分析化學(xué)“翻轉(zhuǎn)課堂”的嘗試與探討

吳碩等

摘 要：為了培養(yǎng)高素質(zhì)的具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的人才，也為了更好地應(yīng)對MOOC等在線課程的興起對傳統(tǒng)教學(xué)模式所帶來的巨大挑戰(zhàn)，我們將“分析化學(xué)資源共享課”和“分析化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室”等優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)資源引入分析化學(xué)的教學(xué)中。將學(xué)生基礎(chǔ)較扎實(shí)、易于理解的部分章節(jié)安排學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)自學(xué)，并通過設(shè)計(jì)不同層次的問題對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)和督促。在節(jié)約的學(xué)時(shí)內(nèi)進(jìn)行重點(diǎn)、難點(diǎn)的深入解析和“案例型”等先進(jìn)教學(xué)方式的開展。通過學(xué)生講述問題解決方案和組織課堂討論等方式，突出學(xué)生在教學(xué)中的主體地位，讓學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中變成發(fā)現(xiàn)、理解、評價(jià)和應(yīng)用知識的主動(dòng)參與者，使他們不僅具有批判性和創(chuàng)造性思維能力，而且具有提出問題、分析問題、解決問題和評價(jià)問題的實(shí)際操作能力，真正達(dá)到知識、能力和素質(zhì)的高度統(tǒng)一。

關(guān)鍵詞：MOOC；翻轉(zhuǎn)課堂；分析化學(xué)；案例式教學(xué)

一、在分析化學(xué)課堂教學(xué)中引入MOOC等網(wǎng)絡(luò)資源的必要性

在教育部的推動(dòng)下，由愛課程網(wǎng)與網(wǎng)易云課堂合作推出的“中國大學(xué)MOOC”項(xiàng)目于2014年5月正式上線。目前，已有包括工程技術(shù)、文學(xué)藝術(shù)、哲學(xué)歷史、經(jīng)管法學(xué)、基礎(chǔ)科學(xué)和農(nóng)林醫(yī)藥等領(lǐng)域在內(nèi)的近百門課程相繼在中國大學(xué)MOOC網(wǎng)站完成上線。

在分析化學(xué)領(lǐng)域，目前在愛課程網(wǎng)上的資源共享課模塊上線的課程就有9門之多。可以說，MOOC的出現(xiàn)，對傳統(tǒng)教學(xué)模式產(chǎn)生了巨大的沖擊。在這一背景下，如何才能在網(wǎng)絡(luò)資源盛行的大背景下有效保持傳統(tǒng)課堂的吸引力，已成為一線授課教師所面臨的主要挑戰(zhàn)。

另一方面，由于科學(xué)知識的爆炸式發(fā)展，學(xué)生要學(xué)的東西越來越多，大學(xué)中各門課程所占的學(xué)時(shí)數(shù)都在不斷刪減[1]。為了順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，我校工科“分析化學(xué)”課程的學(xué)時(shí)數(shù)也刪減到了32學(xué)時(shí)，講授的內(nèi)容卻需涵蓋化學(xué)分析和儀器分析兩大部分。為了保證課堂教學(xué)效果，我們在過去的幾年進(jìn)行了一系列的改革，如：有效使用多媒體等現(xiàn)代化教學(xué)手段，通過動(dòng)畫、PPT等現(xiàn)代化教學(xué)方式演示滴定分析過程、儀器結(jié)構(gòu)、分析測試流程和原理等，使學(xué)生對分析方法產(chǎn)生感性認(rèn)識，促進(jìn)學(xué)生快速有效地掌握相應(yīng)的分析方法；提煉知識點(diǎn)之間的共性、區(qū)分差異性，重新規(guī)劃講授脈絡(luò)，有效減少課內(nèi)學(xué)時(shí)。在這些改革措施的促進(jìn)下，我?！胺治龌瘜W(xué)”課程的教學(xué)質(zhì)量得到了保證，并于2004、2012年分別獲評“國家精品課程”、“遼寧省優(yōu)質(zhì)資源共享課”，2013年入選國家級精品資源共享課立項(xiàng)項(xiàng)目。然而，由于“分析化學(xué)”課程涉及大量有關(guān)有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)和結(jié)構(gòu)化學(xué)等學(xué)生在開課學(xué)期尚未接觸的專業(yè)知識，這些現(xiàn)狀的存在使“分析化學(xué)”課程具有知識點(diǎn)多、內(nèi)容跨度大、學(xué)時(shí)少等特點(diǎn)。為了節(jié)省課時(shí)，傳統(tǒng)的以教師講授為主的教學(xué)方法在課程中還是占了很大的比重。如何才能有效利用有限的學(xué)時(shí)，既能講透知識點(diǎn)，又能開闊學(xué)生視野、鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力和創(chuàng)新能力就成了分析化學(xué)專業(yè)所有授課教師所關(guān)心的重要問題。

MOOC的興起在使我們一線授課教師感到壓力的同時(shí)，也讓我們隱隱感覺到分析化學(xué)課程似乎也迎來了新一輪的發(fā)展契機(jī)。如果能夠?qū)OOC以及種類繁多的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源合理引入到分析化學(xué)的教學(xué)中，有效調(diào)動(dòng)起學(xué)生的課外時(shí)間，將可以有效節(jié)約出課內(nèi)學(xué)時(shí)，進(jìn)而可以實(shí)施問題式、啟發(fā)式和師生互換角色式等先進(jìn)的教學(xué)方式[2]，有望進(jìn)一步提高分析化學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)基礎(chǔ)深厚、視野寬廣的創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。因此，在這一想法的促動(dòng)下，我們在過去的一年內(nèi)嘗試將我校在愛課程網(wǎng)上線的“分析化學(xué)”精品資源共享課引入分析化學(xué)的教學(xué)中，選取部分內(nèi)容進(jìn)行課堂翻轉(zhuǎn)，在教學(xué)方法的改革上進(jìn)行了一些嘗試。

二、將網(wǎng)絡(luò)資源引入課堂教學(xué)中的具體方法

1.精煉教學(xué)內(nèi)容，充分利用MOOC等網(wǎng)絡(luò)資源

為了更有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源，我們將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重新規(guī)劃：將重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行提煉，將一些難度較低和應(yīng)用性較強(qiáng)的內(nèi)容安排學(xué)生利用課外時(shí)間通過網(wǎng)絡(luò)自學(xué)；利用節(jié)約的課時(shí)進(jìn)行詳解重點(diǎn)難點(diǎn)和開展案例式、問題導(dǎo)向式等利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的教學(xué)方式。

比如，我校滴定分析一章的學(xué)時(shí)數(shù)為8個(gè)學(xué)時(shí)，教學(xué)內(nèi)容可分成滴定分析概述、化學(xué)平衡、滴定分析原理和滴定分析應(yīng)用四部分，對應(yīng)的教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)分別為1、3、2、2。在我校分析化學(xué)課程在愛課程網(wǎng)上線后，我們將“沉淀滴定”和“滴定分析應(yīng)用”兩部分的教學(xué)內(nèi)容安排學(xué)生利用愛課程網(wǎng)自學(xué)。由于本章的核心知識點(diǎn)已經(jīng)在課上講授完成，學(xué)生在自學(xué)具體分析方法的應(yīng)用時(shí)，已經(jīng)具備了相關(guān)的知識儲(chǔ)備，自學(xué)的難度并不大。通過網(wǎng)上自學(xué)，可以節(jié)省出約2.5個(gè)學(xué)時(shí)的教學(xué)時(shí)間。我們將1學(xué)時(shí)用于更加詳細(xì)地討論化學(xué)平衡、滴定分析曲線、指示劑選取等本章的重點(diǎn)和難點(diǎn)，使學(xué)生能夠在課上深入理解相關(guān)概念、掌握滴定分析中的相關(guān)計(jì)算，并能夠掌握設(shè)計(jì)和應(yīng)用滴定分析方法的思路和主要注意問題；利用0.5學(xué)時(shí)用于課上提問，檢查相關(guān)知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)情況；1學(xué)時(shí)用于設(shè)計(jì)案例的課堂討論和點(diǎn)評。我們會(huì)設(shè)計(jì)一些涵蓋整章知識點(diǎn)的案例式問題，安排學(xué)生在自學(xué)完成后分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并利用課上時(shí)間進(jìn)行講解、討論和點(diǎn)評。通過這種方式，既可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，又可以加深學(xué)生對知識點(diǎn)的理解和整章知識的融會(huì)貫通。

2.多層次的問題設(shè)計(jì)，有效引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自學(xué)

為了保證自學(xué)效果，我們設(shè)計(jì)了多層次的問題對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)和督促。比如，自學(xué)部分包含“雙指示劑法滴定測定堿灰中各組分的含量”的內(nèi)容。在安排自學(xué)任務(wù)時(shí)，我們給學(xué)生布置了一系列問題，如：混合酸堿或多元酸滿足什么條件可實(shí)施分步滴定？本例中為什么要選用酚酞和甲基橙做指示劑？每個(gè)指示劑變色時(shí)對應(yīng)的是哪個(gè)組分的含量？如果不采取連續(xù)滴定而采取平行滴定的方式，每個(gè)指示劑變色時(shí)對應(yīng)的具體組分是什么？這些問題起到了提綱挈領(lǐng)的作用，可以幫助學(xué)生掌握核心知識點(diǎn)。此外，學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)，可以促進(jìn)學(xué)生思考，幫助學(xué)生更深入地理解相關(guān)的內(nèi)容。

除這些小問題外，我們還會(huì)設(shè)計(jì)一些綜合性問題。我們希望學(xué)生在學(xué)習(xí)基本理論和具體的分析案例后，能夠具備獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、分析問題和解決實(shí)際問題的能力。在問題提出后，學(xué)生采取自愿報(bào)名的方式，3～5人自愿組合為1組，推舉出組長。在2～3周的時(shí)間內(nèi)，學(xué)生需要完成資料查閱和方案設(shè)計(jì)等相關(guān)工作。而后教師會(huì)利用課上時(shí)間組織學(xué)生講述設(shè)計(jì)思路，展開討論，并進(jìn)行點(diǎn)評。具體的實(shí)驗(yàn)問題我們借鑒了中科大的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容“白云石中鈣和鋇含量的分別測定”。白云石含量的測定有多種實(shí)驗(yàn)方案可選，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及酸堿、配位和氧化還原滴定等內(nèi)容的綜合運(yùn)用。為了完成這個(gè)題目，學(xué)生需要先明確白云石包含哪些成分、主要成分含量的大概范圍、可能含有哪種干擾、該如何排除、具體可采用哪種滴定方法、應(yīng)選用什么指示劑、具體的操作條件是什么、不同實(shí)驗(yàn)方案的可行性、方案成功實(shí)施的關(guān)鍵因素和各自的優(yōu)勢是什么等一系列問題，中間涉及各知識點(diǎn)的融會(huì)貫通。這種方式極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并可以有效鍛煉學(xué)生的文獻(xiàn)調(diào)研能力、自學(xué)能力、表達(dá)能力和實(shí)際解決問題的能力等。而教師的點(diǎn)評又可以加深學(xué)生對知識點(diǎn)的認(rèn)知，達(dá)到了較好的教學(xué)效果。endprint

3.設(shè)計(jì)高沉浸感的實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件，加深學(xué)生對滴定分析實(shí)驗(yàn)的理解

由于在講授滴定分析課程的過程中，只有很少數(shù)的學(xué)生已經(jīng)完成了滴定分析實(shí)驗(yàn)，大多數(shù)同學(xué)對整個(gè)滴定過程缺乏足夠直觀的了解。為了幫助學(xué)生理清思路，更透徹地理解滴定分析原理和有效完成綜合性實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，我們教研室設(shè)計(jì)了具有高沉浸感的實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件。通過一系列實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件，學(xué)生在電腦或手機(jī)上就可以完成“堿灰中總堿度的測定”等一系列滴定分析實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練。教學(xué)軟件生動(dòng)逼真的畫面、高沉浸感的設(shè)計(jì)、高參與度的智能操作以及對操作中出現(xiàn)問題的及時(shí)反饋極大地吸引了學(xué)生的興趣，讓學(xué)生在輕松的氛圍內(nèi)就完成了滴定分析實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練。對滴定分析過程的全面了解有效促進(jìn)了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的掌控，使學(xué)生可以更加有的放矢地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，從而有利于保證自學(xué)的效果。

4.充分利用網(wǎng)絡(luò)交流平臺促進(jìn)師生和生生交互

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，留言板、QQ、微信等現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)交流平臺層出不窮。有效地利用這些現(xiàn)代化的交流平臺，可方便師生和生生之間的交互。我們在開課之初，就建立了分析化學(xué)課程的QQ群。通過課程QQ群，我們可以發(fā)布作業(yè)、上傳課件和教學(xué)資料、討論課上講授內(nèi)容、解答習(xí)題和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案中遇到的問題。由于完全不受時(shí)空的限制，師生和生生之間的交流效率得到了極大地提高。而當(dāng)學(xué)生在自學(xué)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中遇到問題時(shí)也可以第一時(shí)間與任課教師或其他同學(xué)溝通，順暢的溝通與問題解答可幫助學(xué)生樹立起學(xué)好分析化學(xué)的信心，利于改革方案的順利實(shí)施。

5.改進(jìn)考核方式，保障網(wǎng)絡(luò)自學(xué)效果

為了保證自學(xué)效果，考核和激勵(lì)也是必不可少的。為了提高學(xué)生的參與度，我們增加了平時(shí)成績的比重。平時(shí)成績由課堂表現(xiàn)（如對課前提問的掌握情況、參與討論的積極性）、網(wǎng)上討論參與度、作業(yè)完成情況等綜合考慮，占總成績的15%。由于學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和討論實(shí)驗(yàn)的過程中，需要學(xué)生綜合運(yùn)用本章所學(xué)的所有知識，既考查了基礎(chǔ)和課堂授課效果，又鍛煉了學(xué)生的思維能力、思辨能力和創(chuàng)新能力等，比傳統(tǒng)的以出勤率和解題為主的成績評定方式更有利于學(xué)生的發(fā)展。

三、存在問題及解決方案

相對于傳統(tǒng)的授課方式，翻轉(zhuǎn)課堂形式的授課對授課教師和學(xué)生都提出了更高的要求。對教師而言，為了保障翻轉(zhuǎn)課堂的效果，教師不僅要具有非常扎實(shí)的理論功底，而且需具有很強(qiáng)的課堂應(yīng)變能力；對學(xué)生而言，由于在高中階段養(yǎng)成的依賴教師講解的學(xué)習(xí)習(xí)慣還在主導(dǎo)著他們的思維，學(xué)生有些不太適應(yīng)翻轉(zhuǎn)課堂這種以自學(xué)為主的教學(xué)方式。而為了達(dá)到學(xué)習(xí)效果，學(xué)生還需投入更多的時(shí)間和精力進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)自學(xué)、文獻(xiàn)調(diào)研和方案設(shè)計(jì)。對于教師，更好地完成教書育人的任務(wù)是職責(zé)所在；而對于學(xué)生，如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，讓學(xué)生能夠積極有效地參與課堂討論和綜合性問題的解答是我們在翻轉(zhuǎn)課堂時(shí)必須考慮的問題。

為了調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，我們目前采用的是思想鼓勵(lì)和平時(shí)分激勵(lì)相結(jié)合的方式。在實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂之前，我們會(huì)用幾分鐘時(shí)間簡短地告訴學(xué)生提升自學(xué)能力的必要性和翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式對他們自學(xué)能力、表達(dá)能力和思辨能力的培養(yǎng)作用，使學(xué)生明確翻轉(zhuǎn)課堂形式的教學(xué)是未來教學(xué)的發(fā)展趨勢，這種方式的教學(xué)確實(shí)可以提高他們的能力，讓學(xué)生在思想上不因投入更多時(shí)間而產(chǎn)生抵觸情緒。此外，我們會(huì)在QQ群里隨時(shí)回答學(xué)生提出的問題，使學(xué)生感覺到老師隨時(shí)都在身邊，使學(xué)生堅(jiān)定自己能夠在老師的幫助下順利完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的信心。同時(shí)，我們增加了平時(shí)分的比重，使做得好的同學(xué)在最后的成績中能有所體現(xiàn)。在以后的實(shí)施過程中，我們還將設(shè)置比如“大豆中鈣、鎂、鐵含量的測定”、“奶粉中蛋白質(zhì)含量的測定”、“蛋殼、飼料中高鈣物質(zhì)含量的測定”、“藥品中鋁含量的測定”等和生活更加貼近的實(shí)用型案例，或者增加與科研發(fā)展方向密切相關(guān)的實(shí)驗(yàn)案例。努力為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)條件支持，使學(xué)生能夠有機(jī)會(huì)實(shí)施自己的實(shí)驗(yàn)方案，親身體驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種問題，從而更有興趣參與其中。

在線課程的盛行在提供了異常豐富的網(wǎng)絡(luò)資源的同時(shí)，也給傳統(tǒng)課堂教育帶來了巨大的沖擊。對傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式進(jìn)行改革，改變傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)方式，在教學(xué)中合理引入MOOC等網(wǎng)絡(luò)資源，增加課堂研討的比重，將是大勢所趨。在過去的一年里，我們將課堂教學(xué)內(nèi)容中學(xué)生基礎(chǔ)較扎實(shí)，且易于理解的“滴定分析應(yīng)用”部分安排學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源和虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自學(xué)，而將節(jié)省出來的時(shí)間用于加強(qiáng)難點(diǎn)的講解和案例式問題的課堂討論。通過設(shè)計(jì)不同層次的問題對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)和督促，較好地保證了教學(xué)效果，有效地鍛煉了學(xué)生的自學(xué)能力、研究能力、邏輯思辨能力和創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)。然而，由于我們在嘗試翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法時(shí)，當(dāng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)后臺的數(shù)據(jù)分析功能還不夠強(qiáng)大，我們無法對學(xué)生通過視頻自學(xué)的情況做出統(tǒng)計(jì)，也無法嘗試習(xí)題闖關(guān)、在線提交作業(yè)和學(xué)生互評作業(yè)等利于提高學(xué)生參與度和理解能力的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段；此外，由于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式較多地占用了學(xué)生的課外時(shí)間，對學(xué)生能力和教師的課堂掌控能力也提出了更高的要求。因此，我們還需要進(jìn)一步積累經(jīng)驗(yàn)，通過單個(gè)班級試點(diǎn)、科學(xué)設(shè)計(jì)不同層次的問題等方式，循序漸進(jìn)地增加自學(xué)內(nèi)容在總教學(xué)內(nèi)容中的比重；同時(shí)結(jié)合先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)，不斷優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，有效推進(jìn)教學(xué)改革的進(jìn)行。

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[項(xiàng)目資助：大連理工大學(xué)化工與環(huán)境生命學(xué)部教改基金（HG201420）]

[責(zé)任編輯：余大品]endprint