混合式教學(xué)模式在“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)”中的探究與實(shí)踐

王迎 張為超

[摘 要] 針對(duì)傳統(tǒng)線下教學(xué)模式在“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程開展中所存在的難以滿足學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展、理論課程和實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)進(jìn)度不一致及單一教材難以滿足多元化的教學(xué)需求等問題，結(jié)合“雨課堂”應(yīng)用于教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)，該文探討了一種基于“雨課堂”的線上線下混合式的教學(xué)模式在“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程中的應(yīng)用模式，并將該模式引入實(shí)際的教學(xué)過程中，結(jié)合具體的教學(xué)實(shí)例對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行多維度的分析。研究表明，基于“雨課堂”的混合式教學(xué)模式的引入能很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，對(duì)“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)改革具有很好的借鑒作用。

[關(guān)鍵詞] 雨課堂;“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)”;混合式教學(xué);教學(xué)設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)] G642.4? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2021）01-0110-04? ?[收稿日期] 2020-12-21

一、引言

“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)”是聯(lián)系物理化學(xué)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作技能的橋梁，是一門獨(dú)立開設(shè)的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)課程，也是化學(xué)、制藥和化學(xué)工程等專業(yè)所必需的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的思維能力、獨(dú)立思考的科研素質(zhì)及解決實(shí)際問題的動(dòng)手能力等多項(xiàng)素養(yǎng)具有重要意義[1]。隨著時(shí)代和科技的發(fā)展，傳統(tǒng)線下教學(xué)所面臨的挑戰(zhàn)越來越多，比如設(shè)備的快速更新?lián)Q代和實(shí)驗(yàn)教材更新的滯后性間的矛盾，現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理工具的普及和傳統(tǒng)教學(xué)中教師對(duì)實(shí)驗(yàn)后續(xù)過程參與度的不足之間的矛盾等問題日益突出。

國(guó)際工程教育認(rèn)證明確指出高校教育要逐步實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為根本，以學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展為中心，以培養(yǎng)復(fù)合型、綜合型人才為目標(biāo)的現(xiàn)代教育模式[2，3]。因此傳統(tǒng)的線下教學(xué)模式必須隨之調(diào)整，教育部下發(fā)的《2016年教育信息化工作要點(diǎn)》中明確提出：“加強(qiáng)高等教育中優(yōu)質(zhì)數(shù)字教育資源的開發(fā)和應(yīng)用，并利用在線開放課程探索翻轉(zhuǎn)課堂、混合式教學(xué)模式改革?！盵4]由此可見，國(guó)家充分肯定并鼓勵(lì)線上教學(xué)的教育模式，有機(jī)地融合線上和線下教學(xué)的資源優(yōu)勢(shì)，探索適用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的混合式教學(xué)模式，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、傳統(tǒng)線下教學(xué)模式在“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)”教學(xué)中的現(xiàn)狀

（一）難以兼顧學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展需求

大學(xué)生生源分布廣泛，各地區(qū)之間教育水平存在一定的差異。此外，在大二學(xué)年開展的“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程還存在一定數(shù)量的轉(zhuǎn)專業(yè)學(xué)生，因此不同學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備差別巨大、個(gè)體化差異顯著。純線下教學(xué)中有限的教學(xué)課時(shí)使教師很難兼顧到學(xué)生的個(gè)體化差異，而教師為了追求較好的教學(xué)效果，只能增加講解時(shí)間、細(xì)化講解內(nèi)容，進(jìn)行填鴨式的知識(shí)灌輸。此外在教師演示實(shí)驗(yàn)流程時(shí)，圍觀的學(xué)生存在聽不清、看不見、記不住等問題，學(xué)生自主操作時(shí)依然一知半解，只能機(jī)械式地重復(fù)流程，學(xué)生參與度較低，很難提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

（二）理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以同步進(jìn)行

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是物理化學(xué)課程的重要環(huán)節(jié)，是理論課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)，然而作為一門獨(dú)立開展的基礎(chǔ)學(xué)課，“物理化學(xué)理論”課程和“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程往往各自獨(dú)立展開，因此二者存在教學(xué)進(jìn)度不一致的問題。學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)可能尚未學(xué)習(xí)相應(yīng)的理論課程，或者早已完成相應(yīng)的理論課程學(xué)習(xí)。因此學(xué)生很難將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和理論知識(shí)結(jié)合起來，實(shí)驗(yàn)過程存在敷衍了事現(xiàn)象，缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)的深入思考，很難培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的思維方式。例如在講解“電導(dǎo)法測(cè)定乙酸的解離平衡常數(shù)”這一實(shí)驗(yàn)時(shí)，部分學(xué)生的理論課程進(jìn)度尚未進(jìn)行到電化學(xué)部分，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)中涉及的摩爾電導(dǎo)率、無限稀釋的摩爾電導(dǎo)率等專業(yè)名詞缺乏理解，即使教師在實(shí)驗(yàn)課程中對(duì)這些知識(shí)進(jìn)行講解，但是受線下教學(xué)時(shí)間的限制，很難讓學(xué)生充分理解并運(yùn)用到所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中。因此學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)所涉及的公式和原理往往依賴于死記硬背，后續(xù)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也是生搬硬套，很難進(jìn)行正確的分析，對(duì)實(shí)驗(yàn)中存在的問題過度地依賴教師的解答，學(xué)生獨(dú)立思考問題、解決問題的能力難以發(fā)揮。

（三）教材選擇的單一性難以滿足教學(xué)的實(shí)際需求

傳統(tǒng)線下教學(xué)中，學(xué)生課前預(yù)習(xí)的過程主要依賴教材，但是隨著化學(xué)理論的不斷發(fā)展，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)理念也在不斷完善，專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新速度日益加快，而教材自身的嚴(yán)謹(jǐn)性和普適性特點(diǎn)決定了其更新周期較長(zhǎng)，因此在實(shí)際教學(xué)中經(jīng)常出現(xiàn)教材內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不一致的情況。當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)預(yù)習(xí)內(nèi)容和實(shí)際操作不一致時(shí)，不僅會(huì)打擊學(xué)生參與教學(xué)活動(dòng)的積極性，還會(huì)使學(xué)生被迫接受教師“填鴨式”教學(xué)，不利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力。此外，作為一門基礎(chǔ)性學(xué)課，“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)”在化學(xué)、材料、制藥工程和環(huán)境等專業(yè)均有開展，而不同專業(yè)的培養(yǎng)方案也存在差異，所設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容也不盡相同，純線下教學(xué)模式中單一教材的選擇很難滿足層次化、多元化的教學(xué)需求。以本校為例，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)和環(huán)境專業(yè)均有開展，但是對(duì)化學(xué)專業(yè)特別是師范專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)方案和環(huán)境專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)方案差異巨大，因此在實(shí)際教學(xué)中對(duì)化學(xué)師范專業(yè)的學(xué)生更注重其對(duì)理論知識(shí)的全面理解和獨(dú)立準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)、開展實(shí)驗(yàn)的技能培養(yǎng)，要求學(xué)生能夠?qū)λ鶎W(xué)知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通，舉一反三地設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)。但是由于實(shí)驗(yàn)教材的更新速度較慢，一些新興的實(shí)驗(yàn)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)案例等內(nèi)容無法融入教學(xué)中，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（四）教師的課下參與度不高，難以幫助學(xué)生完成知識(shí)內(nèi)化過程

傳統(tǒng)線下教學(xué)中，學(xué)生在課堂中的主要活動(dòng)為完成實(shí)驗(yàn)操作并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，教師對(duì)學(xué)生課后總結(jié)和知識(shí)內(nèi)化的過程參與度很低，可以說是一種“教”和“學(xué)”分離的狀態(tài)。這一問題的存在，一方面不利于教師準(zhǔn)確地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容;另一方面，教師對(duì)學(xué)生線下學(xué)習(xí)過程缺乏監(jiān)管，造成學(xué)生抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告，甚至為了追求數(shù)據(jù)的美化篡改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。而傳統(tǒng)教學(xué)模式中，實(shí)驗(yàn)報(bào)告在學(xué)生的最終成績(jī)考核中占了很大比例，抄襲及篡改數(shù)據(jù)的行為很大程度上影響了教育公平的原則。此外，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)常常涉及龐大和煩瑣的數(shù)據(jù)處理過程，并且該過程主要為學(xué)生在線下完成，而線下教學(xué)中師生脫節(jié)的情況造成學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)處理過程中所遇到的問題無法及時(shí)和教師溝通，只能提交似是而非的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，影響學(xué)習(xí)效果。

三、基于“雨課堂”的混合式教學(xué)模式應(yīng)用于“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)”中的案例設(shè)計(jì)

“雨課堂”是一款由清華大學(xué)和“學(xué)堂在線”共同推出的智慧教學(xué)工具，可涵蓋教學(xué)的課前、課中、課后三個(gè)環(huán)節(jié)，通過可視化的數(shù)據(jù)支持，幫助教師和學(xué)生實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的融合統(tǒng)一，更好地體現(xiàn)“以學(xué)生為主體”的教學(xué)理念[5-8]?；凇坝暾n堂”設(shè)計(jì)的混合式教學(xué)模式能夠?qū)⒕€上和線下的教學(xué)資源有機(jī)地融合起來，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)從傳統(tǒng)的課堂講授延伸到互聯(lián)網(wǎng)上。實(shí)施混合式教學(xué)模式的基本結(jié)構(gòu)如下表所示。本文將以“旋光度法測(cè)定蔗糖的轉(zhuǎn)化反應(yīng)”為案例進(jìn)行詳細(xì)描述。

（一）課前——利用線上資源完成預(yù)習(xí)

教師將實(shí)驗(yàn)原理、旋光儀的構(gòu)造及操作原理、實(shí)驗(yàn)流程演示三部分錄制成三個(gè)獨(dú)立的視頻資源，每個(gè)視頻長(zhǎng)度控制在5～15min，并以文字的形式歸納每部分的重點(diǎn)內(nèi)容和注意事項(xiàng)。提前3天將上述資源以“雨課堂”為載體推送給學(xué)生。學(xué)生在手機(jī)或電腦上利用課余時(shí)間對(duì)推送內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)課程中遇到的難點(diǎn)問題可以反復(fù)觀看，學(xué)習(xí)活動(dòng)不受時(shí)間及空間限制，更加靈活自由。教師發(fā)布預(yù)習(xí)問題，例如：為什么蔗糖的水解反應(yīng)可以按一級(jí)反應(yīng)來處理？混合時(shí)為什么要將鹽酸倒入蔗糖溶液中而不能逆向操作？如何正確地讀取旋光儀的零度視場(chǎng)？組織學(xué)生進(jìn)行分組討論，并將討論結(jié)果以小組的形式進(jìn)行線上提交。學(xué)生根據(jù)線上資源完成預(yù)習(xí)報(bào)告，并記錄所遇到的問題。教師通過“雨課堂”平臺(tái)查看學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，根據(jù)學(xué)生線上提交的作業(yè)掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)程度，在上課之前完成對(duì)學(xué)生學(xué)情的收集。

（二）課中——線下課堂進(jìn)行師生面對(duì)面交流并完成實(shí)驗(yàn)

在線下的課堂教學(xué)中，教師不再是知識(shí)的灌入者，而是將精力集中用于解答學(xué)生在預(yù)習(xí)中所遇到的普遍性問題，并對(duì)實(shí)驗(yàn)涉及的重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行精講。課堂中主要采用問答的形式引導(dǎo)學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)中所涉及的重點(diǎn)及難點(diǎn)知識(shí)，例如：旋光度測(cè)試中為何要在恒溫下進(jìn)行？測(cè)定反應(yīng)完全時(shí)的旋光度時(shí)為何溫度不能高于60攝氏度？利用“雨課堂”的“隨機(jī)點(diǎn)名”功能抽取學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)操作的演示，鼓勵(lì)其他學(xué)生進(jìn)行補(bǔ)充。學(xué)生討論完畢后由教師進(jìn)行總結(jié)。實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生如果對(duì)實(shí)驗(yàn)流程存在疑問，可隨時(shí)再次翻看教學(xué)視頻和講稿，或者直接詢問教師。教師密切關(guān)注學(xué)生情況，及時(shí)處理學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中所遇到的問題，保證實(shí)驗(yàn)課程安全、高效地進(jìn)行。

（三）課后——線上指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告并參與課后討論

實(shí)驗(yàn)完成后，教師將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的演示視頻發(fā)布到平臺(tái)，以便于學(xué)生學(xué)習(xí)。學(xué)生根據(jù)教學(xué)視頻處理自己的數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中存在的異常偏差按小組的形式進(jìn)行討論，分析其可能的原因并將其列于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的結(jié)果與討論部分。對(duì)于小組討論仍無法解決的問題，可通過評(píng)論板塊與教師互動(dòng)或者直接和教師進(jìn)行一對(duì)一的私信交流。教師有針對(duì)性地推送課后思考題，鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自己的情況進(jìn)行拓展練習(xí)，以幫助學(xué)生更好地完成知識(shí)的內(nèi)化過程。最后教師根據(jù)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告、課堂參與度、實(shí)驗(yàn)操作等方面對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行評(píng)價(jià)和總結(jié)，以進(jìn)一步提升后續(xù)教學(xué)。

四、實(shí)施混合式教學(xué)模式的教學(xué)效果評(píng)價(jià)

（一）學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情顯著提高

混合式教學(xué)模式的引入使學(xué)生從單純的被動(dòng)聽課者，轉(zhuǎn)變成主動(dòng)的學(xué)習(xí)者，學(xué)生要在線下主動(dòng)學(xué)習(xí)教學(xué)視頻、課件等資料，并通過查閱資料、小組討論等形式完成線上作業(yè)。在線下課程中教師主要講解學(xué)生所遇到的普遍性或無法自己解決的問題。此外，課堂上教師隨機(jī)抽取學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、儀器使用、實(shí)驗(yàn)操作等環(huán)節(jié)進(jìn)行講解，其他學(xué)生對(duì)講解內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充完善。這種“以教促學(xué)”的模式實(shí)現(xiàn)了從“以教師為中心”到“以學(xué)生為中心”的課堂角色轉(zhuǎn)變，很好地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高了學(xué)生參與到教學(xué)活動(dòng)中的學(xué)習(xí)熱情。超過一半的學(xué)生表示在混合式教學(xué)模式下非常樂意在課堂上分享自己線下所學(xué)的知識(shí)，并參與到課堂討論中。學(xué)生在不斷完成學(xué)習(xí)任務(wù)的過程中不僅積累了豐富的知識(shí)，更提高了獨(dú)立思考的能力，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)興趣。

（二）實(shí)驗(yàn)操作的失誤率降低

基于“雨課堂”平臺(tái)構(gòu)建的混合式教學(xué)模式引入物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中后，學(xué)生在獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn)操作前會(huì)反復(fù)觀看演示視頻及課件，大多數(shù)學(xué)生能夠獨(dú)立、正確地完成實(shí)驗(yàn)操作。而傳統(tǒng)的線下教學(xué)模式中，學(xué)生僅通過圍觀教師的演示來了解實(shí)驗(yàn)的具體操作。受空間限制，后排學(xué)生往往看不清教師演示的一些細(xì)節(jié)操作。比如裝填旋光管時(shí)，為了避免氣泡的產(chǎn)生需要將待測(cè)液體填充至旋光管表面產(chǎn)生凸液面，然后蓋上玻璃片，封緊旋光管。有很大一部分學(xué)生因?yàn)榭床磺褰處煹难菔径谠摬僮髦欣速M(fèi)大量時(shí)間，部分學(xué)生甚至出現(xiàn)打碎旋光管玻璃片的失誤?；旌鲜浇虒W(xué)模式的引入很好地解決了學(xué)生“看不見、聽不清、記不住”的問題，學(xué)生操作的正確率顯著提升，特別是對(duì)一些步驟煩瑣的實(shí)驗(yàn)效果尤為顯著。

（三）實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫的規(guī)范性提高

線上課程的引入使教師能夠參與到學(xué)生的課后學(xué)習(xí)過程中，通過教師對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程的演示，學(xué)生能夠使用Origin、Excel等專業(yè)軟件來處理物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中龐大且復(fù)雜的數(shù)據(jù)，極大地提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確性。此外，由于教師參與了學(xué)生在課下的知識(shí)內(nèi)化活動(dòng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的異常值，學(xué)生更傾向于主動(dòng)去分析原因而非簡(jiǎn)單地舍去該值，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的規(guī)范性和準(zhǔn)確性明顯改善。

五、結(jié)論

結(jié)合“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程自身的特點(diǎn)及存在的問題，本文探討了一種基于“雨課堂”的混合式教學(xué)模式在“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程中的應(yīng)用。“雨課堂”的引入使得教師和學(xué)生在課前、課中、課后三個(gè)環(huán)節(jié)均能進(jìn)行有效溝通，基于此設(shè)計(jì)的混合式教學(xué)模式兼具了線上和線下教學(xué)的雙重優(yōu)勢(shì)，在提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能動(dòng)性、降低實(shí)驗(yàn)失誤率、提高實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫的規(guī)范性等方面均發(fā)揮了很好的促進(jìn)作用，實(shí)現(xiàn)了從“以教師為中心”到“以學(xué)生為中心”的轉(zhuǎn)變。

但是這種混合式的教學(xué)模式在“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程中的應(yīng)用仍處于探索階段，在推行中仍存在一些問題亟待解決，例如：混合式教學(xué)模式全面推行后如何合理分配學(xué)生在線下及線上的學(xué)習(xí)時(shí)間？“雨課堂”的引入使學(xué)生在課堂上可以公開地翻看手機(jī)，如何防止學(xué)生利用手機(jī)從事教學(xué)以外的活動(dòng)？對(duì)此后續(xù)還需不斷地探索改進(jìn)，完善教育培養(yǎng)方案。

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[8]李文麗.基于“雨課堂”的混合式教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐——以“葡萄酒品鑒”課程為例[J].高教學(xué)刊，2020（29）：87-90.