翻轉課堂教學模式在基礎化學實驗中應用實踐的探析

王 靜，羅世忠

基礎化學實驗是一門將基礎理論與實驗技能相融合的綜合性實踐課程,主要授課對象是大一新生。作為第一門實驗課程,基礎化學實驗在培養(yǎng)大學生動手能力、鞏固理論知識、激發(fā)專業(yè)興趣、開發(fā)創(chuàng)新能力等方面都起著至關重要的作用[1]。

傳統(tǒng)的基礎化學實驗教學模式是以課前預習—教師講解—學生模仿—完成實驗報告為主線,學生在學習中往往只是被動接受相關實驗的理論知識與操作技能,其主導地位和自主學習能力的培養(yǎng)被忽視[2]。盡管各高校試行了多種教學改革,但實驗課的效果與期望卻相差較遠[1]。

國家級實驗教學示范中心評審指標體系中提出實驗教學的新理念, “以人為本,堅持傳授知識、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展”[3]。現(xiàn)階段,在我國高等院校教學中,積極實施了翻轉課堂教學模式。對于基礎化學實驗課,翻轉課堂模式可以在實踐中留給學生更多的學習時間,學生自主搜集資料、掌握相關知識,進行自我知識延伸,提高動手操作能力,將理論與實驗相融合。教師減少授課時間,不再是知識灌輸和傳授的中心,而成為學生學習的推動者,增強師生的互動性。從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力,激發(fā)學生的潛在興趣和能力[4-5]。

1 翻轉課堂教學模式

翻轉課堂模式是從美國引入的一種新興的教學模式,是指重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時間,將學習的決定權從教師轉移給學生。學生在課前利用教師分發(fā)的數(shù)字材料 (如音視頻、電子教材等)自主學習課程,然后在課堂上參與同學和教師的互動活動(釋疑、解惑、探究等)并完成練習的一種教學形態(tài)[6]。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,該教學方法引起人們的關注,在美國逐漸流行起來,并不斷推廣實踐到多個國家和學科[7]。

在傳統(tǒng)教學的過程中,教學時間主要用在“教”,對 “學” 不夠重視,用在 “教” 與 “學”之間交流溝通的時間更是少之又少。

翻轉課堂教學模式是對傳統(tǒng)教學程序的重組。教師首先制作優(yōu)良的教學視頻,讓學生在課前觀看并學習視頻中講授的內(nèi)容。課堂上教師有針對性地對學生反饋的問題加以教學指導、解答疑惑和分析討論。在互動交流中,教師能夠分析發(fā)現(xiàn)不同學生的學習程度,做到有針對性地個別教學指導。“教”的目的是實現(xiàn)學生的 “學”,學生作為教學過程中的主體,重視學生 “學”的程度,將課堂時間主要用在 “教”和 “學”的充分互動結合上[8]。

可以看出,翻轉課堂教學模式改變了形式單一的傳統(tǒng)教學模式,讓學生掌握主動權,留給學生更多的學習活動時間,有利于鍛煉學生的獨立思考能力和自主學習能力,激發(fā)學生對專業(yè)知識的興趣。

2 基礎化學實驗課堂現(xiàn)存問題

總結發(fā)現(xiàn),基礎化學實驗課堂主要存在以下問題：

1)學生在進入實驗室之前的預習,只是根據(jù)課本上所列原理知識點粗淺的抄寫在預習報告上,未進行整理思考。在課堂上學生單向被動接受教師的講解,僅機械地重復教師講解的實驗[9],并未真正將理論與實驗相結合。這點在實驗考試中可以看出,對原理知識點出錯較多,尤其是無機元素性質(zhì)實驗。

2)在前兩次的實驗中,學生對細節(jié)的操作能夠多加注意。隨著不同實驗內(nèi)容的開展,學生出現(xiàn)對操作要點松懈遺忘的狀況。例如,滴定管的讀數(shù)、操作,配制溶液時容量瓶的定容和有效數(shù)字等。即使教師發(fā)現(xiàn)并及時提醒糾正,但同樣的錯誤學生依然會出現(xiàn)。也就是教師在初次實驗課上要求學生良好的實驗習慣并未慢慢養(yǎng)成,而是出現(xiàn)了偏差。

3)綜合實驗的操作程序較多,學生理不清實驗操作順序,不懂得如何統(tǒng)籌安排,導致浪費時間。而實驗時間較長時,學生往往失去耐心,造成實驗數(shù)據(jù)較差,效果并不理想。

4)對基礎化學實驗報告,首先從格式上經(jīng)過多次的糾正,效果并不理想。比如,數(shù)據(jù)表格的格式、單位、表頭；圖的橫縱坐標、單位、刻度的分布。報告中實驗的理論依據(jù)僅僅局限課堂講授知識點,未再進行查閱補充。對重點總結分析不夠透徹,條理不清晰,尤其是因操作造成的誤差,會出現(xiàn)習以為常的錯誤想法。

面對學生出現(xiàn)的實驗基本技能不扎實,尤其是重復出現(xiàn)的問題,教師必然要對教學中的各環(huán)節(jié)進行反思。傳統(tǒng)課堂的教學中,教師在講解過程中主要通過 “講深、講透”的直接形式,提前示范實驗操作過程,并加以詳細講解。在教師一味地傳授過程中,學生被動接受,僅模仿教師的操作,思考欠缺,未經(jīng)過自身的主動思考整理,造成錯誤操作,多次糾正后仍無效果,養(yǎng)成不良的實驗習慣[10]。尤其是多次實驗課之后,學生的興趣不斷降低,而這勢必對學生的專業(yè)興趣產(chǎn)生影響。

3 基礎化學實驗翻轉課堂教學模式中教師引導作用

翻轉課堂教學模式對整個教學過程的程序進行了重構,時間做了重新分配。翻轉課堂教學模式并不是一味地將任務和責任推給學生,相反的,要求教師具有更加嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和高度的責任心,以及扎實的專業(yè)知識[11]。教師在充分組織設計課程的前提下有針對性地進行講解,學生充分發(fā)揮學習自主性,加強與教師的互動溝通。

3.1 教師課前設計

翻轉課堂教學模式中,教師對課堂教學方式和內(nèi)容的設計變得更加重要。教師應根據(jù)實驗教學任務要求和班級差異,制作優(yōu)良、精簡的實驗視頻或PPT課件。在查閱大量知識的基礎上為學生提供相關案例,并與當前研究前沿或是熱門應用相結合,避免學生出現(xiàn) “實驗無用”的思想,打開學生思維,保持學生對實驗動手操作的熱情。例如,在無機元素性質(zhì)實驗中,引導學生除了觀察反應顏色變化,同時可以仔細觀察出現(xiàn)的沉淀的不同,如絮狀、顆粒狀或是片狀沉淀,從而引出納米的概念和意義。再比如,在 “復方氫氧化鋁藥品中鋁和鎂的測定”實驗中,引導學生思考農(nóng)藥殘留的測試方法等。

教師除了周密、科學地設計實驗原理教學外,教學課件中同樣重要的是清晰講解實驗操作步驟,正確演示實驗操作,引導學生將無序的實驗步驟整理為有序的操作,合理安排實驗時間；引導學生將實驗原理融合在實驗操作中,邊實驗邊思考。精心準備組織的教學課件要將實驗的方法和科學嚴謹?shù)乃枷雮鲗Ыo學生。

3.2 教師課堂引導

教師應提前通過預習報告了解學生對實驗的預習情況。在實驗課堂上,教師減少講解時間,對已知的學生疑惑點展開針對性地討論。還可以根據(jù)學生的反饋和經(jīng)驗設計一些需要通過實驗驗證的問題,讓學生在實驗中思考驗證[12]。

基礎化學實驗課的課堂有充足的時間給學生來完成,教師相對有時間仔細觀察學生的實驗能力。教師在課堂巡視中,根據(jù)學生實驗中具體提出的問題,進行一對一的答疑輔導。對重復出現(xiàn)的操作問題,及時糾正并引導學生思考原因和可能產(chǎn)生的結果,使學生從思想上充分認識到錯誤操作的后果,以避免重復出錯。引導學生養(yǎng)成科學嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度,理論解釋現(xiàn)象的思維,合理安排實驗步驟的方法,分析解決實驗問題的能力。課堂中,教師更多的是答疑解惑,與學生及時展開面對面的交流溝通,及時了解學生對原理知識和實驗操作掌握的情況,將課堂收集到的信息補充優(yōu)化到教學課件,總結翻轉課堂教學模式在基礎化學實驗課實施中的教學經(jīng)驗。

4 基礎化學實驗翻轉課堂教學模式中學生主導作用

翻轉課堂教學模式在基礎化學實驗中的探索,立足學生學習實驗的實際情況,充分認識到不足之處,重視培養(yǎng)學生在學習過程中的自主地位和自主學習能力,提高基本操作水平和獨立從事化學實驗的能力[5]。

4.1 學生充分的課前預習

隨著電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展和網(wǎng)絡信息的急劇增加,網(wǎng)絡可以利用的資源越來越豐富。學生可以在網(wǎng)絡上查找相關實驗視頻和教師制作的實驗視頻,對容易出現(xiàn)的操作失誤先有初步的認識。

剛接受大學教育的新生,存在 “重知識點輕方法”的現(xiàn)象,對文獻查閱的重要性認識不足。通過教師的指導,學生結合課本對實驗原理及操作進行預習,同時查閱相關文獻,延伸知識點,開拓思路。預習過程中發(fā)現(xiàn)的疑難問題,先查閱文獻,嘗試思考解答,將無法解答的問題可以體現(xiàn)在預習報告上,在課堂上與教師一同尋找答案。

基礎化學實驗的每次實驗,其中需要注意的細節(jié)點較多,而且每一步的操作都要有理論依據(jù)。在完成兩三次實驗后,引導學生用學習到的原理知識點解釋實驗中每一個步驟的原因,真正做到有理有據(jù)。這樣,學生在動手操作時才不會出現(xiàn)重復出錯。由此,也避免了教師不斷地強調(diào)、糾正的局面。更重要的是,這樣做使學生逐漸養(yǎng)成不斷探究化學奧秘的習慣[4]。

4.2 學生課堂實驗

學生根據(jù)預習和教師講解的內(nèi)容,獨立動手操作實驗,用理論指導實驗,并仔細觀察實驗現(xiàn)象,對出現(xiàn)的特殊情況,首先獨立思考,尋找答案。也可以思考后及時將現(xiàn)象和問題反饋給教師,共同討論探索原因和答案。學生自發(fā)的思考及總結能力得到鍛煉,化學思維在長期的學習過程中也得到提升[6]。同時,通過自己的動手操作,改掉容易出現(xiàn)的錯誤,避免眼高手低。例如,在儀器的使用方面,初次接觸儀器時,教師給學生介紹如何根據(jù)說明書使用儀器的方法；再次使用儀器時,根據(jù)說明書自主使用儀器的摸索階段便是主動學習的過程。

基礎化學實驗課堂不同于理論課的理解掌握,在化學實驗動手操作過程中,學生往往不能發(fā)現(xiàn)操作中的小失誤,有時甚至對無法用理論知識解釋的實驗現(xiàn)象 “百思不得其解”。所以,學生除了獨立完成實驗,將實驗中存在的困惑及時反饋給教師,與教師師進行現(xiàn)場溝通交流顯得尤為重要。因此說,翻轉課堂教學模式在基礎化學實驗課中的實踐過程中,要根據(jù)不同學生的實驗操作掌握程度,將課堂的答疑解惑和溝通交流作為重點。通過學生自主學習操作和教師的交流引導,養(yǎng)成良好的實驗習慣和掌握獨立完成實驗的方法。

4.3 學生總結與自我反思

不同于理論課程,基礎化學實驗課結束后學生必須對本次實驗進行總結。在實驗報告上,學生思考回答課后思考題和實驗中的疑惑,反思實驗中操作失誤和誤差產(chǎn)生的原因,對學習效果進行自我評價,了解自己是否達到了既定的學習目標。學生在復習的同時,提高自主學習能力,思維方式也將逐漸上升。同時,學生可以在總結中體現(xiàn)自己對實驗的認識想法和教師授課的意見,以便于教師和學生能夠更好地了解溝通,教師補充課程內(nèi)容,優(yōu)化實驗方案。

圖1 翻轉課堂教學實施方案示例流程圖

青島科技大學的基礎化學實驗主要是針對分析化學和無機化學開展的,集中在滴定實驗和元素性質(zhì)實驗,每學期都安排有綜合實驗,學生可以獨立完成由檢索查閱、整理思路、動手操作到數(shù)據(jù)整理、報告總結的過程。在整個自我思考、動手過程中,學生得以鍛煉,提高獨立工作的能力。經(jīng)過幾次的訓練后,學生可獨立完成總結和自我反思,為今后快速適應工作學習做好基礎。

5 翻轉課堂教學模式實施案例設計

基礎化學實驗因?qū)W時和班級數(shù)量的限制,學生的實驗安排并非與理論課完全同步,而實驗與實驗之間又是獨立的,學生完成一次實驗后,經(jīng)常出現(xiàn)印象不深,重復出錯的問題。根據(jù)基礎化學實驗特點,在翻轉課堂教學過程中,學生可以分成小組開展實驗,加強小組間在實驗結束后的交流,以評判實驗數(shù)據(jù),得出實驗結論。

實驗前要求學生在觀看實驗課件 (PPT)和網(wǎng)絡視頻的前提下,根據(jù)實驗原理涉及內(nèi)容,通過查閱文獻拓展專業(yè)知識點；根據(jù)實驗步驟和操作,思考實驗過程中應注意的操作,分析每一步操作的原因和可能出現(xiàn)的問題。實驗過程中必須利用預習的內(nèi)容和理論知識解決出現(xiàn)的常見問題。實驗結束后,每位學生整理查閱文獻、實驗情況展開討論,解釋疑惑點,探討實驗方案優(yōu)化點,評價實驗數(shù)據(jù),對實驗進行總結。本文以 “Na2S2O3標準溶液的配制、標定及間接碘法測定CuSO4中銅含量 ”實驗為例,翻轉課堂教學實施方案示例流程如圖1所示。

6 結束語

翻轉課堂教學模式在基礎化學實驗中的實施,立足學生學習、操作的實際情況,以學生為中心教學模式的研究仍處在探索和積累經(jīng)驗中,需要在循序漸進中不斷改進。結合實驗課內(nèi)容的不同,完善翻轉課堂教學的各個環(huán)節(jié),構建出適合教師和學生學習的創(chuàng)新模式,以培養(yǎng)擁有扎實專業(yè)基礎理論知識,具備較強的動手能力和良好科學素養(yǎng)的應用型人才。

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