基于SPOC的無機化學翻轉課堂教學實踐

尹愛萍 曹葉霞 趙二勞

摘 要：在無機化學課程教學中，實施SPOC翻轉課堂教學模式，取得了滿意的教學效果。以無機化學中化學熱力學基礎一章內容為例，簡要介紹了實施SPOC翻轉課堂教學模式教學的實踐，供其它課程開展SPOC翻轉課堂教學模式教學參考借鑒。

關鍵詞：無機化學；SPOC；翻轉課堂；教學實踐

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.206

隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術的高速發(fā)展，對人們的生活、學習產生了巨大的影響，不可避免地沖擊者教育行業(yè)，顛覆了傳統(tǒng)的教學方法，出現(xiàn)了慕課、微課和翻轉課堂等多種新型的教學模式[1]。作為培養(yǎng)未來中學教師的師范院校的教師，必須適應社會發(fā)展的需求，熟悉這些新的教學方法，在教學實踐中應用這些新方法，并使學生在學習掌握理論知識的同時，習得的這些新的教學方法。經過兩年多高等師范學院化學專業(yè)《無機化學》課程教學實踐發(fā)現(xiàn)，在教學中采用慕課、微課和翻轉課堂等模式教學，雖各有自己獨特的優(yōu)勢，但也存在一些明顯不足，較適宜的方法是把三者有機融合，實現(xiàn)優(yōu)勢互補。采用SPOC翻轉課堂模式教學，就符合這種要求。近半年的《無機化學》課程SPOC翻轉課堂模式教學實踐，取得比較滿意的效果。

1 SPOC起源及內涵

近年來，MOOC模式教學受到前所未有的追捧，國內一些985高校和許多211大學都建立了自己的MOOC，并紛紛上線。這使得我們這些普通大學的師生也可方便的分享到一流大學的教學資源。但采用MOOC模式教學過程中，普遍認為也存在一些弊端[2-3]，為了克服 MOOC存在的弊端和問題，一些新的在線學習形式不斷涌現(xiàn)，SPOC（Small Private Online Course）就是其中之一，SPOC就是小規(guī)模限制性在線課程，它融合了MOOC教育思想的同時，也把小眾學習，微課，集約化教育融合在一起形成一種特有的教育模式，可顯著提升MOOC學習效果。

采用SPOC教學，使線上線下課堂更加多樣化，可發(fā)揮小眾學習、集約化等在線學習的優(yōu)勢。翻轉課堂的主要內涵是將淺層的學習內容轉移到課外線上SPOC課堂，學生利用碎片化的，零散的學習時間靈活的學習，完成課前的預習，并通過討論，教師發(fā)現(xiàn)學生的疑點及困惑，利于教師對課堂情景問題的設計，解答。并在后續(xù)的線上通過測驗，反饋學生對知識的掌握情況。

無機化學是大一學生學習的一門專業(yè)基礎課，它起著承上啟下的作用，而且也有許多知識是在高中化學基礎上的拓展，深化，它承載著學生學習方法的轉變。為了提高無機化學教學質量，構建并實施了無機化學的SPOC翻轉課堂教學模式。

2 SPOC翻轉課堂教學模式

SPOC是網(wǎng)絡課堂與實際課堂的有機結合，具有翻轉課堂教學的完整流程，可分為線上SPOC平臺課前預習，線下實體課堂教學討論，拓展，加深，線上課后反思三個階段。以無機化學中化學熱力學基礎一章內容為例，簡要闡述SPOC翻轉課堂教學實踐。

2.1 線上課前預習

課前教師先設計一些有針對性的問題，引導學生閱讀教材，抓住重點；教師設計并制作ppt，建立學生的知識體系，要求學生觀看太原理工大學SPOC的相關視頻，進一步強化知識，并體會外校名師的教學風格及課堂思政的情懷，通過完成視頻中嵌入的微作業(yè)，微測驗提升學生的自信心，激發(fā)自覺學習的信心。利用SPOC翻轉課堂，學生既利用了傳統(tǒng)的書本，又使用了現(xiàn)代信息工具，使其學習不受時間空間的限制，把碎片化的零散的時間充分聚斂，最后通過ppt系統(tǒng)強化知識，學生完成問題回答和微測驗，系統(tǒng)實時記錄成績的自動反饋，作為預習成績的一部分。同時學生把自己的疑問和困惑反饋到SPOC討論平臺上，教師根據(jù)反饋設計實體課堂，進行答疑解惑、拓展討論。

2.2 實體課堂教學

教學中，學生參與教師組織的討論活動，課堂具體分為 ：①問題解析； ②研討深化拓展 ；③評價總結三個階段。

（1）問題解析。針對SPOC平臺上同學回答問題的情況，做進一步解析，課前微作業(yè)中，同學回答了標準生成焓的概念，教師拋出問題，那么白磷、紅磷和黑磷哪一個是ΔfHmΘ= 0的物質？ΔfHmΘ（Br2（s）等于零嗎？ΔfHmΘ（Br2（l））呢？水溶液中是以什么作參照來獲得離子的標準生成焓？學生回答黑磷最穩(wěn)定，其ΔfHmΘ等于零。教師挖掘定義的內涵和外延強調一定是指定穩(wěn)定單質，同時，讓學生查附錄表，恰恰是白磷的標準生成焓等于零。在教師的引導下，后兩個問題迎刃而解。通過這些問題的解析進一步強化了ΔfHmΘ的概念。另外，在學生預習的基礎上，提出熵增的化學反應一般可自發(fā)進行，那么是不是所有的熵增反應都可以自發(fā)進行？如：TiO2（s）+2C（s）=Ti（s）+2CO（g） 反應的 ΔrGm =615.2kJ·mol–1，雖然是熵增反應，但該反應卻不能自發(fā)進行。因為該反應吉布斯自由能變的數(shù)值太大，也就是說熵和焓共同決定化學反應的方向，需要看哪一方起了主導作用。同時，同學要注意吉布斯自由能變小于零的判據(jù)是針對“封閉體積，不做非體積功，恒溫恒壓的條件”。對孤立體系，ΔS孤 >0是物理化學中化學反應自發(fā)進行的判據(jù)。從而使學生對該知識點有了清晰的理解。

（2）研討深化拓展。在利用蓋斯定律計算反應的吉布斯自由能變，我們給出：

① TiO2（s） + 2Cl2（g） = TiCl4（l） + O2（g） ΔrGm=173.2 kJ·mol–1

② C（石墨） + 1/2O2（g） = CO（g） ΔrGm=-137.2 kJ·mol–1

耦合得到：

③ TiO2（s）+2Cl2（g）+2C（石墨）=TiCl4（l）+2CO（g） ΔrGm=-101.2 kJ·mol–1

請每個小組計算ΔrGΘ，并判斷反應方向能否正向自發(fā)進行？引出耦合使原來不能進行的反應變?yōu)榭梢宰园l(fā)進行的反應。從而得到ΔrGΘ計算的又一種方法，并把碳氯法介紹給學生，開拓了耦合的應用，也為下冊元素化學的學習打下良好的基礎。并適時給出例題： 工業(yè)上，碳氯法的反應一般在800-900oC進行，請同學們根據(jù)教材附錄4數(shù)據(jù)，計算碳氯法反應在850oC時的ΔrGm（850oC）=？并判斷反應能否自發(fā)進行。進一步加深理解自由能變受反應溫度的影響較大；同時，體會在任何溫度下都存在熱力學標準態(tài)。在此基礎上進一步給出例題： BN是一種耐高溫材料，也是一種優(yōu)良的絕緣材料，在耐火材料和電子工業(yè)中已得到廣泛的應用。合成BN的方法有幾種，究竟選擇那種方法更切合實際（相關數(shù)據(jù)見表1、表2）？

① 用單質B與N2反應 B（s）+1/2N2（g）= BN（s）

② 用BCl3與NH3反應 BCl3（g）+NH3（g）=BN（s）+3HCl （g）

③ 用B2O3與NH3反應 B2O3（s）+2NH3（g）=2BN（s）+3H2O（g）

學生計算說明BN的實際合成方法，小組討論。教師針對學生的計算結果進行分析，單從△rGm?來看第一種和第二種都是自發(fā)進行的反應，第一種合成法是放熱、熵減小的反應，理論上應該是低溫自發(fā)進行的，但實際中會發(fā)現(xiàn)溫度低，反應速度慢，沒有效益；第二種合成法是放熱、熵增加的反應，是任意溫度下都可以進行的。實際中也需要一定的溫度，才能有滿意的速度。但從成本分析發(fā)現(xiàn)，第一種合成法要用單質硼，成本特別高；第二種合成法兩種反應物都是氣體，對設備要求較高，而且產生的氯化氫氣體會對環(huán)境造成污染。而第三種合成法，雖然△rGm?大于零，但數(shù)值并不大，而且是吸熱、熵增的反應，到一定溫度反應會轉向，可以進行，而且反應是固-氣反應，對設備要求低，副產物是水，對環(huán)境沒有污染。因此綜合考慮設備、成本、環(huán)保以及反應動力學，得出反應③適合工業(yè)生產。在實際中叫硼酐法。

（3）評價總結。教師對BN的合成方法，從熱力學、成本、環(huán)境保護三方面進行評價，總結得出BN的實際工業(yè)合成方法，使學生體會到熱力學和動力學，二者缺一不可。最后再安排學生討論總結本章內容，發(fā)現(xiàn)問題再討論，培養(yǎng)學生概括歸納總結的能力。

2.3 線上課后反思

知識的遷移、概括和總結主要在課后完成。教師通過組織豐富的實體課堂，引導學生思考、分析，把所學知識應用到實際問題的解決中。教師提出用CaO（S）吸收高爐廢氣中的SO3氣體，其反應方程式CaO（S）+ SO3（g）Ca SO4（S）根據(jù)相關數(shù)據(jù)計算該反應373K時的，以說明反應的可能性；并計算反應逆轉的溫度，進一步說明此反應防止SO3污染環(huán)境的合理性。

學生登錄SPOC平臺隨時討論，并總結本章所學內容，概括出Gibbs自由能變的應用：（1）判斷反應進行的方向和限度；（2）判斷物質的穩(wěn)定性；（3）估算反應進行的溫度—轉變溫度。通過SPOC探究式學習，有助于培養(yǎng)學生主動學習，勤于思考，概括總結，運用知識的能力。

3 考核評價

無機化學SPOC翻轉課堂教學評價采用過程性評價與形成性評價相結合的方式，既注重過程也關注結果，評價者有教師、學生，保證了客觀、公正。教師通過建立考核評價機制，促進學生的積極思考，培養(yǎng)了學生主動學習，積極探索的精神，提升了學生深度思考的能力。

無機化學SPOC翻轉課堂教學考核評價體系見表3。透過形成性評價考核學生的預習情況，對知識點的掌握應用情況及概括、總結，提煉知識的能力。多樣化的考核評價體系和評價主體的多元化，保證了考核評價的客觀性和公正性，又激發(fā)了學生的主動學習熱情，培養(yǎng)了學生的發(fā)散思維和主動思考，積極表達的能力。

4 結語

實施SPOC翻轉課堂教學模式下的無機化學教學，使課堂充滿了活力，學生學的主動，學的生動，普遍受到學生的歡迎?？己嗽u價結果表明，學生既掌握了相關理論知識，又培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維和綜合能力，取得了滿意的教學效果。

參考文獻：

[1]李銀環(huán)，和玲，梁軍艷等.SPOC模式下無機與分析化學課程教學實踐[J].大學化學，2018，33（03）：11-16.

[2]謝愛娟，羅士平，孔泳等.SPOC物理化學實驗翻轉教學探索[J].實驗技術與管理，2017，34（09）：211-214.

[3]陳然，楊成.SPOC混合學習模式設計研究[J].中國遠程教育， 2015（06）：42-47，67.

基金項目： 忻州師范學院重點學科項目（XK201502）；山西省1331工程重點學科建設計劃項目（【2017】122）；山西省高等學校教學改革創(chuàng)新項目（JG2016095）。

作者簡介：尹愛萍（1964-），女，山西忻州人，本科，教授，研究方向：無機化學教學改革。