物理化學(xué)實驗的智慧課堂教學(xué)初探
——以《凝固點降低法測相對分子量》為例

張雅潔，季益剛，花書貴，李慧妍

(江蘇第二師范學(xué)院 生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 211200)

當前，國內(nèi)物理化學(xué)實驗課程教學(xué)通常采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，存在較多弊端。雖然在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師可以集中在有限的課時內(nèi)將基本知識和實驗技術(shù)傳達給學(xué)生，但是課堂以教師為主體，無法開展個性化教學(xué)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合素質(zhì)。因此，為了全面實現(xiàn)物理化學(xué)實驗課程的教學(xué)目標，培養(yǎng)具備創(chuàng)新意識、探究能力等的人才，教育工作者們亟需尋找一種新型教學(xué)模式。

1 智慧課堂教學(xué)模式對物理化學(xué)實驗課程教學(xué)改革的意義

圖1 智慧課堂教學(xué)模式的運轉(zhuǎn)方式

在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的時代背景下，課堂教學(xué)模式經(jīng)歷了“高效課堂”到“翻轉(zhuǎn)課堂”的演變，而近些年更提出了一種新型教學(xué)模式——“智慧課堂”[1-3]。智慧課堂教學(xué)模式含有兩個基本構(gòu)成要素：①擁有借助信息技術(shù)手段與平臺打造的線上和線下智慧學(xué)習空間；②開展“以學(xué)生為主體，師生共同發(fā)現(xiàn)知識、創(chuàng)造智慧”的教學(xué)活動[4-5]?；谶@兩個構(gòu)成要素，智慧課堂教學(xué)模式應(yīng)當具有個性化、多元化、開放性、深交互、實時性等特點，能夠滿足學(xué)生全面自由發(fā)展的需求。因此，將智慧課堂教學(xué)模式引入物理化學(xué)實驗課堂，對于解決傳統(tǒng)教學(xué)模式下的弊端，培養(yǎng)具有探究能力和創(chuàng)新意識的人才有著重要意義。智慧課堂教學(xué)模式在物理化學(xué)實驗課程中的預(yù)期運轉(zhuǎn)模式見圖1。

本文以《凝聚點降低法測相對分子量》為例，介紹將智慧課堂教學(xué)模式引入物理化學(xué)實驗課程的一種思路，希望為進一步開展智慧課堂教學(xué)模式的實踐研究提供一些參考。

2 智慧課堂教學(xué)模式在《凝固點降低法測相對分子量》中的應(yīng)用

《凝固點降低法測定相對分子量》是一個經(jīng)典物理化學(xué)實驗，各類教材中相關(guān)內(nèi)容編排較為一致[6]。在傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式中，得益于高度集成化的儀器以及“約定俗成”的實驗步驟，學(xué)生基本可以毫無“波瀾”地快速得到預(yù)期結(jié)果。這樣的教學(xué)模式?jīng)]有起到鼓勵學(xué)生自主思考的作用，使得學(xué)生未能深入理解物理化學(xué)知識，對于常見難點以及儀器原理和特性等認識不足。欲解決上述弊端，可采用智慧課堂教學(xué)模式組織實驗，借助智慧云平臺(如超星爾雅網(wǎng)絡(luò)通識課平臺、愛課程、實驗空間—國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目共享平臺等)的知識庫及互動功能，結(jié)合教師的引導(dǎo)及推動，激發(fā)學(xué)生對實驗開展探究的動力。

2.1 智慧課堂模式下的預(yù)習環(huán)節(jié)

智慧課堂中的預(yù)習環(huán)節(jié)，應(yīng)當鼓勵學(xué)生發(fā)現(xiàn)、提出問題，并啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性的運用知識解決問題。相比傳統(tǒng)教學(xué)模式，智慧課堂需要更多的重視虛擬實驗平臺模擬、線上互動交流以及資料的檢索與分享。教師給出學(xué)習主題和學(xué)習建議后，引導(dǎo)學(xué)生借助智慧云平臺開展深互動、個性化、開放式探究學(xué)習。

2.1.1 預(yù)習環(huán)節(jié)的教師工作

(1)優(yōu)化資料，啟發(fā)學(xué)生自主獲取知識。教師篩選出一部分優(yōu)質(zhì)資源，上傳至智慧云平臺，便于學(xué)生自主選擇參考。例如：線上課程資源(如：中國大學(xué)慕課平臺中，西安交通大學(xué)的《物理化學(xué)實驗》在線開放課程等)、凝固點降低法的應(yīng)用前沿文獻[7-8]。需要注意的是，教師提供的資源主要起到啟發(fā)學(xué)生思考的作用，應(yīng)避免資料過于周全，可以采取提示關(guān)鍵詞(凝固點降低法、稀溶液依數(shù)性、相對分子量的測定等)，指導(dǎo)學(xué)生到圖書館的紙質(zhì)資源以及電子數(shù)據(jù)庫中搜尋目標資源，逐步掌握獲取知識的方法與途徑。

(2)參與學(xué)生預(yù)習互動，形成過程性預(yù)習評價并針對性制定教學(xué)設(shè)計。通過智慧云平臺，加入學(xué)生組織的學(xué)習小組開展互動交流，并引導(dǎo)推動學(xué)生間的討論。教師需要分析虛擬實驗平臺的學(xué)情數(shù)據(jù)，實時了解學(xué)生對本實驗基本內(nèi)容的把握情況，并結(jié)合智慧云平臺的學(xué)情反饋優(yōu)化教學(xué)設(shè)計。

(3)協(xié)助學(xué)生設(shè)計探究實驗。教師需綜合評價學(xué)生們提交預(yù)實驗方案的可行性、安全性以及創(chuàng)新性等，協(xié)助學(xué)生完善實驗方案，鼓勵學(xué)生開展科學(xué)探究嘗試。

2.1.2 預(yù)習環(huán)節(jié)的學(xué)生學(xué)習

(1)借助智慧平臺，高效預(yù)習。學(xué)生在預(yù)習階段構(gòu)建實驗主體知識框架、明確問題，可以結(jié)合線上線下資源，嘗試獨立解決問題。

(2)組建學(xué)習小組，開展互動探究學(xué)習。基于虛擬實驗平臺開展模擬實驗，以小組為單位，探討可能出現(xiàn)的問題及解決策略。圍繞實驗?zāi)康?、步驟、儀器、藥品等方面，學(xué)生們主要討論兩類問題：針對基礎(chǔ)實驗的疑問以及基于實驗主題的探索延伸。例如針對實驗原理所關(guān)注的問題：①原理中假設(shè)析出固態(tài)為純?nèi)軇?，而所研究的溶液在凝固過程中是否為純?nèi)軇┠?？可以如何檢測？哪些藥品可以滿足理論中的這一假設(shè)要求？②實驗藥品適用于稀溶液的凝固點降低公式的范圍等。

(3)確定實驗方案并提交申請。學(xué)生可以提交探究實驗申請，明確實驗原理、方案、儀器、耗材以及探究的目的與意義等。提交方案可以上傳云平臺，便于開放地分享智慧成果，推動互動交流的深入以及探究能力的養(yǎng)成。

2.2 智慧課堂模式下的實踐環(huán)節(jié)

智慧課堂中的實驗實踐環(huán)節(jié)，以培養(yǎng)學(xué)生的自主能動性、合作協(xié)調(diào)性、科學(xué)嚴謹性等科學(xué)品質(zhì)為目標。在有限課時內(nèi)，學(xué)生們線下開展實驗，線上開展學(xué)習互動；教師記錄學(xué)生實驗情況、參與學(xué)生的互動學(xué)習，并在需要時提供參考性建議。

2.2.1 實踐環(huán)節(jié)的教師工作

(1)預(yù)習環(huán)節(jié)學(xué)情的分析。借助線上限時小測試、線下隨機互動等方式，快速了解學(xué)生對自己要開展實驗的熟悉情況。

(2)開展“問題探討”式教學(xué)互動。結(jié)合學(xué)情開展探討互動，啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)解決問題的方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識?？梢耘c學(xué)生共同探討如下問題：①如何避免過冷過熱現(xiàn)象？②如何實現(xiàn)實驗操作條件平行？③是否可以配套使用更靈敏的監(jiān)測手段如熒光或紫外等。

(3)參與互動并記錄實況。開展實驗期間，教師一方面需要留心觀察學(xué)生實驗進展和操作的規(guī)范性，另一方面需要引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并啟發(fā)學(xué)生自主思考。此外，教師可實時參與線上線下的交流互動，優(yōu)選共性問題發(fā)布至智慧互動平臺，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注并參與互動學(xué)習。

(4)形成過程性學(xué)情評價。基于線上線下學(xué)習情況記錄，根據(jù)學(xué)生實驗過程中的表現(xiàn)，形成對學(xué)生本次實驗課程學(xué)習情況的過程性評價，為學(xué)生開展下一步的自我學(xué)習評價與反思提供參考意見。

2.2.2 實踐階段的學(xué)生學(xué)習

(1)開展實驗探究嘗試及實驗問題互動。實驗過程中，學(xué)生們合作分工，有目的的開展實驗，并結(jié)合預(yù)習中提出的疑問，開展線上線下互動討論。例如，針對凝固過程中易出現(xiàn)過冷這一現(xiàn)象，圍繞實驗藥品開展如下探討：①實驗使用的環(huán)己烷、萘中的雜質(zhì)對實驗結(jié)果有何影響？②結(jié)合儀器分析課程和有機課程的知識，討論雜質(zhì)如何確定與去除？③有哪些可替換的試劑？是否可以基于熒光傳感器原理，選擇熒光指示劑實現(xiàn)高靈敏度地監(jiān)測體系溫度變化[9]。④如何利用凝固點降低常數(shù)來確定溶液中分子結(jié)構(gòu)、解離度等微觀性質(zhì)？

(2)實驗數(shù)據(jù)的收集與分析。處理數(shù)據(jù)并初步判斷實驗數(shù)據(jù)是否符合預(yù)期，同時可探討誤差來源。

(3)評價本次實驗探究的成效。學(xué)生們根據(jù)智慧學(xué)習平臺反饋的個人學(xué)情數(shù)據(jù)，綜合本次實驗?zāi)康倪_成情況、實驗過程體驗、合作學(xué)習效果等，對實驗的完成效果進行自我評價。

2.3 智慧課堂模式下的總結(jié)環(huán)節(jié)

智慧課堂的總結(jié)環(huán)節(jié)是對整個實驗進行智慧化的整理和完善，對于學(xué)生的總結(jié)歸納和數(shù)據(jù)分析能力的培養(yǎng)有著重要的意義。如何做到“實事求是、科學(xué)分析、找出問題、提出對策、得出結(jié)論”，是整個環(huán)節(jié)需要考慮的關(guān)鍵點。

2.3.1 總結(jié)環(huán)節(jié)的教師工作

(1)參與學(xué)生的線上互動。參與學(xué)生發(fā)布于智慧平臺的在線討論，對學(xué)生數(shù)據(jù)處理方法的可行性及科學(xué)性進行評價。

(2)批閱學(xué)生的實驗報告。從科學(xué)性、探究性、創(chuàng)新性的角度對學(xué)生實驗報告進行評價，并解答學(xué)生仍存有的疑問和問題。

(3)鼓勵并安排學(xué)生開展探究實驗。綜合考慮學(xué)生申請的補充實驗的可行性和必要性，確認后可以實施的實驗，安排學(xué)生有序開展。符合智慧課堂教學(xué)模式“開放性”的特點。

(4)形成對“教”與“學(xué)”的整體性評價與反思。基于智慧平臺的學(xué)情分析，對學(xué)生“知識與技能”、“過程與方法”、“情感態(tài)度與價值觀”三個維度進行評價，并給出進一步開展學(xué)習的意見。同時，基于“智慧平臺大數(shù)據(jù)分析結(jié)果”、“學(xué)生反饋”、“學(xué)生自評”，結(jié)合本次教學(xué)的體驗與感悟，形成對本次智慧化教學(xué)整體性的評價與反思。

2.3.2 總結(jié)環(huán)節(jié)的學(xué)生學(xué)習

(1)完善數(shù)據(jù)的處理與分析，開展互動探討。學(xué)生完善實驗數(shù)據(jù)分析，結(jié)合實驗原理與現(xiàn)象歸納整理得出結(jié)論。同時可以在智慧云平臺發(fā)起探討、收集問題和建議，并開展針對性互動探討。通過深入地互動，學(xué)生可以主動參與優(yōu)化數(shù)據(jù)處理方法，培養(yǎng)探究精神。

(2)申請并完成補充實驗，提交完整的實驗報告。探究實驗譬如：①原有實驗方案的改進；②基于實驗原理開展的實際應(yīng)用實驗，如嘗試運用凝固點降低法測定在有機實驗中合成化合物的解離度等，通過探究實驗可強化和加深學(xué)生對實驗原理的理解。

(3)形成教學(xué)反饋及學(xué)習自評?；谥腔燮脚_學(xué)習數(shù)據(jù)的分析，圍繞“知識與技能的掌握情況、發(fā)現(xiàn)與解決問題的能力、互動學(xué)習的體驗、探究創(chuàng)新能力的培養(yǎng)”等方面，形成對自己本次實驗學(xué)習的智慧化評價；反思不足，總結(jié)并形成持續(xù)性學(xué)習的經(jīng)驗方法?；趯W(xué)習過程的切身感受，完成教學(xué)反饋。

經(jīng)過上述三個環(huán)節(jié)的教與學(xué)，師生共同完成了基于智慧課堂教學(xué)模式下的《凝固點降低法測相對分子量》實驗課程的全部教學(xué)活動。

3 結(jié)束語

物理化學(xué)實驗課程不僅是對學(xué)生基本知識技能的培養(yǎng)，更是培養(yǎng)學(xué)生探究意識創(chuàng)新能力的重要平臺。將智慧課堂教學(xué)模式融入物理化學(xué)實驗課程，對于培養(yǎng)具有敢于探索求真、善于創(chuàng)新創(chuàng)造等科學(xué)品質(zhì)的新型人才具有重要意義。在未來的實踐探索中，智慧課堂與物理化學(xué)實驗課程的融合方案會得到進一步地完善與發(fā)展，期望能夠為物理化學(xué)實驗課程的教學(xué)改革提供一些參考意見。