物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)線上線下一體教學(xué)的探索與實(shí)踐

劉志凌

（山西師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，山西 臨汾 041004）

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是許多綜合類(lèi)、理工類(lèi)、師范類(lèi)普通高等院校和高等職業(yè)院校開(kāi)設(shè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，覆蓋了化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程、材料科學(xué)、生命科學(xué)、食品科學(xué)等諸多的專(zhuān)業(yè)。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)與物理化學(xué)理論課程相配合，是物理化學(xué)理論課程不可或缺的實(shí)踐、運(yùn)用和拓展環(huán)節(jié)。通過(guò)物理化實(shí)驗(yàn)操作，使學(xué)生鞏固物理化學(xué)知識(shí)的基本理論，使學(xué)生接受科學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究方法訓(xùn)練，為日后的從業(yè)工作或者繼續(xù)深造培養(yǎng)鍛煉嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維、科學(xué)作風(fēng)。因此，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程在化學(xué)化工類(lèi)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)中發(fā)揮著非常重要的作用。

1 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中遇到的問(wèn)題

傳統(tǒng)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程遵循的基本教學(xué)模式是：學(xué)生首先在課前時(shí)做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)工作，然后在課堂中聽(tīng)教師的講解或看教師的演示實(shí)驗(yàn)操作，而后再由學(xué)生自己獨(dú)立或分組完成操作并數(shù)據(jù)記錄，最后課后學(xué)生們處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，提交給教師并由老師評(píng)閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告并給出成績(jī)。在多年的具體教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，基于傳統(tǒng)教學(xué)模式的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)突顯出一些問(wèn)題［1-4］。1）物理化學(xué)的理論課程和實(shí)驗(yàn)課程是不銜接，非同步開(kāi)展。物理化學(xué)教研室承擔(dān)的物理化學(xué)理論課程和實(shí)驗(yàn)課程是分別開(kāi)設(shè)，常常由物理化學(xué)課程組里不同的老師分別授課。理論課程教學(xué)內(nèi)容相對(duì)均勻地安排在一個(gè)學(xué)期內(nèi)，而實(shí)驗(yàn)課程往往集中安排在一個(gè)學(xué)期的特定幾周，造成物理化學(xué)的理論課程和實(shí)驗(yàn)課程嚴(yán)重脫節(jié)。典型的是，有些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的理論原理知識(shí)還沒(méi)有學(xué)習(xí)到就已經(jīng)提前安排了，而有些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目很久之后才安排實(shí)驗(yàn)操作，雖然所對(duì)應(yīng)的理論原理知識(shí)部分已經(jīng)教學(xué)完成。2）實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所有限、儀器設(shè)備短缺。受經(jīng)費(fèi)和場(chǎng)所的限制，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所需的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)儀器有限。為了實(shí)驗(yàn)課程的正常、高效運(yùn)作，一個(gè)學(xué)期所安排的八個(gè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分散到四個(gè)實(shí)驗(yàn)室中，每個(gè)實(shí)驗(yàn)室安排兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。每次實(shí)驗(yàn)課時(shí)八個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目同步開(kāi)展，而學(xué)生進(jìn)行分組操作，一組學(xué)生一次實(shí)驗(yàn)課只開(kāi)展其中的一個(gè)項(xiàng)目，下次實(shí)驗(yàn)依次循環(huán)、滾動(dòng)至另一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，直至完成八個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。八個(gè)實(shí)驗(yàn)同步開(kāi)展，一方面給學(xué)生課前預(yù)習(xí)造成一定的困難，每次實(shí)驗(yàn)不同組學(xué)生預(yù)習(xí)內(nèi)容不一樣，不方便學(xué)生彼此交流相互學(xué)習(xí)，另一方面給老師的講演造成極大的挑戰(zhàn)，每次課前八個(gè)實(shí)驗(yàn)都重復(fù)講演一遍。這也是造成實(shí)驗(yàn)課程和理論課程脫節(jié)的重要原因之一。3）教學(xué)方法缺乏多樣化。仍以教師為中心，學(xué)生聽(tīng)完老師講解，機(jī)械地重復(fù)老師的實(shí)驗(yàn)操作，參與了實(shí)驗(yàn)過(guò)程即完成實(shí)驗(yàn)課程。學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性沒(méi)有得到促進(jìn)、科學(xué)創(chuàng)新性沒(méi)有得到培養(yǎng)。每次實(shí)驗(yàn)，學(xué)生都是課前照著實(shí)驗(yàn)教材預(yù)習(xí)一遍，課堂上按照實(shí)驗(yàn)教材機(jī)械操作一遍，課后撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)照著實(shí)驗(yàn)教材 “照本宣科”抄寫(xiě)一遍并處理一下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，缺乏理解、思考，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生學(xué)習(xí)自主性的培養(yǎng)。

2 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革概述及啟示

為了適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展對(duì)高素質(zhì)的專(zhuān)業(yè)人才需求，國(guó)內(nèi)許多高校對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了層出不窮的探索和實(shí)踐。許多的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)老師針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式所突顯的問(wèn)題，提出了諸多卓有成效的改革創(chuàng)新措施。結(jié)合自身多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，許多工作者們從高等院校差異性 （理科類(lèi)、工科類(lèi)、師范類(lèi)、綜合類(lèi)等院校）、專(zhuān)業(yè)差異性（化學(xué)、化工、食品、環(huán)境、材料、生命、醫(yī)藥等專(zhuān)業(yè)）以及學(xué)生差異性的角度，提出了對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的模式、方法、內(nèi)容、技術(shù)、設(shè)備、考核等方面針對(duì)性的探討和改革措施，包括但不限于分層次、多層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)；改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，刪減不適合時(shí)代發(fā)展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增設(shè)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、自主實(shí)驗(yàn)；采取雙語(yǔ)教學(xué)；優(yōu)化、改良實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理方法；學(xué)生成績(jī)綜合評(píng)定機(jī)制，等等。

雖然這些改革探索取得了良好的成效，但是這些改革措施仍然固守以教師為中心的思想，仍然沒(méi)有跳出傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的范圍。以教為主，過(guò)多地強(qiáng)調(diào)老師所發(fā)揮的傳道授業(yè)的作用。老師通過(guò)講解、演示引導(dǎo)著學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)生跟在教師指引后進(jìn)行操作，忽視了學(xué)生的主體地位，妨礙了學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。學(xué)生聽(tīng)、看教師的實(shí)驗(yàn)講演之后，實(shí)驗(yàn)操作，處理數(shù)據(jù)，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也即結(jié)束完成。而對(duì)于實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的原理和操作運(yùn)用、實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)把握和理解等，學(xué)生缺乏自主的認(rèn)識(shí)和思考，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)自主性的鍛煉，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

當(dāng)今信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的發(fā)展和運(yùn)用，催生了以發(fā)展學(xué)生學(xué)習(xí)自主性為目標(biāo)的線上線下教學(xué)課程?，F(xiàn)階段關(guān)于線上線下混合教學(xué)的探究與實(shí)踐主要集中在諸如 “大學(xué)物理”、“公共英語(yǔ)”等基礎(chǔ)理論課程或公共課程的教學(xué)中，對(duì)實(shí)驗(yàn)課這類(lèi)的實(shí)踐教學(xué)課程涉及較少［5，6］。我們探討物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的線上線下混合教學(xué)模式本土化。在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開(kāi)展線上和線下混合教學(xué)的改革探索，堅(jiān)持 “以學(xué)生為中心”的教學(xué)理論，推動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的提升。

3 線上線下物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)混合教學(xué)的嘗試

信息技術(shù)的發(fā)展引發(fā)人們對(duì)教學(xué)信息化的思考，促進(jìn)了教學(xué)理念從 “教師中心”變革到 “學(xué)生中心”的變革。我們將針對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程實(shí)施教學(xué)改革探索，包括物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的線上課程建設(shè)、課堂教學(xué)、綜合考評(píng)，課程改革的核心在于培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。

3.1 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)線上課程建設(shè)

物理化學(xué)課程是同時(shí)面向化學(xué)類(lèi)、食品類(lèi)、生命類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生開(kāi)放。通過(guò)調(diào)研，認(rèn)真分析不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)特征、知識(shí)儲(chǔ)備、學(xué)習(xí)要求，有助于更好地掌握這些學(xué)生的理論知識(shí)基礎(chǔ)、實(shí)踐操作能力和網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)能力。結(jié)合各專(zhuān)業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)及專(zhuān)業(yè)方向的科學(xué)研究和社會(huì)需求，因材施教，合理選擇契合專(zhuān)業(yè)、契合知識(shí)能力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。例如，對(duì)于反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，給化學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生安排的是乙酸乙酯皂化反應(yīng)，設(shè)計(jì)為所需綜合知識(shí)背景較強(qiáng)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，電導(dǎo)法測(cè)定該反應(yīng)的速率系數(shù)，要求學(xué)生綜合應(yīng)用有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)的知識(shí)原理。而對(duì)于非化學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)，我們安排的是過(guò)氧化氫分解反應(yīng)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化處理，設(shè)計(jì)成驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)量氣法測(cè)量反應(yīng)速率系數(shù)，旨在讓學(xué)生了解原理。

遵循教學(xué)大綱要求、學(xué)生知識(shí)背景，拆分并模塊化重組各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的目的、原理、材料、步驟、數(shù)據(jù)處理和討論。對(duì)于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涉及的原理知識(shí)、儀器和試劑、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理等，精心制作成圖文并茂、形式多樣的教學(xué)資源，包括但不限于PPT、視頻、音頻、文本、圖片、動(dòng)畫(huà)、測(cè)驗(yàn)、拓展資料等，上傳至學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。核心是錄制實(shí)驗(yàn)原理的講解、實(shí)驗(yàn)操作的演示視頻，將知識(shí)點(diǎn)拆解成一系列的學(xué)習(xí)任務(wù)點(diǎn)。對(duì)于其中涉及重要的實(shí)驗(yàn)原理知識(shí)點(diǎn)，特別設(shè)計(jì)輔助知識(shí)模塊，以微視頻形式制作成視頻資源供學(xué)生學(xué)習(xí)，或網(wǎng)絡(luò)鏈接至我們網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)已經(jīng)開(kāi)通運(yùn)行的物理化學(xué)理論課程對(duì)應(yīng)的知識(shí)模塊。這在一定程度上可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)不同步的問(wèn)題，有助于暫未學(xué)習(xí)過(guò)該理論知識(shí)點(diǎn)的同學(xué)提前預(yù)習(xí)，亦可方便已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的同學(xué)可以鞏固加深理解。對(duì)于一些學(xué)校虛擬實(shí)驗(yàn)室中已有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如電池電動(dòng)勢(shì)測(cè)定實(shí)驗(yàn)，開(kāi)放給學(xué)生提前預(yù)習(xí)，網(wǎng)上虛擬操作實(shí)驗(yàn)。利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，搭建、管理和組織物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程題庫(kù)。針對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、目的、操作細(xì)節(jié)、數(shù)據(jù)處理等設(shè)計(jì)思考測(cè)驗(yàn)題。題目形式多樣化，可以選擇、填空、簡(jiǎn)答、思考、推理、計(jì)算等；題目難易層次多樣化，包括識(shí)記、領(lǐng)會(huì)、簡(jiǎn)明和綜合應(yīng)用等層次。組合題量適當(dāng)、難易合適的測(cè)試套題，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)直接發(fā)放給學(xué)生，或是通過(guò)微信、QQ班級(jí)群發(fā)放給學(xué)生。課前發(fā)放給學(xué)生，旨在掌握學(xué)生提前預(yù)習(xí)的效果；課后發(fā)放給學(xué)生，旨在檢驗(yàn)和鞏固學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的了解和掌握。

3.2 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)

課堂教學(xué)之前，安排組織好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的講解和演示遷移至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，供學(xué)生自主式學(xué)習(xí)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)布置預(yù)習(xí)要求，利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)組織和跟進(jìn)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)情況。學(xué)生登錄網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)打卡學(xué)習(xí)，觀看實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)資源，重點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?、操作、?shù)據(jù)處理等的講演微視頻。學(xué)生完成設(shè)定學(xué)習(xí)任務(wù)點(diǎn)之后，組織學(xué)生參與思考討論，利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)題庫(kù)自動(dòng)按預(yù)測(cè)的難易比例、題型比例隨機(jī)組合生成預(yù)習(xí)測(cè)驗(yàn)套題，保證不同學(xué)生抽到的測(cè)驗(yàn)題不盡相同，自動(dòng)推送給學(xué)生并提醒學(xué)生及時(shí)完成。運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)分析學(xué)生線上學(xué)習(xí)的行為、效果，統(tǒng)計(jì)學(xué)生線上學(xué)習(xí)時(shí)間、進(jìn)度、討論參與積極性、測(cè)驗(yàn)題錯(cuò)誤率等詳細(xì)情況，征集學(xué)生線上預(yù)習(xí)的共性問(wèn)題，設(shè)計(jì)有針對(duì)性的課堂引導(dǎo)，進(jìn)行精講，引導(dǎo)學(xué)生討論思考。利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)預(yù)警功能，提醒和督促學(xué)習(xí)進(jìn)度未達(dá)標(biāo)的學(xué)生及時(shí)完成學(xué)習(xí)任務(wù)點(diǎn)。

課堂教學(xué)時(shí)簡(jiǎn)要講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，“蜻蜓點(diǎn)水”，作重引導(dǎo)學(xué)生自主討論學(xué)習(xí)平臺(tái)反饋的共性問(wèn)題，使學(xué)生把握實(shí)驗(yàn)原理和操作。學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程時(shí)，觀察學(xué)生操作規(guī)范，針對(duì)實(shí)驗(yàn)具體的步驟，或就實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)、或?qū)嶒?yàn)原理，拋出新問(wèn)題組織學(xué)生探討交流，歸納總結(jié)，解答問(wèn)題。此過(guò)程中，如遇共性問(wèn)題，或課堂引導(dǎo)學(xué)生由淺入深思考，或預(yù)留線索，督促學(xué)生課后積極調(diào)研文獻(xiàn)，相互討論，解決問(wèn)題。

課堂教學(xué)結(jié)束之后，及時(shí)布置課后的鞏固和拓展內(nèi)容，加深學(xué)生的理解。線上推送實(shí)驗(yàn)測(cè)驗(yàn)并督導(dǎo)學(xué)生完成，線下學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師及時(shí)批閱。及時(shí)跟進(jìn)課堂翻轉(zhuǎn)效果，研究物理化實(shí)驗(yàn)在線課程的質(zhì)量規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)，針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，彈性調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的課堂翻轉(zhuǎn)的 “度”，保證學(xué)生參與的積極性。

3.3 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綜合考評(píng)

結(jié)合平時(shí)的學(xué)生網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)參與程度、翻轉(zhuǎn)課堂的表現(xiàn)和期末總成績(jī)分析綜合考核教學(xué)效果。在此基礎(chǔ)上，探索線上線下混合教學(xué)模式下物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的成績(jī)考核方式，充分考慮學(xué)生參與混合教學(xué)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，制定科學(xué)合理的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)機(jī)制，對(duì)于不同專(zhuān)業(yè)設(shè)置不同的線上線下成績(jī)權(quán)重。線上成績(jī)來(lái)源于學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的學(xué)習(xí)任務(wù)點(diǎn)的完成情況，作業(yè)，分組任務(wù)，討論，互動(dòng)，測(cè)驗(yàn)，考試等方面；線下成績(jī)來(lái)源于學(xué)生課堂操作，課堂討論互動(dòng)，以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)此次探索與實(shí)踐，開(kāi)展物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程線上線下混合教學(xué)，實(shí)現(xiàn)二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。整個(gè)教學(xué)過(guò)程，師生線上線下交流頻繁，共同探討。教師構(gòu)建、優(yōu)化學(xué)生自主學(xué)習(xí)的教學(xué)資源，引導(dǎo)和監(jiān)督學(xué)生自主學(xué)習(xí)，及時(shí)解答學(xué)生給出的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)從知識(shí)傳播的灌輸者向知識(shí)學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者。學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，獨(dú)立學(xué)習(xí)，能夠提出疑問(wèn)，共同探討交流，相互學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)從知識(shí)的被動(dòng)接受者向獨(dú)立自主的學(xué)習(xí)主體轉(zhuǎn)變。此次教學(xué)實(shí)踐，能充分體驗(yàn)到學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提升，知識(shí)點(diǎn)理解層次的加深，運(yùn)用知識(shí)能力的增強(qiáng)，觀點(diǎn)表達(dá)水平的提高，課堂氛圍好，教學(xué)效果佳。