論翻轉課堂教學模式在高?；A化學實驗中的應用

趙 妍 梁 山 崔玉紅

（天津科技大學，天津 300457）

無機化學、分析化學、有機化學、物理化學是各高校與化學相關專業(yè)學生所必修的基礎理論課程。這些基礎化學課程將會為學生后續(xù)專業(yè)課的學習以及科學研究的進行奠定堅實的理論基礎。然而化學又是一門以實驗為基礎的學科，因為從化學發(fā)展史看無論是新元素的發(fā)現(xiàn)、新工藝的提出都離不開實驗工作，而化學新理論的真正確立也必須通過實驗環(huán)節(jié)的檢驗，因此各種基礎化學實驗課程就成為化學課程中尤為重要的部分[1]。

同其他學科的實驗課程一樣，目前高校的基礎化學實驗教學也存在一系列問題。實驗內容陳舊、教學模式單一、教學手段落后、考核方式缺乏新意，這些都大大削弱了學生對實驗課程學習的主動性和積極性。人人都有學習的潛能，并具備自我實現(xiàn)的動機，教師的任務就是要調動學生發(fā)揮其潛能，培養(yǎng)其形成主動學習、探究、思考的實驗精神，只有自主、自發(fā)、全心投入的學習才會真正產生良好的學習效果。起源于美國的“翻轉課堂”給我們提供了一種全新的教學模式。

一、翻轉課堂概述

翻轉課堂（Flipped Classroom），又稱“顛倒課堂”，它是通過對知識傳授和知識內化的顛倒安排，改變傳統(tǒng)教學中的師生角色，并對課堂時間的使用進行重新規(guī)劃的新型教學模式。在該教學模式下，學生可以在課前就通過網(wǎng)絡等信息化的手段，完成對教學視頻、多媒體課件等學習資源的觀看和學習；在課上，學生更多的是在教師的引導下，通過師生和生生的交流互動完成對知識的吸收與掌握。近幾年，翻轉課堂作為一種新興的教育模式無論在美國還是在中國都引起了教育界的廣泛討論與研究，被評為“2011年影響課堂教學的重大技術變革”，被稱為“預見了教育未來的一場革命”。從2007年由美國林地高中的兩位教師提出至2011年初步形成，翻轉課堂的教學模式已經在國內外數(shù)以千計的學校推廣使用，取得了理想的效果[2]。

目前，翻轉課堂教學模式運用于理論課，特別是理科理論課的教學案例很多[3]，那么該教學模式是否適用于高校的基礎化學實驗教學呢？筆者認為根據(jù)翻轉課堂教學模式的特點，這種形式更能實現(xiàn)化學實驗教學的目的，而化學實驗課程的特點也更適合翻轉課堂模式的實施。那么該教學模式對化學實驗課程的優(yōu)勢在哪，它在化學實驗課程中的可行性又如何呢？

二、翻轉課堂教學模式應用于高?；A化學實驗課程的優(yōu)勢

基礎化學實驗課程的教學目的是通過驗證課堂所學知識從而加深對化學理論的理解，同時在實踐中培養(yǎng)學生的動手能力、科研能力以及形成嚴謹?shù)目茖W素養(yǎng)。翻轉課堂教學模式的應用通過使教學活動的參與者進行最大程度的參與，即學生最大化的“學”、教師最大化的“教”，從而保證了實驗課程教學任務的順利完成。

1.翻轉課堂教學模式可以實現(xiàn)學生最大化的“學”

對于學生而言，化學實驗課程主要由課前預習、課上操作、課后作業(yè)三部分構成。其中預習是化學實驗課程首要的環(huán)節(jié)，它的好壞會直接關系到實驗課程能否順利進行。在傳統(tǒng)的教學模式下，預習環(huán)節(jié)主要是要求學生根據(jù)教材寫預習報告，由于書本上枯燥的文字描述很難使學生有置身實驗環(huán)境之中的感受，無法引起學生的興趣，再加上對教師慣有的依賴心理，使得學生對預習缺少重視[4]。其表現(xiàn)是學生的預習就是不假思索的、流于形式的抄書，這樣根本無法達到理解實驗原理、明確操作步驟的預習目的。況且這種形式缺乏新意，無法調動學生的學習熱情，大大影響了預習的效果。而預習的不充分體現(xiàn)在實驗課的操作環(huán)節(jié)，學生只能在有限的時間內進行機械的動手操作，照方抓藥，在操作過程中根本沒有時間思考或是根本不去主動思考。實踐操作環(huán)節(jié)的盲目性，甚至是混亂的狀態(tài)會造成學生課后很快就忘記實驗內容，對實驗現(xiàn)象記憶模糊，在課下只能機械地處理實驗報告，無法做到理論聯(lián)系實際，難以有效地實現(xiàn)實驗課程的教學目標。

在基礎化學實驗中采用翻轉課堂的教學模式可以使學生課前學得更明白，課上學得更深入、課后學得更牢固，從而有效改變以上學生在學習中的被動情況。首先，學生可以在課前下載觀看教師制作的視頻、多媒體課件等學習資料，完成教師布置的預留題目。在視頻的觀看過程中，學生可以根據(jù)實際學習情況掌控自己學習的步調，可以對教師講授的內容做適時的停頓，對于沒有聽懂的實驗原理可以通過反復學習進行理解，對于重點的實驗現(xiàn)象也可以反復觀看進行思考。通過觀看視頻可以使學生在實驗前對實驗原理有深入的理解，對實驗步驟和現(xiàn)象有直觀的認識，這大大增加了學生對后續(xù)實驗的興趣和信心。在學習過程中，學生對遇到的問題進行認真的記錄，可以通過各種渠道查找答案，也可以將問題帶到課堂與同學、教師進行交流。在實驗課堂上，由于學生通過視頻已經了解了實驗所用的儀器、所涉及的基本步驟，因此可以脫離書本，進行獨立的操作。在此過程中，學生有更多的精力去觀察實驗現(xiàn)象，有更多時間去發(fā)現(xiàn)和解決實驗中的問題。在進行視頻觀看和親自操作后，學生對實驗過程有更深刻的印象，對實驗方法有更深刻的理解，這樣在課后除了進行數(shù)據(jù)處理以外，還可以對實驗進行客觀的分析，對注意事項進行充分的總結。

2.翻轉課堂教學模式可以實現(xiàn)教師最大化的“教”

對于教師而言，實驗課程同樣由三部分構成，即課前準備階段、課上講授階段、課后評閱階段。傳統(tǒng)的教學模式下，教師要在課前對本節(jié)課的實驗內容和教學方案進行認真、詳細的準備，在課上則會按照既定的教學設計完成對實驗有關知識的傳遞。由于實驗課程的特殊性，教師在課上不但需要介紹實驗原理，還要進行操作說明，提醒注意事項，必要時還要進行演示。雖然教師花費大量氣力，但教學效果并不理想，其原因主要是學生對知識的學習能力、吸收能力不同，在相同的時間和空間下學習情況差別較大。加之實驗課程授課環(huán)境所限，常常只有部分靠近教師的學生才能聽得清講解，看得見演示，而對其他同學而言，則不能有效得到教師傳遞的信息。更何況在一些院校還存在實驗內容先于理論內容進行的情況，這就給學生在短時間內理解、掌握實驗內容增加了難度，教師教的效果也大打折扣。由于時間和精力所限，教師往往不能有效掌握學生課前預習和課上操作情況，這就造成在課后的評價環(huán)節(jié)只能依據(jù)學生實驗報告完成的好壞。單一的評價標準往往會造成學生成績趨于平均，拉不開檔次，久而久之就會傷害部分學生對實驗課的熱情。

相較于傳統(tǒng)的教學模式，翻轉課堂則可以幫助教師實現(xiàn)在三個階段“教”的最大化，即課前教學生更多、更廣的知識；課上教學生更仔細的觀察、更積極的思考；課后教學生更全面的總結、更積極的分享。在課前，教師通過制作、上傳包括視頻、多媒體課件在內的資料供學生下載學習，從而完成對知識的傳輸過程。由于不再受時間的限制，教師準備的資料除了與本實驗有關的基礎性內容外，還可以增加部分拓展知識，開闊學生的思路。在課堂上，教師的主要任務是創(chuàng)造條件、營造環(huán)境，在與學生互動中幫助其實現(xiàn)對知識的內化過程。教師可以組織學生討論在觀看視頻中反映出的問題，由于此時學生有迫切想知道答案的欲望，其吸收效果會更好，從而形成教師與學生之間最有效的互動。教師要走到學生中間去認真觀察，對學生操作進行指導并加以記錄。在實驗操作完畢后，教師組織學生對本次實驗進行討論，總結成功的經驗，分析失敗的原因，讓學生在討論中體會到分享所得所感的樂趣。實驗課后，教師結合課堂記錄從學生在實驗預習、課堂操作以及課后總結等方面的綜合表現(xiàn)給出客觀公正的實驗成績。

三、翻轉課堂教學模式在高?；A化學實驗課中實施的可行性

高?；A化學實驗具有授課內容多樣性、授課環(huán)境開放性及授課時間相對寬松等特點，這些都是翻轉課堂模式得以實施的重要基礎。此外，高校給學生提供了便捷的網(wǎng)絡服務和優(yōu)質的數(shù)據(jù)資源，使具備一定自學能力及自我約束能力的大學生可以方便的進行自主學習，從而保證了翻轉課堂教學模式的順利進行。

1.化學實驗課程授課內容的多樣性、相對獨立性有利于翻轉課堂模式下教學素材的制作

在翻轉課堂教學模式下，視頻是知識傳遞的重要手段，是資源準備中的核心內容，其制作的質量直接決定學生的學習效果[5]?；瘜W實驗課程通常分為實驗原理的介紹，實驗儀器的使用說明，實驗操作的演示等方面。其中每一環(huán)節(jié)都可以制作成5-10min的微視頻，又因為每一部分內容都是相對獨立的，學生可以根據(jù)實際情況有選擇、有重點的觀看，不存在銜接上的問題。

2.化學實驗課程授課環(huán)境的開放性有利于翻轉課堂模式下學生對知識的內化

翻轉課堂絕不是在線視頻的代名詞，有效的、面對面的學習活動才是翻轉課堂實質性的內容[5]。教師需要通過精心設計的教學活動幫助學生完成對知識的內化，這就需要教師與學生之間建立有效的互動，實驗室開放的環(huán)境為師生建立有效的互動提供了條件。在實驗課程中，教師可以走到學生中間，近距離與學生討論問題，學生也可以走上講臺陳述自己的觀點。通常化學實驗課程是小班授課，師生比配置合理，這也增加了教師與學生的交流、互動的機會，便于教師更有效的進行課堂組織。此外，相較于理論課程，實驗課有相對比較靈活的授課時間，教師可以開展更加豐富的課堂活動，從而保證了翻轉課堂進行的效果。

3.學生的自主學習能力、自控能力，為實現(xiàn)課堂的有效翻轉提供了條件

在翻轉課堂上，學生不再是知識被動的接受者，而是自主學習的主體。該教學模式要求學生通過觀看視頻進行知識的學習，積極思考后在教師的幫助下完成對知識的內化、吸收，這些都需要學生有一定的學習能力和自控能力。高?；A化學實驗課程的授課對象是具有較強的思維推斷能力、學習組織能力和自主學習能力的大學生，在前修課程的基礎上，學生已經掌握了一定的理論知識和實驗技能，具有了通過網(wǎng)絡平臺進行資源檢索的能力，這些都是翻轉課堂得以實施的保障。

4.高校具有較完備的信息技術平臺，為翻轉課堂教學模式的實施提供了硬件和軟件的支持

對于學生而言，翻轉課堂模式下的首要任務就是下載資料進行學習，這無疑需要網(wǎng)絡的支持。高校校園網(wǎng)絡覆蓋率高，使學生無論是在教學樓還是在宿舍，甚至在食堂都可以進行視頻的下載和觀看，學習不受時間、地點的限制。對于教師而言，高校具有以電子期刊和電子圖書為主的數(shù)字資源，這為教師制作學習資料提供了尤為豐富的素材，同時教師與學生在課外的溝通、互動，以及對學生學習情況的有效監(jiān)管，都需要強大的信息技術平臺的支持，軟硬件條件較為完善的高校無疑可以提供更加充足的保障[6]。

四、基于翻轉課堂模式下的高?；A化學實驗課程改革初探

根據(jù)翻轉課堂教學模式的基本要求[7]，對高?；A化學實驗之一的物理化學實驗進行教學模式的改革嘗試，基本步驟如下。

1.實施翻轉課堂教學模式所需教學素材的準備

教師根據(jù)化學實驗教學目標制作、編輯包括教學微視頻、多媒體課件以及預習思考題在內的翻轉課堂教學素材，并上傳至QQ空間或公共郵箱供學生下載學習。

制作教學微視頻：實驗微視頻分為實驗原理介紹和實驗操作演示兩部分。其中實驗原理部分，使用錄屏軟件Camtasia Studio來進行制作與后期編輯；實驗操作部分采用錄影形式，使用會聲會影軟件進行后續(xù)編輯、整理。在制作微視頻時應充分考慮到學生的觀看感受和學習習慣，除時間控制在5-10分鐘左右外，對于重要的實驗現(xiàn)象要給予重點的標記提示。為考核學生的學習情況，微視頻制作中應設置測驗環(huán)節(jié)，測驗題目以填空、選擇、判斷為主，學生測驗通過方可繼續(xù)學習，若未通過，則需重新學習相關內容。

制作實驗多媒體課件：利用Powerpoint軟件制作多媒體課件，課件內容包括實驗目的、實驗原理、儀器藥品、實驗操作步驟、數(shù)據(jù)處理、實驗注意事項、與實驗有關的擴展知識等方面。實驗多媒體課件是學生了解、認識實驗的基礎平臺，是學生在進行視頻學習前的重要鋪墊。多媒體課件不是實驗教材的電子版，在課件制作中，一定要考慮學生的學習感受，力求做到重點突出、簡單明了，對使用的字體、字號及幻燈片的放映方式進行合理的統(tǒng)一設置。

制定實驗預習思考題目：思考題目的內容涉及實驗目的、操作注意事項及事故處理預案等等。實驗思考題目的設置可以引導學生思考，如什么實驗要如此設計，為什么要選擇這種儀器，為什么要如此組裝，為什么要選擇該實驗條件等等這些原本非常重要但卻被學生忽視的問題[8]。根據(jù)“最近發(fā)展區(qū)原理”，題目難易程度應適中，簡單的問題起到強調知識點的作用，有一定深度的題目可以使學生感覺到挑戰(zhàn)性，激發(fā)其學習的興趣。

2.基于翻轉課堂教學模式下的物理化學實驗教學嘗試

以“乙醇飽和蒸氣壓測定”實驗為例，介紹翻轉課堂教學模式在物理化學實驗中的應用。

（1）課前

學生在課前一周下載教師發(fā)布的學習素材進行自主學習。首先通過多媒體課件了解“乙醇飽和蒸氣壓測定”實驗的基本內容，再通過觀看視頻對實驗場景和實驗操作過程有更進一步的認識，在整個觀看過程中學生要完成數(shù)道題目，答對方可繼續(xù)學習，若未通過，則需重新學習相關內容。最后需要完成有關實驗的預習思考題，如：“本實驗采用的是動態(tài)法測定乙醇的飽和蒸氣壓，除此以外還有哪些測定的方法，不同方法的適用條件是什么，如果操作失誤，測定過程出現(xiàn)了空氣倒灌，應該怎樣解決？”。對這類有知識延伸性、有問題預見性的題目的思考可以加深學生對實驗原理的理解，更有助于其獨立設計實驗能力的培養(yǎng)。在素材學習過程中，學生要認真記錄遇到的問題，并盡可能利用現(xiàn)有資源查找答案，對于仍未解決的問題可以帶到課堂與教師、同學進行討論。為督促學生進行思考，教師會要求每組實驗學生必須準備一道以上與本實驗相關的問題供同學們在課堂進行討論。

（2）課上

教師組織學生進行實驗操作，分為實驗前準備、實驗中操作、實驗后總結三個階段。

在實驗準備階段，教師首先組織學生討論在學習“乙醇飽和蒸氣壓測定”實驗素材中遇到的問題。一個問題提出后，先由學生之間進行討論、作答，教師最后總結，給出自己的答案。在生生、師生討論中，學生不但可以解開自己的疑惑，而且會受到其他同學所提問題的啟發(fā)，加深對實驗的認識。此后，教師對本實驗操作中的注意事項進行強調，由于觀看感受和操作感受是有差異的，因此開辟了“實踐區(qū)”，在教師的統(tǒng)一指導下，讓學生對重要實驗環(huán)節(jié)進行嘗試。在“乙醇飽和蒸氣壓測定”這個實驗中，減壓是學生普遍感覺不好控制的環(huán)節(jié)，教師會在課堂上組織學生使用公選儀器進行實際減壓操作練習。真實的操作，會使學生體會到如何通過控制閥門大小從而達到控制減壓速度、減壓數(shù)值的目的，這樣可以大大提高學生實驗的成功率，增強學生在獨立實驗環(huán)節(jié)的自信心。

在實驗進行階段，學生直接按照設計流程進行實驗、觀察實驗現(xiàn)象、填寫實驗報告。有效的預習，充足的準備會極大地提高學生實驗的動機和效率，同時也讓學生更專注于實驗過程的操作和對實驗現(xiàn)象的觀察。教師要走到學生中間去跟蹤指導學生操作，并加以記錄。對于學生操作中出現(xiàn)的錯誤，教師不是急于直接指出，而是引導其發(fā)現(xiàn)問題并自己找到答案。例如：為使空氣排凈，“乙醇飽和蒸氣壓測定”實驗要求最初水浴溫度在85℃左右，然而有些小組為了節(jié)省時間未達到要求就開始測定了，造成測定的乙醇正常沸點偏小。面對有偏差的實驗結果，學生習慣于把問題歸咎于儀器和藥品，此時教師就要引導學生從自身操作方面尋找問題。提醒學生注意實驗需要的條件是什么，引導其思考為什么要選定該條件，最終幫助其分析得出空氣的存在對飽和蒸氣壓測定的影響。在課堂的觀察中，教師會對于預習充分、操作較好的同學給予肯定，并鼓勵其積極思考，提出實驗方面的改進意見；對于實驗態(tài)度不端正，學習主動性較差的同學，教師也會耐心的加以引導，使其逐漸體會到實驗的樂趣。

在實驗結束后，教師組織學生進行本次實驗總結，并根據(jù)記錄情況對各組同學的預習情況、操作表現(xiàn)以及分工協(xié)作情況進行點評。

（3）課后

通過QQ群，教師和學生可以繼續(xù)對有關實驗的問題進行交流互動。要求學生在實驗報告中進行實驗反思，總結成功的經驗，分析失敗的原因。教師根據(jù)學生課前預習階段的完成情況 （30%）、課上實際的操作情況（40%）以及實驗后的總結情況（30%）更加客觀、全面地給出學生成績。

3.實施效果

在物理化學實驗中嘗試采用翻轉課堂的教學模式，取得了較好的效果。學生普遍反映實施翻轉課堂后，對實驗課的重視程度有較大提高，會付出更多的努力在課前的準備上；能夠根據(jù)自己的實際情況進行自主學習，對于實驗理論及操作原理的理解好于單純的教師講解；自己在課上有更加充足的時間用于實驗操作，達到了提高實驗技能的目的；在實驗中遇到問題，不再只是依賴教師，而是能逐漸學會獨立思考，鍛煉了自己分析、解決問題的能力。

4.需要進一步完善的方面

作為一種新型的教學模式，翻轉課堂的優(yōu)點顯而易見，然而要想達到預期目標，實現(xiàn)有效的課堂翻轉，還需要解決以下幾個方面的問題。

（1）提高教師的綜合能力

相較于傳統(tǒng)的教學模式，翻轉課堂對教師的綜合能力提出了更高的要求，主要表現(xiàn)在：教師需要較強的專業(yè)知識設計實驗內容，需要一定的信息技術處理能力完成素材的制作與發(fā)布，需要高水平的教學能力實現(xiàn)對課堂活動的組織、策劃，需要良好的溝通能力進行與學生的交流、互動[9]。教師綜合實力的增強一方面需要教師本人能將更多的精力投入到教育教學上，注重在實踐中摸索總結經驗，另一方面也需要學校創(chuàng)造條件，給教師提供更多相關技能培訓的機會。

（2）提高學生對翻轉課堂學習模式的認知

在實踐中發(fā)現(xiàn)，有些學生對于翻轉課堂學習模式認識不夠，不重視課前的自學環(huán)節(jié)，仍舊單純依賴教師在課堂的講解，還有部分學生雖然進行了自學，但效果不理想，難以抓住學習素材中的重要內容。對于以上存在的學生學習態(tài)度和學習方法的問題，教師還需進一步的進行引導和幫助。

（3）提高微視頻制作的水平

作為學生主要的學習素材，微視頻制作的水平直接影響學生的學習效果和學習熱情。要達到教學視頻與教學目標、課程設計、教學內容相匹配，往往需要教師自行制作教學視頻[3]。教師應精心設計、合理安排視頻錄制內容，做到重點、難點明確，重要實驗現(xiàn)象突出。為有效引導學生積極參與教學視頻的學習，視頻制作應適當加入動畫、音樂作為輔助，引入互動性元素增強學生的參與感，但不可喧賓奪主。

（4）建立更為便捷的學習素材發(fā)布、學習互動平臺

目前，學習素材的發(fā)布主要是利用QQ群、公共郵箱和學院網(wǎng)絡平臺，學生反映比較分散，而且在網(wǎng)絡不暢的情況下，會耽誤課程的學習。建立通暢的學習和交流平臺，統(tǒng)一完成課程信息的發(fā)布、學習資源的共享與下載、課前課后學生反饋問題的收集，是今后改進的方向[10]。

五、結論

通過以上對翻轉課堂教學模式的優(yōu)勢及其適用性的分析，并結合自身的實踐應用，筆者認為翻轉課堂教學模式的實施真正實現(xiàn)了以教師為主導，學生為主體，它給教學參與者帶來了積極的變化，是能夠有效提高高校基礎化學實驗課程教學質量的有益嘗試。

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