基于翻轉課堂的無機化學實驗教學內容的優化與重構*

鄭勝彪，唐 婧，汪徐春

(安徽科技學院，安徽 蚌埠 233030)

實驗教學的三大任務就是使學生掌握實驗的基本知識、基本理論和基本操作技能。具體到《無機化學實驗》課程，就是元素性質驗證類的實驗項目(基本知識)，常數測定、化學反應速率和化學反應平衡類的實驗項目(基本理論)以及無機化合物提純制備類的操作訓練實驗項目(基本技能)。這些實驗內容根據不同學校的人才培養目標分別編排進驗證性實驗、操作性實驗、綜合性實驗、設計探究性實驗項目中以供教學選擇。在建設高水平應用型大學背景下，原有的實驗課教學模式已不能充分支撐新的人才培養方案，我校應用化學專業《無機化學實驗》課程，結合翻轉課堂，對教學模式做了初步的探索和實踐。

1 當前我校無機化學實驗教學面臨的問題

1.1 新人才培養方案對實踐技能的要求更高

作為新生最早接觸的第一門獨立設課的專業實踐基礎課程，在一開始就嚴格地培養學生良好的實驗習慣和正確規范的操作技能至關重要[1]。基本實踐技能的規范扎實掌握，也有利于后繼設計探究類、創新類實踐課程的更好開展。尤其是在建設地方高水平應用型大學的背景下，我校新修訂的人才培養方案對學生實踐技能的要求越來越高[2]。學生熟練規范的實踐技能一方面離不開實驗教師的細致指導，另一方面也需要增加學生在實驗課堂內的有效訓練時間。

1.2 新人才培養方案中基礎實踐課程學時減少

在建設地方高水平應用型大學的背景下，人才培養方案里的無機化學實驗學時不斷被壓縮，由上下兩學期64學時到現在48學時。實踐操作技能的提高需要一定量規范訓練時間的保證，在總學時減少的現實情況下，可能的教學選擇就是，為了保留操作訓練類的實驗項目，只能把一些實驗基本操作技能訓練少的驗證性實驗項目減少或者刪除，即便如此，也難以達到新人才培養方案中對實踐技能的更高要求。

1.3 課程知識系統性、完整性面臨的挑戰

無機化學實驗與理論課程既有聯系，但作為獨立設課的實驗課程也有自己完整、系統的教學內容體系和教學目標。無機化學實驗的基本知識(元素性質驗證實驗的各種現象)、基本理論(酸堿解離平衡、沉淀溶解平衡、配位平衡和氧化還原平衡等)和基本操作技能(各種玻璃儀器、pH計、光度計等儀器的規范操作)構成了無機化學實驗的教學目標，三者系統完整、缺一不可。化學基本知識是支撐基本理論的基礎和證據，基本理論是基于基本知識(各種化學現象)的抽象總結，而基本技能又是正確完成實驗的根本保證。比如元素化合物驗證性實驗項目里，(氧族與鹵族)、(硼、碳、氮族)、(鉻、錳、鐵、鈷、鎳)等實驗項目所涉及到的化學反應現象等基本知識，與氧化還原平衡理論、沉淀溶解平衡理論等基本理論密切相關，并且彼此印證。在總學時減少的現實下，為了加強實踐技能的鍛煉，在原有的實驗教學模式下，可能的選擇就是刪減實驗項目，這就必然破壞了無機化學實驗課程教學目標和教學內容的系統性、完整性。

2 實驗教學內容的優化與重構

在保證課程知識系統性完整性的前提下，在更少的教學課時內提高學生實踐操作能力，是當前我校無機化學實驗教學所面臨的難題。胡敏[7]、李健軍[8]、李海霞[9]、高秀文[10]等嘗試在實驗教學中引入微視頻、利用QQ群信息平臺，以提高實驗課教學質量，也取得了較好的教學效果，給我們有益的啟發。但是這些探索，沒能夠從信息化新技術的視角來系統地優化和重構實驗教學體系和實驗教學項目，并不能夠完全解決授課學時減少與實踐技能提高之間的矛盾。

近年來，“翻轉課堂”教學模式興起，運用網絡信息手段，共享豐富的網絡學習資源，可以不受時間空間限制學習交流。但是“翻轉課堂”更多地應用在理論課程的教學中，實驗實踐課程的教學應用還很少見。2018學年安徽科技學院化學與材料工程學院應用化學實驗室，借助超星學習通APP平臺首次嘗試把“翻轉課堂”應用到《無機化學實驗》課程的實踐教學中來。通過結合超星學習通APP的使用，啟發我們可以借鑒智慧課堂建設模式，根據實驗項目負載的教學目標任務，梳理、優化實驗教學內容，調整、重構實驗教學項目，結合線上線下、課內課外教學模式，布置課外線上學習任務，增加學生課外學習時間，合并操作簡單的實驗項目，建設“翻轉課堂”專題，把有限的課堂教學時間用來強化訓練學生掌握正確規范的實踐操作，從容化解實驗教學課時有限和操作訓練不充分之間的矛盾，取得了較好的教學效果。

2.1 基本知識與操作技能教學目標的梳理

要基于翻轉課堂視角充分利用信息化新技術和網絡平臺，優化、重構實驗教學內容和教學過程，首先要對無機化學實驗課程的教學目標有明確的認識，梳理不同實驗項目所承載的知識和技能的教學任務(見表1)。

表1 實驗項目操作技能任務梳理

通過對現有的實驗教學項目的化學知識和操作技能這兩類教學任務的系統梳理，我們發現部分驗證性實驗項目中操作技能較少且重復。在這些實驗項目里，操作技能上主要涉及到的試管、膠頭滴管的正確使用等簡單操作，可以通過多媒體課件形象展示，在一個專題里充分講解演示，學生能夠快速掌握；實驗項目里涉及到的化學基本知識和化學基本理論可以通過網絡平臺，要求學生在實驗課前線上學習課件，在實驗課堂內進一步通過實驗現象的驗證，加深學生對于這部分基本知識和基本理論的認識和理解。

2.2 “翻轉課堂”專題實驗項目的建設

基于以上基本知識和基本技能的梳理分析，我們建設了三個實驗項目“翻轉課堂”專題：“四大平衡”基本理論實驗專題；主要元素性質驗證實驗專題；元素性質綜合運用實驗專題(見表2)。如表2所列，每一個專題都將包含2～3個原有的化學基本知識的驗證性實驗項目，這些驗證性實驗項目的教學重點是元素性質知識，包含的操作技能很少，可以將原本8個實驗教學項目合并成三個專題，在不減少驗證性實驗項目的基礎上，通過學習通App，要求學生提前在課下線上自學，在一次實驗課的時間內完成實驗操作的學習任務，提高學習效率，更多的課時用來強化技能操作訓練，切實提高實驗技能訓練的教學效果。

表2 建設的三個“翻轉課堂”專題

在第一專題里，我們把(酸堿解離平衡和沉淀溶解平衡)、(氧化還原反應和電化學)、(配位反應和配位平衡)合并為一個“翻轉課堂”專題，稱為“四大平衡”基本理論。把相關實驗項目的原理、內容、注意事項等上傳到學習通App里，安排學生提前課下線上自學，通過學習課件、觀看視頻以及正確回答相關的檢驗問題之后，再來到實驗室里通過實驗操作觀察現象，總結規律，得出結論。

類似地，我們把(氧族與鹵族)、(硼、碳、氮)、(鉻、錳、鐵、鈷、鎳)合并為主要元素性質驗證“翻轉課堂”專題。把(常見陰離子的分離與鑒定)、(常見陽離子的分離與鑒定)合并為元素性質綜合運用“翻轉課堂”專題。

這三個實驗項目“翻轉課堂”專題，在學習通APP里以學習任務的形式發布，每個專題安排1課時以上的課外線上自學，學生通過對學習課件、觀看視頻完成實驗的預習，正確回答相關實驗的問題之后才可以申請進入實驗室完成相關實驗項目。這就把可以在課外線上完成的學習任務從緊張有限的教學課時中剝離出來，而且還可以把前期合并刪減的實驗內容給豐富充實起來。

這三個專題的實驗內容，主要都是化學實驗基本知識與基本理論的范疇，對于操作技能的訓練很少，但是又與理論課程聯系緊密，是知識系統完整性必不可少的一部分，占用了一定的課時。通過建設“翻轉課堂”專題實驗項目的方式，可以把節省出來的課時用于加強化學實驗基本操作技能的訓練，提高學生動手操作能力和規范性，為設計創新探究課程打好基礎。

2.3 優化與重構實驗教學體系和教學過程

通過建設三個“翻轉課堂”專題實驗項目，可以合并操作相同的性質驗證性實驗，有效地利用實驗室內的教學課時，用于強化基本操作技能訓練的實驗項目。通過學生課外線上自學，減少教師課堂講解時間，提高課堂有效訓練時間，增加操作示范與指導時間，提高學生掌握實踐技能的水平。優化重構后的無機化學實驗，總課時由56減少為48學時，但是實踐操作技能訓練的實驗項目沒有減少，占比由原來的40%提升到56%，更重要的是，每個學生可以針對自己的不足，有針對性的選擇學習觀看錄制的操作視頻，滿足學生個性化的學習需求。優化重構后的實驗項目如表3所示。

表3 優化重構后的實驗項目

在教學過程上，課前教師提前制作好實驗課件，上傳相關的學習資料，錄制操作步驟視頻并上傳學習通平臺，提前一周在學習通APP里發布學習任務，學生在課前線上通過對相關實驗項目的課件、操作視頻、文檔的學習，理解實驗原理，注意實驗的安全注意事項，正確回答相關實驗的問題之后才可以申請進入實驗室完成相關實驗操作內容；在實驗課堂里，教師主要是巡視指導學生實驗操作，現場解決學生實驗中的問題，更多地和學生溝通交流，不再花費大量時間去講解原理、步驟等內容，學生在實驗課堂里練習規范的操作技能，觀察實驗現象，記錄實驗結果和數據；課后，教師反思實驗教學，持續改進雙眼課件和資料，改進實驗操作視頻，批改學生實驗報告，學生在課后實驗現象解釋，處理實驗數據，完成實驗報告。具體教學流程如圖1所示。

圖1 實驗“翻轉課堂”教學流程圖

經過近三年的教學實踐，利用“翻轉課堂”開展實驗課的教學模式，不單可以在總學時減少的條件下更好地訓練學生的操作技能，而且激發了學生對實驗學習的興趣，提高了學生課外線上學習時間，提高了學習效率。

3 結 語

通過建設線上“翻轉課堂”專題實驗項目，有效整合優化實驗教學內容和實驗項目，借助超星學習通APP平臺，制作課件、錄制視頻，發布學習任務，讓學生在線上利用課外時間預習、學習實驗原理和注意事項，觀看操作視頻，在課堂內教師更多地關注學生實驗操作的規范性，有利于提高學生操作技能。通過重構與優化無機化學實驗教學內容和教學過程，充分利用課內課外的學習時間，線上線下的學習平臺，進一步提高創新人才的實踐動手能力，探索新的實驗課程教學模式，更好地支撐高水平應用型大學人才培養方案。