基于SPOC 模式的普通化學混合式教學改革研究

普通化學是面向理工農醫類專業大學新生的一門公共基礎課，也是非化學化工專業學生在本科階段學習的唯一的化學公共基礎課。課程以高中化學知識為依托，介紹化學學科的基本原理和基礎知識，通過對化學科學研究規律的分析闡述，學習物質科學研究的一般思想和方法，培養學生科學的思維方式、嚴謹的科學態度，并能運用化學的理論、觀點和方法處理各專業領域涉及的化學問題。隨著教育部深化教育數字化戰略行動的開展，越來越多的高等教育課程進行數字化轉型，目前中國大學MOOC（Massive Open Online Courses，大型開放式網絡） 在各個在線平臺已經上線超過7.68 萬門，服務12.77 億人次的學習。SPOC 模式（Small PrivateOnline Course，小規模限制性在線課程）的線上線下混合式教學形式是慕課的升級版，應用于普通化學課程中有利于提高教學質量和學生的學習效率。

一、普通化學教學情況分析

以工科專業為例，新能源科學與工程、油氣儲運工程、地下水科學與工程、能源與動力工程、能源與環境系統工程、機器人工程、安全工程等專業對大一新生均開設普通化學課程，總課時一般為32或48 學時，教學過程中涉及化學熱力學、化學動力學、溶液化學平衡、電化學和結構化學等知識。從內容上看，大學普通化學與高中化學有相似、重復的地方，但從知識體系和探究程度來看，大學普通化學的知識內容更系統、完整和復雜。

（一）學生學習積極性不高

通過高中三年的化學學習，學生對化學學科已經有了一定的認識，初看普通化學的內容，認為和高中化學知識一樣，不需要過多的精力去學習。然而，隨著課程的深入，學生能夠發現許多內容難以理解，即使普通化學僅僅涉及無機化學、有機化學、分析化學和物理化學等專業知識的皮毛，但科學體系和科學架構依然完整，需要學生用心去學，一旦粗心大意，很難構建完整的知識體系。另外，普通化學的課內實驗只有2 課時，一般安排驗證型實驗，如醋酸電離常數和電離度的測定，學生興趣不大。

（二）各專業適用性不強

高校在選用普通化學教材時，一般選用國家級規劃教材，如浙江大學普通化學教研組編寫的《普通化學（第七版）》，這樣的教材質量較高，內容也比較全面，會根據學科發展和教學改革的需要進行多次修訂，銜接高中化學和普通化學知識，避免過多重復，反映化學學科全貌。然而在化學實際應用方面，缺少與各專業特點的有效結合。多數學生感覺只是把高中化學又學習了一遍，認為普通化學這門課程與自己的專業關聯性不大。

（三）教學質量和效率較低

教學課時偏少，教學內容多，在實際教學中教師難以全面細致地進行講授。作為一門工科公共基礎課，通常進行2 合班甚至3 合班教學，較大的班級容量，讓教師難以兼顧每一位學生的學習狀態。此外，教學方法過于傳統單一，不少教師對紛繁復雜的知識點常以課堂講授為主，教學過程偏理論而非實踐或缺少案例，不能有效激發學生的積極性和主動性。因此，普通化學教學需要運用一種新的模式來提升學生學習興趣和學習效率。

二、SPOC 模式在教學中的優勢

（一）教學活動針對性強

目前主流的在線學習模式是MOOC，常見的慕課學習平臺有中國大學MOOC、好大學在線和優課聯盟等，具有普適性，但授課對象不固定，而SPOC模式有較高的針對性和準入限制。教師可以根據學習目標和內容及教學對象的特點，安排個性化的教學活動，并有配套練習題和測試題。

（二）教學內容自由組合

在SPOC 模式混合式教學中，一部分線上教學內容教師需要提前錄制，要求教學視頻優質簡短精練，覆蓋課程的主要知識點。教師在普通化學教學設計時，面對不同專業的學生，能針對專業特點安排相應的內容；針對相同專業的學生，又能根據學生化學知識掌握的程度和興趣選擇教學資源。實驗課的教學也可以利用國家虛擬仿真實驗教學課程共享平臺進行，借助三維模型虛擬實驗儀器和場景，提供沉浸式實驗環境及多種類型的實驗，拓寬學生視野。在教師安排的實驗之外，學生還可自主選擇與本專業相關的實驗進行操作學習，充分體現以“學生為中心、自主探索”的教學設計。

（三）提高教學質量和學習效率

SPOC 模式打破了以教師為中心、學生被動接受知識的傳統教學模式，線上學習促使學生學會獨立思考和自主學習。教師通過線上的提問、討論、隨堂練習和學情統計等方式，及時了解學生學習情況，安排設計相應的線下教學活動，如小組討論、案例分析和課堂匯報等，教師積極引導，學生充分參與，從而提高教學質量和學習效率。

三、基于SPOC 模式的普通化學混合式教學改革實踐

基于SPOC 模式的混合式教學難點在于教師如何安排教學設計，協調線上和線下課時比例。普通化學混合式教學的教學設計必然要考慮全面，以提升學生學習的興趣、質量和效率。以山西能源學院普通化學混合式教學為例，線上課程使用學習通平臺，制作完成覆蓋普通化學課程大綱全部知識點的理論課17 節，習題課2 節，實驗課3 節，拓展學習資源10 節。制作章節測驗題和習題庫，方便教師檢測學生知識內容的掌握情況，也便于學生自主學習。制作章節討論區，設置相應的課后討論話題，促進師生和生生之間互動，幫助學生理解重難點知識。

（一）教學組織

實行線上線下有機結合的安排，根據課程內容難易安排線上理論課的學習時間，可以在課前，也可以在課中。課余時間則按照專業需求和個人興趣學習線上拓展資源。線下課程銜接線上課程，以問題導向模式或行動導向模式進行講授和討論，充分提高學生學習質量和效率，也符合教學大綱要求的32 學時，不額外要求學習時間，減輕學生學習負擔。

（二）教學設計

普通化學的理論知識和高中化學有相互銜接重合的部分，線上課程幫助學生復習過去的知識和盡快了解系統性的普通化學內容。教師通過線上的討論區、問卷和小測驗等，及時掌握學生的學習情況。在線下課堂，根據學生學習情況和不同專業背景，進行教學資源整合，重點講授理論的拓展內容和實際應用，并完成小組討論，實現課堂的翻轉。如化學熱力學的內容涉及高中化學介紹過的焓、熵和吉布斯函數，線上課程系統介紹這３ 個函數的知識架構，通過優質的微課視頻和在線小測驗，幫助學生全面掌握知識點，理解化學反應前后焓變、熵變和吉布斯函數變理論計算體系。在線下課堂，教師可以提出以下問題：這３ 個熱力學函數的理論計算過程有什么相似性和不同點？學生進行小組討論和小組匯報后，能夠充分理解熱力學的本質和３個熱力學函數的內在聯系。焓、吉布斯函數是難以準確測得絕對數值，要想計算出化學反應前后體系的焓變和吉布斯函數變，就要選擇一個相對參考點，指定元素穩定單質的焓值為０，從而計算出體系物質的焓變和吉布斯函數變。可以類比為，要測量兩座山峰的高度差，先指定海平面為０，然后測量海平面到兩座山峰的高度，計算出高度差。而對于熵變，則不需要找相對參考點，因為熵有絕對值。以此為基準，通過計算便可知化學反應的熵變。因此，這３ 個熱力學函數有相似點也有不同點，而且通過這樣的小組討論和交流，學生能夠理解后續課程電化學章節中電極電勢的概念。電極電勢也是難以測量絕對值，取標準氫電極作為相對參考點，國際上統一規定其值為０，其他電極與標準氫電極組成原電池，然后測量計算出相應數值。這樣的類比可以降低知識的認知難度，幫助學生理解物質科學研究的一般思想和方法。

為適應培養應用型專業人才的需要，應有效利用課時，針對不同專業對化學知識的不同需求，設計相應教學內容。例如，在教授地下水科學與工程專業學生學習普通化學時，除了引導學生線上學習基本知識內容，線下還要重點講述和討論水溶液化學，并在線上提供相應的拓展資源，幫助地下水科學與工程專業的學生充分掌握后續專業課程需要用到的相關化學知識；教授能源與動力專業時，重點介紹熱化學的內容，介紹能源利用的基本情況。此外，還要編寫普通化學課程思政大綱，將思政內容切實融入課堂教學。教師在知識傳授、能力培養過程中要弘揚社會主義核心價值觀，傳遞愛黨、愛國、積極向上的正能量，將思想價值引領貫穿于課程標準、教學設計、教學過程、教學評價等主要教學環節。

以普通化學中價鍵理論知識點教學為例，教學思路是線上課程復習高中化學鍵球棍模型的制作，幫助學生回憶化學鍵的知識內容，引入化學史價鍵理論的發展過程，讓枯燥的理論知識變得鮮活；線下學生分組討論，和教師一起探究共價鍵本質和雜化軌道理論，感受科學理論的發展過程，讓學生認識到理論與實驗事實的矛盾是科學發展源源不斷的動力，培養學生思辨能力、科學發展觀和終身學習觀，再結合我國量子力學的發展，培養學生的愛國情懷、民族自豪感，激發學生的學習動力，具體流程如圖1 所示。

（三）教學效果評價

在傳統教學評價中，教師完成教學大綱中的教學要求后，結合學生平時成績和期末成績，給予最終成績。混合式教學分為線上課程和線下課程，需要對應不同的評價方案。對于線上課程，教師可以在學習通軟件內自動統計學習情況，包括學習次數、任務點完成情況、小測驗分數和討論留言次數等，并且可以將數據導出，按照一定的比例賦分，作為線上學習的成績，也能反映出學生對基礎知識的掌握情況。對于線下課程，教師可以根據學生課堂小組討論表現、期中考試和期末考試成績綜合分析反映出混合式教學的效果。

通過2022 年至2024 年應用SPOC 模式進行混合式教學，山西能源學院學生普通化學課程綜合成績優秀率達20%以上，良好率達60%以上，通過率為95%。此外，山西能源學院教務系統在每學期課程結束后都要求學生對教師的教學質量進行滿意度評價，評價以匿名形式進行，并且可以填寫評語。查詢近３ 年學生對教師教學質量滿意度評價和評語，評分由93.7 分上升至94.9 分，高于采用傳統教學模式時的平均分，留言評語中學生普遍認可普通化學的混合式教學模式，認為有助于提高學習普通化學的興趣和效率。

四、結語

基于SPOC 模式的普通化學混合式教學能夠有效結合線上線下資源，實現個性化教學，學生能夠積極學習并主動參與討論、互動交流，提高了學習效率和質量。在這種教學模式下，普通化學線上資源不斷拓展，滿足了不同專業學生的學習需求，又幫助喜愛化學的學生拓寬了視野，促進了學科間知識的融合。普通化學混合式教學課題組成員以及其他普通化學的教師要充分利用網絡教學平臺互相學習，共享教學資料，不斷提高教學水平和教學質量。