理解，提升課程學習的深度。

（3）把物理化學實驗教學和畢業論文、大學生創新創業項目緊密結合起來，注重創新能力的培養和訓練，不斷提高人才培養的質量。