翻轉課堂教學法在無機化學實驗課中的實踐
——以離子的鑒定和未知物鑒別實驗為例*

苗金玲，于潔玫，朱沛華，楊紅曉，陳 潔

(濟南大學化學化工學院，山東 濟南 250022)

1 翻轉課堂介紹與教學目標

課堂教學方法的選擇、設計和應用直接關系到學生的學習積極性和對知識的掌握程度，無疑是決定教學效果的重要環節之一。目前已形成的教學方法有十幾種[1-3]，每一種教學方法都有其優勢，但不是每一種教學方法都有普適性，需要教師根據教學內容選擇合適的教學方法。翻轉課堂教學法是本世紀初自美國流行起來的、以學生為中心的一種方法[1]。這種教學法經典的做法是學生在課前或課外觀看教師的視頻講解，自主學習，教師不再占用課堂時間來講授知識，課堂變成了老師學生之間和學生與學生之間互動的場所，包括答疑解惑、合作探究、完成學業等，從而達到更好的教育效果。翻轉課堂教學法引進中國后，因為學生特點的多樣化，經歷了本土化過程，呈現多態發展，但以學生為中心的理念均得到體現。

無機化學實驗是化學化工相關專業學生的必修課，其教學目的是驗證無機化學理論，加深學生對理論內容的認識；展示無機化學知識的應用，培養學生的應用能力；練習實驗操作，培養學生的操作技能。此課程一般在大學一年級開設。課程學習效果，不僅關系到本門課程目標的達成度，還關系到學生對后續課程學習的積極性，甚至是對專業的認同和熱愛度。因此，這門課的任課教師需要站好崗，守好渠，發揮好主導作用，爭取最佳的教學效果。為達此目的，需要從多方面進行精心設計，其中教學方法的選擇，無疑是最重要的環節之一。

在教學過程中，我們發現翻轉課堂法對于那些實驗操作學生已經較為熟練，原理利用無機化學理論知識容易理解的一些實驗，非常適用。離子鑒定和未知物鑒別實驗正是這樣的一個實驗，其教學目標是自主運用所學的元素及化合物的基本性質，進行常見物質的鑒別；進一步鞏固常見陽離子和陰離子重要反應的基本知識；養成實事求是的科學態度；培養自主探索能力和創新意識；提高團隊合作能力。我們將翻轉課堂教學法應用于此實驗課，較好了達成了教學目標，取得了良好的教學效果。

2 翻轉課堂教學實踐過程

2.1 教學內容及要求

實驗內容為：設計方案，完成下面三項任務[4]：

(1)鑒別三種黑色或近黑色的氧化物：CuO、MnO2、PbO2。

(2)不借用其它化學試劑(水、pH試紙除外)鑒別四種白色固體：SnCl2、BaCl2、Na2CO3、NaCl。

(3)鑒別四種硝酸鹽溶液：AgNO3、Pb(NO3)2、Zn(NO3)2、Al(NO3)3。

2.2 學情分析

本實驗涉及到的操作包括試管使用、水浴加熱、離心操作，這些操作在之前的“儀器認領及簡單操作訓練”實驗中都已經練習過，學生已經熟練掌握。學生已完成無機化學理論知識的學習，有了相關的知識積累。學生需要做的是綜合所學知識，用于具體離子的分離和鑒定，設計出切實可行的方案并實踐。

2.3 教學過程

圖1 教學活動過程Fig.1 Process of teaching activities

為了各種教學活動能夠順利進行，我們依托學校的網絡教學平臺，創建了豐富的網上教學資源。整個教學實施過程如圖1所示。我們以最新一期教學活動為例，闡述教學實施過程。課前教學活動有三部分，首先以宿舍為單位將學生自然分組，每組6～8人。這樣的安排有利于學生之間的討論，也有利于目前的疫情防控。然后，教師在課程QQ群內發布學習任務，要求學生觀看線上離子鑒定和鑒別概論的講解視頻和設計要求，查閱無機及分析化學課本和網絡資源，以小組為單位設計實驗方案，于實驗前24 h 在QQ群內提交，并準備課上分享和討論。教師整理學生方案，制成PPT以備課上展示討論。

課堂上，教師通過騰訊會議共享屏幕展示學生的設計方案，引導學生以小組為單位講解自己的設計思路，其他小組參與討論設計方案的可行性。對于確定不可行的方案直接舍棄，對于不能確定的方案和可行的方案，則進一步討論實驗操作細節，然后進行實驗驗證，完成未知物的鑒別。如果有小組的設計方案是不可行的，可以參考教師給的方案進行未知物的鑒別。同學們對這種形式的課堂非常歡迎，討論熱烈，氣氛活躍。

通過討論，同學們為第一組三種黑色物質的鑒定，選擇了六種可行和較可行的方案進行實驗驗證，第二組物質的鑒定因為鑒定要求的限制，可發揮的余地不大，設計方案比較統一。對于第三組的鑒定，我們也篩選了四種設計方案，進行了實驗確定。

實驗結束，學生們對實驗驗證結果進行匯報。第一組的六種方案中，只有第一種方案(圖2A)與預期的完全相同，圖2B～圖2E方案的實驗現象與預期有出入，而圖2F方案不可行。出乎我們的預料，圖2B方案中未發現PbO2與Na2SO3的明顯反應，而PbO2是強氧化劑，Na2SO3是強還原劑，兩者的反應理論上容易進行，但即使大量的Na2SO3加入PbO2也未見明顯反應，可能是此反應的速率較小。圖2C方案中，CuO與濃鹽酸反應后的溶液是綠色，而非預期的藍色，可能是反應生成的CuCl2進一步與Cl-反應，生成CuCl4-的緣故。并且，PbO2與濃鹽酸的反應液因溶解部分Cl2而呈現黃色。圖2D和圖2E方案都利用了雙氧水，雙氧水與PbO2的反應產生大量的氣泡，并生成紅色沉淀，說明PbO2與雙氧水的反應，不同于MnO2對雙氧水的催化分解，而是發生氧化還原反應生成PbO和氧氣，這個反應很少出現在教科書中，學生通過實踐獲得新的知識，很興奮，學習熱情高漲。有資料闡明PbO2具有一定酸性，可溶于濃堿[5]，但實驗過程未見PbO2和40%氫氧化鈉溶液反應，甚至飽和氫氧化鈉溶液也未明顯反應，說明圖2F方案是不可行的。

圖2 學生設計的第一組物質的鑒別方案Fig.2 Identification scheme of the first group of substances designed by students

第二組化合物的鑒別方案如圖3所示，實驗證明是可行的，實驗和理論得到相互印證。

圖3 學生設計的第二組物質的鑒別方案Fig.3 Identification scheme of the second group of substances designed by students

通過教學，學生不僅通過實踐學到了課本上沒有的新知識，也切實感受到了理論與實踐的相互依存關系，理論可以指導實踐，但理論要成立也需要實踐的支持。課后，教師將切實可行的有新意的設計方案上傳網絡學習平臺，并進行置頂展示，以起到榜樣示范作用。學生整理實驗設計和結果，撰寫實驗報告并提交，教師及時批改實驗報告，并將實驗報告情況反饋給學生，便于學生查缺補漏。

圖4 學生設計的第三組物質的鑒別方案Fig.4 Identification scheme of the third group of substances designed by students

3 教學效果、和傳統課堂教學的比較

我們將翻轉課堂教學法應用于“離子鑒定和未知物鑒別”實驗教學已經經歷了兩個學期的實踐，最直觀的教學效果是學生的實驗報告成績得到大幅提升。對兩個學期132名學生的成績統計顯示，實驗報告平均分高達95分，而傳統教學法，每年平均分為85左右。讓我們驚喜的是，所有學生報告的物質鑒定結果都是正確的，而采用傳統教學方法時，總有大約20%學生的鑒定結果是錯誤的，出錯的原因是對鑒定原理理解不透徹。翻轉課堂教學，學生的設計方案在課堂上通過充分討論和驗證，學生對問題的認識更加深入，與傳統教學方法相比，學生的認識已經高了一個層次，實踐起來自然游刃有余。也就是說，翻轉課堂教學實現了教學的高階性。

第二學期課后，我們對64名學生的學習情況做了問卷調查(表1)，從調查結果可見本次教學充分調動了學生的學習積極性，課前和課上討論參與度均達87%以上。在討論過程中，學生明確了實驗方案、操作更有針對性，自然得到合理的鑒別結論。課堂充分體現了學生的主體地位，學生通過自己的努力，解決了實際問題，獲得了極大的成就感，也就對課堂具有較高的滿意度。同時正如同學們在實驗報告中所總結的，“本次課鍛煉了自己對知識的應用能力，促進了對問題的探索和思考，鍛煉了交流表達能力和創新思維”。

表1 課堂效果問卷調查Table 1 Questionnaire survey of teaching effect

4 結 語

作為化學化工相關專業的必修基礎課，無機化學實驗的教學效果至關重要。為呈現靈活多樣的課堂，達成教學目標，我們根據各個實驗項目的特點，設計了不同的教學方法。對于部分實驗內容，我們采用了翻轉課堂教學法。本文展示了翻轉課堂教學法在“離子分離和未知物鑒別”實驗中的應用。該教學法的應用取得了良好的教學效果，在提高學生學習成績的同時，鍛煉了學生對理論知識的應用能力，促進了他們對問題的探索和思考，也培養了他們實事求是的科學精神和創新思維。