混合式教學(xué)在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的探索與實(shí)踐

雷雪峰　馬軍現(xiàn)　劉建莊　李琳　王悅輝

摘 ?要：以提升大學(xué)生的綜合能力、創(chuàng)新思維和科學(xué)素養(yǎng)為目的，以泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺為依托，探索混合式教學(xué)在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的實(shí)踐模式。課程對傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)授課模式和評價方式進(jìn)行改革，建設(shè)完善的線上教學(xué)資源;通過“三階段四環(huán)節(jié)”的混合式教學(xué)模式展開實(shí)驗(yàn)教學(xué)，重在培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和高階認(rèn)知能力，加強(qiáng)學(xué)習(xí)深度;采用“線上+線下+實(shí)踐”的課程評價模式，以能力產(chǎn)出為導(dǎo)向，對學(xué)生的綜合能力進(jìn)行評價，通過實(shí)踐推動理工科實(shí)驗(yàn)課程由傳統(tǒng)課堂向智慧課堂的轉(zhuǎn)化。

關(guān)鍵詞：混合式教學(xué);物理化學(xué)實(shí)驗(yàn);自主學(xué)習(xí);高階認(rèn)知能力

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）13-0112-07

Abstract： For the purpose of improving comprehensive ability， innovative thinking and scientific literacy of the college students， blended teaching model in physical chemistry experiment course was explored based on Fanya online platform. Rich network-based teaching resources were built， and the experimental teaching activities were carried out through the blending teaching model of three stages and four steps. The cultivation purpose was focused on improving the students' abilities of self-learning， high-order thinking and in-depth learning. The course evaluation system was guided by output of abilities and constructed by three modules of online， offline and practice to evaluate comprehensive abilities of the students. It is hoped that the reform could promote the transformation of science and engineering experimental courses from traditional classroom to wisdom classroom through practice.

Keywords： blended teaching; physical chemistry experiment course; self-learning; high-order cognitive ability

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”教育時代的到來，數(shù)字化學(xué)習(xí)已經(jīng)成為一種常見的學(xué)習(xí)方式，而慕課教育理念的興起，使得移動學(xué)習(xí)、混合式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方式在高校教學(xué)中已漸趨普及[1]。2019年至今，隨著國家“雙萬計(jì)劃”的逐步推行，針對混合式教學(xué)的研究與探索熱度激增[2-12]。混合式教學(xué)的優(yōu)勢在于將傳統(tǒng)課堂和網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)平臺有機(jī)結(jié)合，以信息技術(shù)為支持，采用新型教學(xué)模式，突出以學(xué)生為中心，實(shí)現(xiàn)個性化與智慧化的教與學(xué)。其目的不再是低階知識的傳授，而更注重于高階能力的培養(yǎng)。教育部在2018年《加快建設(shè)高水平本科教育 全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》中提出了“積極引導(dǎo)學(xué)生自我管理、主動學(xué)習(xí)，激發(fā)求知欲望，提高學(xué)習(xí)效率，提升自主學(xué)習(xí)能力”的要求。可見，通過OBE理念對混合式教學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以學(xué)習(xí)產(chǎn)出為目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的自我管理與自主學(xué)習(xí)能力、批判性思維、交流合作能力及創(chuàng)造性思維，引導(dǎo)其由“淺層學(xué)習(xí)”邁向“深度學(xué)習(xí)”，是提升高校教育教學(xué)質(zhì)量的重要途徑[13-14]。

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是應(yīng)用化學(xué)、材料化學(xué)、環(huán)境工程等專業(yè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，課程內(nèi)容及研究方法能夠?yàn)橄嚓P(guān)行業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究提供理論指導(dǎo)，對學(xué)生的邏輯思維、科學(xué)素養(yǎng)、實(shí)踐動手能力等方面的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用。鑒于課程的重要性以及學(xué)校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)，將混合式教學(xué)引入物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，通過教學(xué)資源建設(shè)，教學(xué)模式設(shè)計(jì)及評價方式的構(gòu)建，利用多渠道激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，將其變被動為主動，更大程度地參與到教學(xué)活動中，培養(yǎng)和提升其自主學(xué)習(xí)能力、信息與數(shù)據(jù)的加工處理能力、邏輯思維能力、創(chuàng)新意識、團(tuán)隊(duì)合作意識等綜合素質(zhì)，提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)滿足社會需求的高層次應(yīng)用型人才。

一、教學(xué)資源建設(shè)

在實(shí)施教學(xué)改革的過程中，結(jié)合課程自身特色、學(xué)生實(shí)際情況和學(xué)校人才培養(yǎng)的目標(biāo)，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，以泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺為依托，建設(shè)完善的平臺資源。

（一）編制講義

我校開設(shè)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)共48學(xué)時，含11個實(shí)驗(yàn)，教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時安排如表1所示。選定教材時雖盡量貼近本校實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，但仍然在藥品、儀器以及實(shí)驗(yàn)方法上存在不少差別，甚至有些實(shí)驗(yàn)需要額外給學(xué)生補(bǔ)充資料。教材是學(xué)生學(xué)習(xí)的一手“武器”，其重要性不言而喻。因此，編制了與本校實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完全配套的講義，并將其上傳至泛雅教學(xué)平臺，以方便學(xué)生的課前預(yù)習(xí)和線上學(xué)習(xí)。

（二）編制學(xué)案

我校選取的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋了熱力學(xué)、動力學(xué)、相平衡、表面化學(xué)、膠體化學(xué)等各大模塊，每個實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和側(cè)重點(diǎn)都不同，為了讓學(xué)生能夠快速把握學(xué)習(xí)要點(diǎn)，在課下高效地完成學(xué)習(xí)目標(biāo)，我們?yōu)槊總€實(shí)驗(yàn)編制了相對獨(dú)立的學(xué)案，內(nèi)容包括“預(yù)習(xí)報告”和“結(jié)果報告”，以替代傳統(tǒng)的預(yù)習(xí)報告和實(shí)驗(yàn)報告。

在預(yù)習(xí)報告中，針對每個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容和特點(diǎn)設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)問題，以填空、簡答、繪圖和討論的形式引導(dǎo)學(xué)生開展課前學(xué)習(xí)，內(nèi)容囊括了實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)中需要注意的事項(xiàng)，提倡并鼓勵學(xué)生用思維導(dǎo)圖、流程圖等能夠體現(xiàn)個性化思維的方法對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行梳理，并在與他人討論分享的過程中啟發(fā)思維，不斷完善作品，進(jìn)而明確進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后需要完成的工作。

結(jié)果報告則分為三大模塊：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄與處理、問題和反思討論。模塊一中設(shè)計(jì)好數(shù)據(jù)記錄的表格，引導(dǎo)學(xué)生利用Origin、Excel等專業(yè)軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制圖形，并計(jì)算結(jié)果;模塊二就實(shí)驗(yàn)中易出錯的環(huán)節(jié)和注意事項(xiàng)設(shè)計(jì)問題，引導(dǎo)學(xué)生通過語言梳理與書面表達(dá)，強(qiáng)化對實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)操作的理解;模塊三發(fā)出“靈魂拷問”，一是針對本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果討論：本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否理想？哪些環(huán)節(jié)需要改進(jìn)？應(yīng)該怎么做？二是拓展思維的 “五問反思”：通過問題引導(dǎo)，讓學(xué)生對學(xué)習(xí)和實(shí)踐過程進(jìn)行反思，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，拓寬思維方式，并進(jìn)一步完善學(xué)習(xí)策略。“五問反思”的具體問題如下：

1. 我學(xué)到了哪個知識點(diǎn)或技能？

2. 針對這個知識點(diǎn)或技能，實(shí)驗(yàn)之前我是怎么想的？（要求展示自己真實(shí)的知識背景）

3. 我之前的想法怎么樣？（要求說明之前想法的不足之處）

4. 我應(yīng)該怎樣想才對？（說明經(jīng)過實(shí)驗(yàn)之后觀點(diǎn)、想法的改變）

5. 這個知識點(diǎn)和其它知識有什么聯(lián)系，或這一技能還可以用來做哪些工作？

學(xué)生在完成學(xué)案的過程中，不必反復(fù)抄寫講義內(nèi)容，而要將時間和精力放在解決問題上，避免傳統(tǒng)報告中大篇幅抄寫和學(xué)習(xí)效果不佳的弊病。

（三）拍攝演示視頻

為了讓學(xué)生更好地開展線上學(xué)習(xí)，拍攝了與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完全配套的11個實(shí)驗(yàn)操作演示視頻和5個儀器操作視頻，共計(jì)68分43秒。實(shí)驗(yàn)操作演示視頻的制作可更好地幫助學(xué)生預(yù)習(xí)并掌握整個實(shí)驗(yàn)流程及正確的實(shí)驗(yàn)操作，為順利開展教學(xué)活動提供極大的便利（如圖1所示）。

完善的泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源是順利開展混合式教學(xué)的前提（如圖2所示）。除上述資源之外，泛雅平臺還通過多媒體課件、儀器設(shè)備使用說明、思維導(dǎo)圖、流程圖、練習(xí)小測、參考文獻(xiàn)等多種形式，將抽象、復(fù)雜的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)以多樣化、多維度的方式全面、生動、形象地展示出來，為學(xué)生的線上學(xué)習(xí)提供豐富的資源，為線下翻轉(zhuǎn)課堂的順利開展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。課程平臺自2018年建成至今，學(xué)生訪問量已逾34萬余次，在課程的混合式教學(xué)過程中發(fā)揮了重要作用。課程PC端網(wǎng)址：https：//mooc1-1.chaoxing.com/course/201756356.html.

二、線上線下混合式教學(xué)

鑒于實(shí)驗(yàn)場地和儀器資源的限制，我校的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)一直采用理論講解與實(shí)踐操作分開進(jìn)行的模式開展教學(xué)，即：先集中學(xué)時一次性講解3-4個實(shí)驗(yàn)，然后在接下來的課時同時開展3-4個實(shí)驗(yàn)的實(shí)操。具體開展流程如圖3所示。

在這種情況下，采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法開展教學(xué)，存在如下問題：

1. 采用集中講解的方式，短時間傳授的信息量過大。教師需要同時講授3-4個實(shí)驗(yàn)，講解時間長，教授內(nèi)容多，教學(xué)難度大，學(xué)生被動地接受知識，不易消化和理解。

2. 理論講解與實(shí)踐操作時間間隔長。學(xué)生容易遺忘實(shí)驗(yàn)步驟及操作細(xì)節(jié)，因此在實(shí)操過程中加大了教師的指導(dǎo)難度。

3. 無法有效監(jiān)控和評估學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，教師也無法準(zhǔn)確診斷學(xué)情并做出相應(yīng)反饋。

在教學(xué)改革實(shí)踐中，我們通過混合式教學(xué)有效地解決了傳統(tǒng)教學(xué)中存在的上述問題。

（一）教學(xué)設(shè)計(jì)

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的混合式教學(xué)設(shè)計(jì)（如圖4所示）兼顧線上、線下和實(shí)踐三個層面。1. 線上自主學(xué)習(xí)。以豐富的泛雅線上資源為后盾，定時發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)單，引導(dǎo)并組織學(xué)生開展線上預(yù)習(xí)活動。同時，線上資源也有助于學(xué)生隨時隨地復(fù)習(xí)、回顧。2. 線下翻轉(zhuǎn)課堂。在線下的理論講解過程中，突出以學(xué)生為中心，通過小組協(xié)作的方式，交流任務(wù)單的完成情況，分享對實(shí)驗(yàn)原理的理解，對實(shí)驗(yàn)步驟的梳理以及實(shí)驗(yàn)儀器的操作流程，通過生生互助和師生交流推動教學(xué)活動的開展。在線下課堂中，教師是“導(dǎo)演”，學(xué)生是“主角”。3. 實(shí)踐和拓展。實(shí)踐環(huán)節(jié)包含實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)報告的完成。這一環(huán)節(jié)不僅反映出學(xué)生在前兩個環(huán)節(jié)中的學(xué)習(xí)效果，而且也鍛煉了學(xué)生的基本技能、分析問題和解決問題的能力以及對信息的加工處理能力。此外，以問題為契機(jī)，鼓勵學(xué)生開展探究式學(xué)習(xí)，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練及各類學(xué)科競賽等方式進(jìn)一步提升其綜合能力、創(chuàng)新能力及科學(xué)素養(yǎng)。

為保障混合式教學(xué)的順利開展，課程以能力為導(dǎo)向、以過程為依據(jù)建立評價體系，由線上、線下和實(shí)踐三個模塊構(gòu)成，以此來提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，監(jiān)控各環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)效果。

（二）教學(xué)模式

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)采用“三階段四環(huán)節(jié)”的混合式教學(xué)模式開展教學(xué)：整個教學(xué)過程分為“課前-課中-課后”三段式進(jìn)行，每個階段的教學(xué)過程均由四個環(huán)節(jié)構(gòu)成，各環(huán)節(jié)之間環(huán)環(huán)相扣，循序漸進(jìn)地推動整個教學(xué)活動的進(jìn)行（如圖5所示）。下面以“二元液系相圖的繪制”為例講述該教學(xué)模式在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的應(yīng)用與實(shí)踐（部分學(xué)生預(yù)習(xí)作品見圖6）（如表2所示）。

三、以能力為導(dǎo)向的評價方式

課程評價體系（如圖7所示）以能力為導(dǎo)向，采用“線上+線下+實(shí)踐”的綜合模式對學(xué)生的綜合能力進(jìn)行考核。

線上成績占比30%，由課前任務(wù)（過程性評價）與預(yù)習(xí)作品（表現(xiàn)性評價）兩部分構(gòu)成，重點(diǎn)關(guān)注學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)與考察。考核指標(biāo)為：講義、PPT、視頻、拓展材料等平臺資源的訪問與學(xué)習(xí)、預(yù)習(xí)作業(yè)、個性化預(yù)習(xí)作品的完成情況及效果等。學(xué)生在課前利用泛雅教學(xué)平臺提供的資源開展自主學(xué)習(xí)，完成課前學(xué)習(xí)任務(wù)，以培養(yǎng)其自我管理和自主學(xué)習(xí)能力;利用思維導(dǎo)圖軟件、PPT等工具對預(yù)習(xí)過的內(nèi)容進(jìn)行梳理和深加工，完成預(yù)習(xí)作品的制作，訓(xùn)練其邏輯思維能力和信息加工處理能力。

線下成績占比30%，由課堂翻轉(zhuǎn)（表現(xiàn)性評價）和期末考試（總結(jié)性評價）兩部分構(gòu)成，重點(diǎn)培養(yǎng)和考察學(xué)生對理論知識的掌握和應(yīng)用。考核指標(biāo)為：考勤、課堂分享內(nèi)容的品質(zhì)、語言表達(dá)的準(zhǔn)確性與流暢性、課堂討論積極性、回答問題的全面性與準(zhǔn)確度等。課堂翻轉(zhuǎn)以學(xué)生為主，通過講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，鍛煉學(xué)生的語言表達(dá)、內(nèi)容組織與課堂調(diào)控能力;通過交流互助，鍛煉和提升學(xué)生的語言表達(dá)能力和溝通交流能力。期末考核則考察學(xué)生對知識的靈活應(yīng)用能力。

實(shí)踐成績占比40%，由實(shí)驗(yàn)操作（過程性評價）與實(shí)驗(yàn)報告（表現(xiàn)性評價）組成，注重考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析處理。考核指標(biāo)為：實(shí)操技能、實(shí)驗(yàn)完成度、小組合作程度、桌面整潔情況、實(shí)驗(yàn)報告的完整度、數(shù)據(jù)計(jì)算與繪圖的準(zhǔn)確度、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理與分析的正確性與科學(xué)性等。通過實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練、強(qiáng)化和提升學(xué)生的基本技能、解決問題的能力及小組協(xié)作能力;通過實(shí)驗(yàn)報告訓(xùn)練學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力、結(jié)果分析能力和報告撰寫能力。

四、教學(xué)效果反饋

針對混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對材料與食品學(xué)院16級材料化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)的學(xué)生（共計(jì)135人參與）開展了問卷調(diào)查，結(jié)果顯示：學(xué)生認(rèn)為：1. 自主學(xué)習(xí)能力;2. 邏輯思維能力和信息加工能力;3. 溝通交流與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力;4. 語言表達(dá)能力;5. 實(shí)驗(yàn)技能得到提升的比例分別為71.2%、81.0%、74.2%、82.0%和71.3%。

此外，通過混合式教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)更多的學(xué)生在后續(xù)的學(xué)習(xí)過程中更愿意嘗試和參與一些具有開發(fā)性、研究性和創(chuàng)新性的工作。參與了混合式學(xué)習(xí)的學(xué)生在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、互聯(lián)網(wǎng)+、挑戰(zhàn)杯、節(jié)能減排大賽、攀登計(jì)劃等各項(xiàng)學(xué)科競賽中的參賽及立項(xiàng)數(shù)目均有大幅攀升。學(xué)生對“氫氧化鐵膠體的電泳”“乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)的測定”和“粘度法測定高聚物分子量”的實(shí)驗(yàn)探索獲得2020年學(xué)院優(yōu)秀畢業(yè)論文;與課程配套的實(shí)驗(yàn)視頻的拍攝、后期剪輯、配音、字幕等制作均由16級學(xué)生在老師的指導(dǎo)下自主完成;以“云端教學(xué)技術(shù)研發(fā)中心”為題的項(xiàng)目獲得學(xué)院互聯(lián)網(wǎng)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽青紅賽道三等獎并獲得校級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目立項(xiàng)……。實(shí)踐證明，采用混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)對于提升學(xué)生的綜合能力、創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)起到了極大的推動作用。

五、結(jié)束語

在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的混合式教學(xué)改革中，建立了內(nèi)容完整、形式多樣、全面系統(tǒng)的泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，從多方面、多維度、多環(huán)節(jié)為學(xué)生的線上自主學(xué)習(xí)提供支持，同時也為混合式教學(xué)的開展提供了更多的可設(shè)計(jì)性和創(chuàng)造性;從學(xué)生的實(shí)際能力與水平出發(fā)，設(shè)計(jì)混合式教學(xué)活動，提出“三階段四環(huán)節(jié)”的混合式教學(xué)模式，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)開展前做好充足的準(zhǔn)備工作，更好地理解實(shí)驗(yàn)原理、步驟及操作注意事項(xiàng)，從而降低面對面授課的難度，增加線下實(shí)驗(yàn)的成功率;根據(jù)教學(xué)模式，科學(xué)構(gòu)建課程評價體系，突出以能力為導(dǎo)向，注重學(xué)生綜合能力與素養(yǎng)的培養(yǎng)與評價。同時，在開展正常教學(xué)活動的基礎(chǔ)上，以問題的拓展為契機(jī)，將探究式學(xué)習(xí)引入到教學(xué)模式中，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目和學(xué)科競賽等活動，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新思維，取得了令人滿意的教學(xué)效果。該課程同時獲得了西浦ILEAD教育研究院微信公眾號的專題推送，在教育一線開展了實(shí)驗(yàn)在線化教學(xué)的討論，取得了較為深遠(yuǎn)的影響。在后續(xù)的課程推進(jìn)過程中，需要根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)對平臺資源進(jìn)行調(diào)整，加入微課的錄制;根據(jù)實(shí)踐情況對課程評價體系進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使之更加契合能力考核的目標(biāo)，同時考慮設(shè)立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺。

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作者簡介：雷雪峰（1977-），女，漢族，河南南陽人，博士研究生，副教授，研究方向：混合式教學(xué)與研究導(dǎo)向型教學(xué)。