基于翻轉課堂的《大學化學實驗》教學設計＊——以“分光光度法測定水果中維生素C”為例

沙 鷗，陳曉兵，姚佳偉，胡卡利，劉 華，朱雨情，周 全，張夢亦

（1.江蘇海洋大學環境與化學工程學院，江蘇 連云港 222002；2.南京醫科大學康達學院第一附屬醫院，江蘇 連云港 222002；3.江蘇海洋大學藥學院，江蘇 連云港 222002）

1 概論

《大學化學實驗》 課程是多數工科院校對食品工程、生物工程、生物技術、水產養殖以及海洋科學等非化學化工專業開設的一門重要的化學類公共課程，旨在通過該課程教學，提高學生對化學基本理論的理解并強化實踐操作技能，增強學生分析解決實際工程技術問題的能力[1]。但隨著近年來我國高校招生規模的擴大，多數工科院校對招生專業未進行高中必考學科的限定，導致部分未選化學作為高考考試科目或化學基礎差的學生進入非化學專業學習。由于大學化學教學需要學生有一定的化學基礎，而實驗課程的開展不僅需要較為深厚的專業基礎知識，還需要學生有較強的動手能力。大類招生給《大學化學實驗》教學帶來了挑戰，學生在理論知識運用與實驗能力訓練等方面均存在不足。因此，如何促進學生自主學習，提高學習積極性和主動性，激發學習興趣，增強學習有效性成為各高校化學實驗教學關注的重要方面[2]。

翻轉課堂是在教育信息化下的新型教學模式，首先由美國學者Maureenlage 等在教授 “經濟學入門” 課程時采用，2000 年另一名美國學者Baker 在第十一屆大學教學國際會議上正式提出了翻轉課堂（The classroom flip）的概念，此后美國科羅拉多州的兩位化學老師開創性嘗試將錄制的教學視頻以及制作的PPT 等課程資料上傳至網絡，讓學生自主學習，為學習有困難的學生提供幫助，將學習的決定權從教師轉移給學生，隨之翻轉課堂逐漸在全世界流行起來[3-4]。翻轉課堂將傳統課堂的“先教后學”改為“先學后教”，教師課前錄制視頻，制作PPT，提前給學生分配學習任務，學生課前通過教師提供的學習材料自主學習，課堂上教師與學生以互相提問等互動模式等替代傳統的課堂教學，該模式近年來日趨受到世界各國研究者的關注[5]。

目前針對非化學類學生開設的《大學化學實驗》課程教材為我校教師自主編寫，教學內容緊扣理論教學內容，并且根據教師的科研成果設計出一批具有綜合性與設計性的基礎實驗，同時便捷的網絡服務、優質的數據庫資源以及教學平臺，為翻轉課堂的開展提供了物質保障[6]。

2 翻轉課堂教學模式設計

針對我校人才培養目標和《大學化學實驗》教學大綱的要求，課題組設計了“學生為主體—教師為主導”的翻轉課堂教學模式，“翻轉課堂”在《大學化學實驗》教學中的基本教學流程如圖1 所示：

圖1 《大學化學實驗》“翻轉課堂”教學流程

“分光光度法測定水果中維生素C”實驗項目是我校《大學化學實驗》課程的基礎實驗項目，利用定量過量的Fe3+與維生素C 在室溫條件下可以發生氧化還原反應產生脫氫維生素C 和Fe2+，由于Fe2+在一定條件下與鄰菲羅啉生成紅色配合物，故可采用可見分光光度法測定該配合物的吸光度從而來測定樣品中維生素C 的含量。該實驗過程涉及無機化學（氧化還原反應與配位反應）、分析化學（定量分析）、藥物學（維生素C）、有機化學（顯色反應）及計算機基礎（Excel 軟件進行數據處理）等，還涉及樣品前處理、移液與定溶等分析化學操作以及分光光度計儀器使用等實踐操作，具體實驗相關信息見表1。由表1 可知，該實驗知識點豐富，基本操作充實，具有高度綜合性與設計性[7]。

表1 分光光度法測定水果中維生素C

現以該實驗為例，淺談我校《大學化學實驗》課程的“翻轉課堂”。

2.1 “翻轉課堂”之課前教學

“分光光度法測定水果的抗壞血酸” 實驗操作較多，包括玻璃容器洗滌、溶液配制、稱量操作、樣品制備、過濾、轉移、定容以及吸光度測量等操作，因此，教師首先認真備課，制作簡單精美包含實驗目的、原理以及儀器與試劑的PPT，并將教材上繁瑣的實驗步驟簡化為流程圖，便于學生理解；錄制樣品前處理微視頻以及光度計操作微視頻，將錄制的實驗微視頻鏈接到PPT 中[8]；錄制該實驗課的講課視頻，并制作課前學習任務單（見表2）；將視頻、PPT以及學習任務單上傳至校內課程平臺；學習任務單中的測試題、問題與建議均在平臺上以作業的形式發放，要求學生回答；通過微信或騰訊QQ 或教學平臺通知每個學生，以平臺打卡、簽到及答題給分的方式保證每一位學生能夠在課前完成教師布置的預習作業，從而保證實驗課的教學質量。

表2 “分光光度法測定水果中維生素C”實驗學習任務單

2.2 “翻轉課堂”之課堂教學

由于多數學校的基礎實驗室多不配置多媒體教學設備，只有黑板給教師用于板書，教師通常站在實驗臺前講實驗目的、實驗原理、主要試劑和儀器、操作步驟等，學生手里拿著一本實驗書，低頭聽教師講，等教師講完后，各小組就去做實驗。多數高校均存在分光光度計有限問題，一般四五個學生共用一臺光度計，30～40 位學生圍著教師學習分光光度計的操作，故只有靠近指導教師的幾個學生可以清楚明白教師授課內容，外圍學生卻無法聽清教師講授內容，導致真正參與到實驗中的學生很少，久而久之，學生對實驗失去興趣，敷衍了事，無法進一步激發學生培養實驗興趣的目的[9]。

而基于“翻轉課堂”理念設計“分光光度法測定水果的維生素C”實驗的課堂教學，可將全班同學分成5～6 人的小組，教師提前整理并歸納平臺學習任務單中問題答案，找出學生掌握不足的知識點，上課時教師與學生均打開教學平臺上的PPT 課件，教師不需要對每一個知識點都親自講解，而是以提問與串講的方式來引導每組學生，讓學生現場匯報一下自己課前的預習情況，回顧并回答知識點，待學生講解完，各小組內交流討論并自評，從而確保每個同學對于實驗每個理論環節都能夠充分了解并掌握[10]。在水果中維生素C 提取環節，選取5～6 位同學領用待處理樣品，而后同組同學一起參與樣品的前處理工作；在光度計操作環節，每組派出一名同學跟隨老師單獨學習分光光度法的使用，學生在聽課時，可以打開課前教師上傳的視頻學習軟件，跟隨老師每人一臺獨自操作，培訓結束后，由每位組長培訓各組組員，教師在一旁觀摩并指導，并加以輔導，而后由各組組員單獨操作光度計，其余組員從旁旁聽。通過翻轉課堂課前預習方式，可為實驗課堂贏得了更多的時間進行實際操作授課，釋放出大量的課堂時間用來學生自主進行實驗，從而讓學生體驗到化學實驗的樂趣。

2.3 “翻轉課堂”之課后教學

實驗結束后，學生離開實驗室前，教師對學生的實驗數據進行簽字核實，同時指出學生數據是否存在問題，現場與學生交流該次實驗中的重點與難點，給學生一周時間準備實驗報告[11]。教師批閱實驗報告后，在校內課程平臺上上傳展示優秀實驗報告，給班級其他同學參考，同時回答與學生平臺提問，解答在實驗過程中的問題和異常現象，通過該項改革，教師可以隨時補充授課內容，優化和改進授課的方式方法。在成績評定環節，學生的實驗成績評定采用過程考核（60%)與結果考核（40%）相結合的方式。過程考核成績主要包括學生課前自主學習檢查情況、課中回答問題情況、小組探究與交流匯報情況、實驗操作情況等方面，結果考核成績則主要包括學生的課前針對學習任務單的測試結果、預習報告和實驗報告等情況。

3 結論

在《大學化學實驗》“翻轉課堂”中，教師通過現代通訊手段以及學校的教學平臺，給學生實驗相關的視頻、PPT 以及學習任務單等不同類型教學材料，讓學生可以提前自主決定學習時間、學習節奏以及學習方式等，使其提早準確把握實驗的重點與難點。學生課前通過觀看教學平臺上的上傳的實驗視頻可以掌握移液管、分析天平、容量瓶以及分光光度計等的使用方法，在實驗過程中也可使用手機觀看實驗操作視頻現場輔助實驗，而不需要教師一對一全程跟蹤指導，避免人手不足問題。翻轉教學不僅可以增強學生的好奇心和動手能力，還可以使其體驗到學習的成就感，促進個性化發展，實驗的分組合作與小組討論，也可以更好地培養學生團隊合作意識。