翻轉(zhuǎn)課堂環(huán)境下《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》的教學(xué)研究

劉振　賈園　婁珀瑜　楊菊香

【摘 要】針對(duì)《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力及理論知識(shí)理解的要求，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，錄制物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)微課視頻，開(kāi)發(fā)學(xué)生線下學(xué)習(xí)資料庫(kù)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中要求學(xué)生利用學(xué)習(xí)資源將課前預(yù)習(xí)、課堂實(shí)驗(yàn)操作及課后數(shù)據(jù)分析進(jìn)行良好結(jié)合，并對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行分析總結(jié)，以期為智慧學(xué)習(xí)環(huán)境下物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐提供一定的借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】物理化學(xué)實(shí)驗(yàn);翻轉(zhuǎn)課堂;教學(xué)探索

中圖分類(lèi)號(hào)： G642;O64-4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）16-0076-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.16.033

Teaching Research of Physical Chemistry Experiment Course Under Flipped Classroom Environment

LIU Zhen1 JIA Yuan1 LOU Po-yu2 YANG Ju-xiang1

（1.College of Chemical Engineering， Xian University， Xian Shaanxi 710065， China;

2.Teachers College， Xian University， Xian Shaanxi 710065， China）

【Abstract】Aiming at the requirement of physical chemistry experiment course for students experiment operation ability and the theory knowledge understanding， combined with the practical teaching experience， the related micro lesson video library and the offline learning materials are set up. Students were asked to combine the preview， experimental operation and data analysis efficiently. Analysis of teaching effect is employed to further develop a more effective way of teaching.

【Key words】Physical chemistry experiment; Flipped classroom; Exploration of teaching

0 前言

《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》作為物理化學(xué)課程教學(xué)中的重要組成部分，既是對(duì)物理化學(xué)理論的驗(yàn)證與探索，又是對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能與科學(xué)分析能力的鍛煉，是一門(mén)綜合理論性、實(shí)踐性的課程。該課程的主要目的在于：通過(guò)訓(xùn)練學(xué)生最基本的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，使學(xué)生初步了解物理化學(xué)的研究方法，熟悉常見(jiàn)物理化學(xué)性能的測(cè)定，并熟練掌握物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察記錄、實(shí)驗(yàn)條件的正確判斷與選擇、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)測(cè)量和處理，從而能夠根據(jù)所學(xué)知識(shí)合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、正確使用儀器，靈活運(yùn)用物理化學(xué)相關(guān)知識(shí)研究相關(guān)化學(xué)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的科學(xué)素養(yǎng)。

《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程與化學(xué)化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)其他實(shí)驗(yàn)課程一樣，要求學(xué)生具有良好的實(shí)驗(yàn)操作能力與鉆研問(wèn)題的能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立從事科學(xué)研究工作的能力具有重要作用[1]。然而，《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》具有自身的特殊性，如知識(shí)內(nèi)容較多、所涉及物理化學(xué)的理論知識(shí)抽象，較難理解;實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用的精密儀器較多，對(duì)學(xué)生的儀器操作水平、儀器的維護(hù)與保養(yǎng)等知識(shí)的掌握提出了較高的要求;實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繁多，學(xué)生處理起來(lái)較為復(fù)雜，且部分情況下需要借助電腦軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)學(xué)生數(shù)據(jù)記錄及處理的科學(xué)能力要求較高[2]。因此，提高物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，提高教學(xué)效果，對(duì)學(xué)生綜合試驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣哂兄匾淖饔谩?/p>

1 傳統(tǒng)《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》授課方式的優(yōu)點(diǎn)與不足

目前化學(xué)化工類(lèi)各專(zhuān)業(yè)均開(kāi)設(shè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋相圖、二級(jí)反應(yīng)、飽和蒸氣壓、熱力學(xué)函數(shù)等實(shí)驗(yàn)，涉及多個(gè)物理化學(xué)的抽象理論。在實(shí)驗(yàn)課整體開(kāi)課之前，教師開(kāi)設(shè)相關(guān)的講座，將實(shí)驗(yàn)中所涉及的理論知識(shí)、數(shù)據(jù)處理方法等向?qū)W生進(jìn)行一一講授。教學(xué)方式主要采用傳統(tǒng)的認(rèn)知型教學(xué)方法，選用自制PPT向?qū)W生展示實(shí)驗(yàn)的操作流程、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題及解決方案，使學(xué)生對(duì)即將開(kāi)始的實(shí)驗(yàn)充滿(mǎn)興趣，從而最大程度地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。在正式開(kāi)始實(shí)驗(yàn)之前，教師將學(xué)生分成若干組別，每組學(xué)生不超過(guò)三人，并要求學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，教師針對(duì)學(xué)生預(yù)習(xí)情況進(jìn)行隨機(jī)提問(wèn)，檢查學(xué)生預(yù)習(xí)情況，并根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)情況現(xiàn)場(chǎng)向?qū)W生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，給學(xué)生較為直觀的實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)，使學(xué)生能夠全面掌握實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所要注意的操作要點(diǎn)。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師采取整體觀察，個(gè)別點(diǎn)評(píng)指導(dǎo)的方式，對(duì)學(xué)生的正確操作予以肯定和表?yè)P(yáng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)對(duì)與學(xué)生操作不當(dāng)?shù)牡胤郊皶r(shí)糾正，確保實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。在實(shí)驗(yàn)之后，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行詳細(xì)批改，并針對(duì)學(xué)生的問(wèn)題進(jìn)行記錄和整理，在第二次上課之前進(jìn)行統(tǒng)一講解。目前該實(shí)驗(yàn)課程的授課方式已得到了學(xué)生的認(rèn)可，絕大部分學(xué)生認(rèn)為通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作及課后的數(shù)據(jù)處理，對(duì)課堂所學(xué)的相關(guān)定理知識(shí)等進(jìn)行驗(yàn)證，不但是對(duì)物理化學(xué)相關(guān)知識(shí)的再次學(xué)習(xí)，更是對(duì)課堂上理論知識(shí)的凝練和總結(jié)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)物理化學(xué)抽象知識(shí)的理解更為深刻。然而，由于該門(mén)課程的實(shí)踐性和理論性都很強(qiáng)，涉及的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)較為抽象，且學(xué)校實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件的限制，在實(shí)際授課中也遇到了一定的困難。

（1）相對(duì)于實(shí)驗(yàn)課學(xué)生人數(shù)而言，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器臺(tái)套數(shù)總體相對(duì)偏少。由于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中所需的大部分精密儀器價(jià)格昂貴，且儀器維護(hù)費(fèi)用成本較高[3]，因此，在合理使用實(shí)驗(yàn)儀器的基礎(chǔ)上，為了使每個(gè)學(xué)生都能夠在最大程度上享有教學(xué)資源，本實(shí)驗(yàn)往往采用循環(huán)實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行教學(xué)。這樣的方法能夠使每個(gè)學(xué)生都能夠最大程度地使用儀器，熟悉儀器，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)技能。然而教師在授課過(guò)程中會(huì)遇到一些困難，例如循環(huán)實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，每組學(xué)生所做實(shí)驗(yàn)不同，因此在上課前教師無(wú)法進(jìn)行集體講授，難免對(duì)個(gè)別實(shí)驗(yàn)小組輔導(dǎo)不足，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題較多。

（2）學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性低。目前，我?；瘜W(xué)化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生在做物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，也在學(xué)習(xí)物理化學(xué)相關(guān)知識(shí)。然而由于物理化學(xué)知識(shí)較為抽象，學(xué)生對(duì)大部分知識(shí)掌握不足，因此在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中，產(chǎn)生了一定的抵觸心理，未能對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行全面預(yù)習(xí)，造成實(shí)驗(yàn)無(wú)法成功進(jìn)行。

（3）學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)操作技能差。學(xué)生在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，需要掌握的儀器操作技能較多，在第一次講座之后，很多學(xué)生往往會(huì)發(fā)生遺忘現(xiàn)象，因此在實(shí)際操作過(guò)程中顧此失彼，手忙腳亂，甚至有些學(xué)生由于對(duì)儀器的使用不熟悉，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之后茫然不知所措。

（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繁雜，學(xué)生處理困難。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)于其他化學(xué)實(shí)驗(yàn)課而言較為繁雜，大量的數(shù)據(jù)出現(xiàn)對(duì)學(xué)生數(shù)據(jù)處理的能力提出了較高的要求。由于對(duì)所學(xué)知識(shí)掌握地不夠透徹，很多學(xué)生在課下進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的時(shí)候覺(jué)得困難，無(wú)法熟練使用計(jì)算機(jī)相關(guān)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，很多同學(xué)甚至出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲的現(xiàn)象，為教師全面掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況帶來(lái)了困難。

2 翻轉(zhuǎn)課堂在《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)中的實(shí)踐

針對(duì)《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程的學(xué)習(xí)特點(diǎn)以及互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代學(xué)生對(duì)新興事物的好奇和熱情，我院《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程組對(duì)線上線下相結(jié)合的“翻轉(zhuǎn)課堂”新模式進(jìn)行了深入的探索，以全面調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)熱情?！胺D(zhuǎn)課堂”的主要模式是：教師提前將教學(xué)內(nèi)容及需要學(xué)生提前掌握的知識(shí)制作成學(xué)習(xí)資料、學(xué)習(xí)視頻等，課前分配給學(xué)生，提出學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生帶著問(wèn)題有目的地進(jìn)行預(yù)習(xí)，并要求學(xué)生將學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題在線上平臺(tái)上進(jìn)行反饋;在面授過(guò)程中，教師針對(duì)學(xué)生線上學(xué)習(xí)情況，整理出大部分學(xué)生所遇到的問(wèn)題集中解決，全面指導(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生展開(kāi)主動(dòng)、協(xié)作學(xué)習(xí)的基本模式。大量的研究表明，“翻轉(zhuǎn)課堂”能夠?qū)⒔處熣n堂講解和學(xué)生自主學(xué)習(xí)良好地結(jié)合起來(lái)，并在一定程度上提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。

我院《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程組在我?，F(xiàn)有的教學(xué)模式下，對(duì)原有的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行細(xì)分，重新實(shí)驗(yàn)課程中需要進(jìn)行線上和線下學(xué)習(xí)的部分。主要實(shí)行的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革的方法如下：

（1）理論知識(shí)預(yù)習(xí)方法改革： 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的特殊性在于，實(shí)驗(yàn)課程與理論課程并駕齊驅(qū)，物理化學(xué)理論知識(shí)較為抽象，且知識(shí)點(diǎn)較多，學(xué)生對(duì)理論知識(shí)掌握不足，從而造成對(duì)部分實(shí)驗(yàn)原理知識(shí)陌生，大部分學(xué)生將物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)理解為一門(mén)獨(dú)立課程，在不理解實(shí)驗(yàn)原理及理論知識(shí)的情況下，機(jī)械性地按照實(shí)驗(yàn)步驟的要求進(jìn)行，使物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課失去了加深理論知識(shí)的作用。因此，教師需要針對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所涉及的理論知識(shí)，選擇性地上傳至線上學(xué)習(xí)資料庫(kù)中，并要求學(xué)生將理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)方案相結(jié)合，完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告。同時(shí)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)中需要推導(dǎo)的復(fù)雜公式，選用多樣化的手法如動(dòng)畫(huà)錄制、PPT講授等方式制作為微課，由淺入深，讓學(xué)生能夠更加清楚地掌握每個(gè)反應(yīng)方程式及實(shí)驗(yàn)機(jī)理。在這個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師也會(huì)配合一定數(shù)量的習(xí)題來(lái)掌握學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)情況，并將大部分學(xué)生掌握不好的部分在課堂面授部分進(jìn)行再次講解。

（2）實(shí)驗(yàn)操作教學(xué)改革：在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)過(guò)程中，教師不再在課堂上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，而是提前將教學(xué)大綱內(nèi)要求的實(shí)驗(yàn)操作錄制成為視頻，在視頻中講解相關(guān)精密儀器的使用規(guī)范，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能遇到的各種問(wèn)題，并演示正確的操作方法，給學(xué)生較為直觀的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，讓不同分組的學(xué)生能夠根據(jù)課上所要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)有針對(duì)性地進(jìn)行課前預(yù)習(xí)。在線上學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師也將根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容向?qū)W生發(fā)送思考題，并在課上實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前進(jìn)行提問(wèn)，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。

（3）課堂教學(xué)方法及課后復(fù)習(xí)改革：在實(shí)驗(yàn)課堂中，正式實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，教師要求每組學(xué)生對(duì)自己所做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)短的講述，并對(duì)錯(cuò)誤部分進(jìn)行糾正，使學(xué)生準(zhǔn)備充分后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師將對(duì)每組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察，及時(shí)指導(dǎo)，并對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中所遇到的問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)解答。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)于學(xué)生所得數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，對(duì)于數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的小組重新布置實(shí)驗(yàn)，保證每個(gè)學(xué)生都在實(shí)驗(yàn)中得到較好的鍛煉，使學(xué)生對(duì)物理化學(xué)理論知識(shí)形成較為深刻的印象，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)課程的興趣及學(xué)習(xí)的積極性。課程結(jié)束后，要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并在線上學(xué)習(xí)平臺(tái)對(duì)每個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的問(wèn)題進(jìn)行反饋及指導(dǎo)，適時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)，最大程度實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)個(gè)性化管理。

3 總結(jié)

本文主要從我校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中所存在的問(wèn)題及課程特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行碎片化和結(jié)構(gòu)化處理，采用翻轉(zhuǎn)課堂的方式，錄制相關(guān)視頻，存進(jìn)學(xué)生重新使用互聯(lián)網(wǎng)資源，理論聯(lián)系實(shí)際，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)熱情，期待對(duì)當(dāng)前物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式進(jìn)行改善。

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