SPOC混合學習模式下的有機化學教學實踐

尤蕾蕾

摘要：“混合學習”指將傳統學習方式的優勢和E-Learning（即數字化學習）的優勢結合，其中SPOC混合學習模式能與班級化教學相銜接，有利于實現個性化教學目標，提高校內教學質量。有機學習是化學學習中的重要組成，本研究通過構建 SPOC 混合學習的教學模型，調查并分析高中生有機化學的心智模型，以“甲烷”為例進行SPOC 混合學習教學實踐研究。關鍵詞：SPOC 混合學習;心智模型;有機化學

文章編號：1008-0546（2022）03-0022-07???? 中圖分類號：G632.41???? 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03.005

混合學習是注重發揮傳統教學和數字化學習優勢的學習與教學方式。《地平線報告》中肯定了混合學習的優勢。“互聯網+”背景下，混合學習如何與班級線下授課相銜接，是本研究探討重點，本文以“甲烷”為例，對提升學生核心素養的 SPOC混合學習模式進行探索和思考。

一、SPOC混合學習概念界定

混合學習源于英文的“Blended learning 或 Hybrid learning”。依據ASTD（美國發展與培訓協會，2002）混合學習是把不同情境下的學習活動，如面授學習、在線學習、自定步調學習等相結合的學習解決方案。

國內混合學習指將傳統學習方式的優勢和 E- Learning（即數字化學習）的優勢結合，發揮教師引導、啟發、監控教學過程的主導作用的同時，又要充分體現學生作為學習過程主體的主動性、積極性和創造性。

SPOC（Small Private Online Course）即小規模限 制性在線課程，作為“后 MOOC 時代”的一種典型混合學習課程范式，在融合 MOOC 教育思想的同時，也把微課、小眾教學、集約化教育等融合在一起，形成了 SPOC 混合學習特有的教育模式。小眾教學也與線下班級授課相匹配，能更好地與班級線下授課相銜接。

本研究中 SPOC：Small 指一個行政班級的學生， Private 指班級學生分享、交流內容不對外發布，僅限于班級內部進行交流，教師全程對內容進行關注。 SPOC小眾化和限制性的特點有助于提升學生的學習參與度和互動性，賦予學生個性化的、完整的、深度的學習體驗，也使教師有更多精力洞悉學生的各方面信息，有利于實現個性化教學目標，提高校內教學質量。

本研究中“SPOC混合學習”是指線下班級授課與線上學習的混合，是自主學習、協作學習、接受學習、發現學習的混合。本研究構建的SPOC混合學習的框架具體見圖1。

二、SPOC混合學習教學模型

混合學習教學有網絡平臺來提供支持，常見的如 MOOC（大型開放式網絡課程）、上海市微校平臺（https：//smile.shec.edu.cn/）等，但無論何種網絡平臺，混 合學 習教 學模 型核 心是 一致 的。 Josh Bersin （2002）研究認為混合學習過程主要包含四個基本環節，見圖2。

本研究結合混合學習基本環節、SPOC課程模式圖等，構建 SPOC 混合學習化學教學的研究模型，見圖3。

本模型包含前端分析、學習活動設計、實施評價三個階段。

前端分析階段，要從學生認知、化學知識和教學資源三個角度對教學內容進行分析梳理來構建教學，通過探查學生相關知識的認知情況，并根據已有化學知識進行分析，完成教學設計，SPOC 混合學習還需要了解學習者對于在線教學平臺的熟練程度、個人對學習的期望、對混合式學習模式的態度，以確定教學起點。

學習活動設計階段，是混合式學習模式設計的核心內容。學習活動由線上學習活動和班級授課活動兩個方面構成，依據前端分析中的教學設計，分析教學目標及知識類型，以確定教學形式（線上或線下）。學生在線上完成教學視頻的觀看、在線反饋和交流討論。班級授課時選擇“翻轉課堂”教學模式，在創設情境的基礎上，將重難點和線上交流討論中的易錯點進行小組討論和解析，通過課堂反饋后進行線上反饋評價。

實施評價階段，采用多元評價方法，注重形成性評價和總結性評價相結合。結合線上和課堂的學生反饋構建形成性評價。SPOC混合學習教學研究模型聚焦于教師與學生兩個主體的主動性，希望通過 SPOC混合學習教學能夠激發學生的學習興趣。

三、重構 SPOC混合學習模式下的有機化學教學

本研究選擇有機化學進行SPOC混合學習模式研究，有機化學是高中化學教學中的重要內容，有機化學涉及有機化合物的結構特點、典型有機化合物（如甲烷、乙烯、乙炔、苯、乙醇、乙醛和乙酸）的性質等方面。有機化學知識點多、關系密切，學生容易混淆相關概念。前端分析階段，首先需要學生相關知識的認知情況，本研究通過對學生有機化學心智模型的探查，來了解學生對有機化學的理解。

1.探查學生有機化學的認知情況

本研究選擇靜安區重點高二年級3個等級考班級共 56名學生作為研究對象。實施于高二下半學期6 月份，學生已學完高中階段所有有機概念。利用改編自胡相的《二階式診斷問卷》來探查高中生有機化學的心智模型及分析其原因。

研究發現，學生的有機化學的心智模型較為相似，基本上能夠從結構和性質出發構建心智模型（具體見表1），但是學生往往忽視有機物的來源及用途。其中具有代表性的心智模型如圖4。

以甲烷為例，學生的心智模型的統計如表2。可以發現：學生對新知識的建構受其已有知識經驗的影響較大，且易出現知識的負遷移現象。例如：學生對取代反應的理解上，學生通常更容易把取代反應的4步根據以往的學習經驗理解為反應是分步分別進行到底才進行下一步的。

學生能系統構建從乙烯至乙酸乙酯的概念關系圖，但是經常會忽視溴乙烷與其它有機物之間的聯系。利用心智模型解決問題的能力有待進一步提高。研究發現以下原因造成有機化學心智模型的差異：

A.復雜而繁多的有機物阻礙了心智模型構建的系統化

學生單獨學習各個有機物，但是繁多的有機物、復雜的化學性質、各異的反應條件都使得學生更加傾向于單獨構建單一有機物的心智模型，除了教學中多次強調的乙烯至乙酸乙酯的概念關系圖之外，其它概念關系圖就比較雜亂。訪談中學生表示：“要記憶的 有機物太多了，每個有機物反應也很多，特別復雜。”大部分學生能夠構建結構化的心智模型，但建構出的 知識體系會因為知識的缺失造成錯誤和遺漏。

B.有機物的學習脫離日常生活

有機物在日常生活中隨處可見，但是教學及教材中更多聚焦于結構和性質的學習，往往使得學生忽略了“有機物用途”這一個激發有機學習興趣的關鍵點，以苯為例，同學們都忽視了苯是常見的有機溶劑，苯在生產生活中的應用也往往被忽視。教學中需要注重化學與生活的聯系，加深對知識點的認知，體現有機學習的意義和價值。

C.變式問題解決能力有待提高

有機物結構復雜，對學生的空間思維能力、化學符號表征能力有較高要求。教學中重復對官能團的強化讓學生有深刻的印象，但是對于官能團如果決定化學性質的理解還有待提高，學生不能靈活利用結構指導性質的學習。訪談中學生表示：“不太理解加聚和縮聚反應中結構如何變化和乙醇各個反應羥基的斷鍵方式。”

基于對有機化學心智模型的研究，發現有機化學教學中，需要培養學生從結構和信息中尋找相聯系、相匹配的概念來解決問題;培養學生從已有的模型進行遷移，從單一物質發展成為一個類別的物質的能力;結構化、模型化的有機化學教學將幫助學生細化心智模型;強化有機化合物的來源與用途有助于完善學生的心智模型。

基于學生心智模型的研究，在 SPOC混合學習模式的有機化學教學設計時，筆者聚焦于模型的構建，也與核心素養中證據推理與模型認知相符。從教材中來分析有機化學學習的模型，滬科版高二教材發現（見圖5）：本單元從石油分餾開始，介紹石油餾分中汽油及石油液化氣等燃料引出甲烷;所有烴類都從生產生活中實際意義出發，選取代表物進行系統學習后遷移到同類物質。本節課關注培養學生遷移能力，以更好地形成心智模型。

2.SPOC混合學習模式下有機化學教學設計

鑒于心智模型研究，需要構建有機學習的模型，本研究選取有機物“甲烷”，依據 SPOC混合學習教學模型進行教學設計。根據《普通高中化學課程標準（2017年版）》內容標準為“知道甲烷是有空間結構的;以甲烷認識碳原子的成鍵特點”，學業要求為“能描述甲烷的分子結構特征;能搭建甲烷的立體模型”。根據《上海市高中化學學科教學基本要求》屬于“14.1甲 烷與烷烴”，要求：甲烷的分子結構（B）;甲烷的物理性質（A）;甲烷的化學性質（B）。

學生在初中化學已學習甲烷的化學式、可燃性及存在，高一化學鍵的教學中對甲烷的電子式和結構式的一定認識。學生已系統學習元素化學，對物質結構有初步認識，但是學生沒有建立空間立體的構型，對取代反應等有機反應非常陌生。本節課學生重點學習甲烷的空間構型和取代反應，并為之后乙烯、乙炔等有機物的學習形成有機學習思路。

基于 SPOC混合學習模式對知識進行梳理，將已學習過的知識、描述性知識通過制作教學視頻，讓學生線上進行學習;班級授課聚焦于重難點知識和科學探究。

甲烷作為第一個系統學習的有機物，需要明確有機物學習思路，即“有機物意義→有機物結構→有機物化學性質（化學方程式書寫）→有機物用途”并結合微觀探析、宏觀辨識、符號表征進行學習。SPOC混合學習模式下本研究教學設計與流程如圖6。

四、SPOC混合學習模式下有機化學教學實踐

本教學設計中依據有機物學習思路，從有機化合物的來源與用途結合真實情景，故選擇可燃冰開采意義出發，通過可燃冰穩定存在來分析甲烷結構→對比甲烷大氣含量低來探究甲烷的取代反應→最終討論可燃冰開采現狀與挑戰，再分別遷移到烴類燃燒化學方程式、烷烴結構特點、取代反應特點等有機反應特點，最后歸納烷烴結構和化學性質，具體見圖7。

1.SPOC 混合學習下有機化學教學過程

【線上學習】上傳“甲烷”微課教學視頻到線上學習平臺，回顧甲烷的存在、物理性質和可燃性;并教授“可燃冰”的構成、存在及形成;甲烷熱化學方程式及 燃料熱值的含義;甲烷的穩定性（不與酸性高錳酸鉀、氫氧化鈉、HCl反應）;甲烷的取代反應。

【班級授課】

模塊1：可燃冰開采的意義

【引入】新聞：《中國油氣產業發展分析與展望報告藍皮書（2018—2019）》顯示：我國油氣消費持續增長，2018年超過日本成為世界最大天然氣進口國。繼2017年我國成為世界最大原油進口國之后，2018年又超過日本，成為世界最大的天然氣進口國。如何解決常規化石燃料短缺的困境。

【學生活動】結合甲烷的燃燒化學方程式和課前測試的計算數據來說明甲烷是一種高效清潔的燃料。

設計意圖：通過運用定性和定量的數據，讓學生進一步理解甲烷是一種高效清潔的能源，讓學生學會分析的科學方法，開展化學學習。

模塊2：甲烷的結構探究

【化學史話】道爾頓發現了甲烷，奧斯汀通過燃燒確定并計算得到 CH 的個數，范霍夫探究了甲烷的結構。

【過渡】可燃冰在南海的穩定存在，體現甲烷的穩定性，從原子結合方式探究甲烷空間結構

【學生活動1】搭建甲烷可能的分子結構

【學生活動2】搭建一氯甲烷、二氯甲烷可能的結構

【實驗驗證】測定二氯甲烷的熔、沸點的實驗和X 射線衍射實驗

設計意圖：通過學生自主搭建甲烷分子模型，從鍵角、二氯取代物等多角度論證分析甲烷結構的可能性，最終結合史料，實驗確定甲烷的空間結構。讓學生了解化學工作者不懈的努力和通過實驗對化學原理的不斷探究。搭建甲烷分子模型過程中，通過不同組之間的交流形成甲烷正四面體和平面四邊形兩種可能的結構，培養學生分析及交流的能力。

模塊3：甲烷的取代反應

【學生活動3】在分析取代反應現象的基礎上，小組合作設計實驗方案證明取代產物中含有HCl。

方案1：將氯氣吸收，在將HCl氣體通入AgNO3溶 液，若產物白色沉淀，則含HCl

方案2：做氯氣溶于水的空白實驗，若酸性較強，則含HCl，通過DIS實驗進行驗證。

反應中有 HCl 產生，HCl 中的 H 原子由誰提供？ Cl原子由誰提供？從元素原子的角度分析，推測另外一個有機物。

【化學故事】1953年，美國諾貝爾獎得主米勒模擬原始地球的條件和大氣成分，利用甲烷、水、氫氣、氨氣，在高溫、紫外線及雷電的條件下，經過長時間形成了氨基酸和蛋白質，氨基酸和蛋白質是生命的基本組成。請結合米勒的實驗，總結有機反應特點。

設計意圖：通過學生設計實驗探究取代產物中是否含有HCl，即HCl 中含有 Cl，通過定性和定量DIS 實驗，使學生養成辯證看待物質變化的習慣，并培養學生通過定性與定量并重，分析與綜合的科學方法，開展化學研究。最后進行微觀分析，從宏觀和微觀角度對取代反應進行分析，得出結論。

模塊4：可燃冰開采現狀與挑戰

【情景1】根據甲烷的取代反應，分析制備氟利昂的原理和反應類型

【情景2】2017年5月10日至7月9日，由國土資源部中國地質調查局組織實施的南海可燃冰試采工程取得完滿成功。連續試采60天，累計產氣超過30萬立方米。此次試采成功表明，我國在可燃冰開采理論、技術、工程和裝備等方面居于世界領先水平。

【提問2】若可燃冰的日開采量超過10萬立方米，便可用于商業化。但現階段開采仍面臨著挑戰，你認為在開采過程中應考慮哪些因素？

設計意圖：通過取代反應的應用，讓學生了解氟利昂及其危害，樹立關愛環境和可持續發展的觀念。了解到我國在可燃冰開采理論、技術、工程和裝備等方面居于世界領先水平，我國科學家為開采可燃冰做出的貢獻。通過分析可燃冰開采的挑戰，了解到發展可燃冰之后的困境，培養學生進一步學習并了解我國相關工藝和技術。

模塊5：課后作業

1.線上完成鞏固測試題

2.進一步利用微課進行學習

（1）合格考：甲烷的物理和化學性質

（2）等級考：烷烴的物理和化學性質

（3）拓展視野：空間構型與物質性質之間的關系

3.基于SPOC混合學習的有機化學教學實踐研究筆者根據高二階段測試成績作為前測，從高二年級選擇2個班級（共56人）進行教學實踐研究，所選班級的學生學習水平、學習狀況基本相當。其中一個班級實驗組，另一班級為控制組。筆者在實驗結束后，以自編試題為后測，來測定學生對教學內容的掌握程度。

本實驗的自變量為“SPOC 混合學習”的教學，實驗組采取“SPOC混合學習”教學，對照組采取常規教學。干擾變量控制包括：1.學生性別，實驗組和對照組男女生比例相當;2.教師情況，實驗組與對照組為同一教師授課。

在前測中對學生情況進行描述統計、F檢驗和t檢驗后，方差均不存在顯著性差異，說明對照組和實驗組在“SPOC混合學習”教學實驗前學業成績上沒有顯著性差異。

經過教學后進行后測，發現對后測進行 F 檢驗， p=0.3601>α=0.05，表示方差不存在顯著性差異，再進行T檢驗（等方差假設）后，t統計量平均值為1.7454，對應概率p=0.0427<0.05，故能拒絕零假設，因此在被試樣本中，這兩個樣本在0.05的水平上有顯著性差異，說明實驗組在進行“SPOC混合學習”教學實驗后學業成績上發生了顯著性的改變。

通過對對照組和實驗組的比較，可以得出“SPOC 混合學習”教學實驗能有效地提高學生成績。

五、結語

從核心素養層面而言，SPOC 混合學習提升了本節課的容量和思維方式，培養了學生“宏觀辨識與微觀探析”“科學態度與社會責任”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”等核心素養，具體分析見表3。

SPOC混合學習，充分關注了學生的已有知識，通過對已有知識的回顧，將課堂教學翻轉。通過關注學生探究能力的培養，通過學生自己設計取代產物中是否含有HCl 的實驗方案，對原有的知識進行遷移的同時，培養了學生的辨識問題解決能力。

甲烷作為第一個學習的有機物，要同學們感悟到有機物與無機物的區別，讓學生感悟到有機物與生命的關系和有機學習的意義。SPOC混合學習中大量的素材幫助學生豐富認識，通過對可燃冰開采的意義和開采現狀與挑戰，甲烷作為生命構成的最簡單物質與生命關系的介紹，讓學生們理解有機物，了解有機物在日常生產生活中的應用，形成與環境和諧共處，合理利用自然資源的觀念，認識學習有機物的意義。利用地理、生物的知識進行跨學科知識的遷移。

參考文獻

[1] 何克抗.從 Blending Learning 看教育技術理論的新發展（上）[J].中國電化教育，2004（03）：4-9.

[2] 何克抗.從 Blending Learning 看教育技術理論的新發展下[J].中國電化教育，2004（4）：10-15.

[3] 楊小敏，劉建平，胡林等.基于移動學習平臺的物理化學混合教學模式探索與實踐[J].化學教育（中英文），2018，39（24）：22-26.

[4] 胡先錦.高中生有機化學心智模型探析[J].化學教學，2016（12）：19-23.

[5] 席云芳，羅瑪，王祖浩.高中生化學變式問題解決能力的比較研究——以高中有機化學內容為例[J].化學教學，2017（6）：16-22.

[6] 李克東，趙建華.混合學習的原理與應用模式[J].電化教育研究，2004（7）：1-6.

[7] 陸旖旎.高中生“甲烷”心智模型的測評[J].化學教育，2020（5）：6-10.

3716500338200