基于翻轉(zhuǎn)課堂模式的基礎(chǔ)化學(xué)實驗應(yīng)用教學(xué)

馬鈺璐，喻芳，邵婭婷，黎唯

(昆明醫(yī)科大學(xué) 藥學(xué)院暨天然藥物藥理重點實驗室，云南 昆明 650500)

1 傳統(tǒng)基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)情況分析

傳統(tǒng)基礎(chǔ)化學(xué)實驗課的教學(xué)模式是：課前預(yù)習(xí)，上課時教師講解原理、實驗步驟及數(shù)據(jù)處理，然后由學(xué)生進(jìn)行實驗操作并撰寫實驗報告，最后由教師根據(jù)報告評定學(xué)生成績.這種以教師講授為主，學(xué)生模仿操作的教學(xué)模式忽略了學(xué)生的主體地位，學(xué)生較為依賴教師，實驗過程缺乏思考，課前預(yù)習(xí)及課后報告撰寫也多流于形式，學(xué)生的思維能力、自我學(xué)習(xí)能力、探索和解決問題的能力很難得到有效的培養(yǎng)和鍛煉提升.

在授課過程中，由于需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容較多而講解時間少，教師只能在有限時間內(nèi)盡快講完目的、原理、步驟、注意事項等知識，并完成相關(guān)儀器操作示范.學(xué)生聽完理論知識和操作示范后就需馬上進(jìn)行實驗操作，學(xué)生反應(yīng)、思考、記憶的時間較少.此外，一名教師需同時教30名左右的學(xué)生，場地和空間又有限，很難保證所有學(xué)生都能聽清教師的講解，看清教師的操作細(xì)節(jié).而且，學(xué)生基礎(chǔ)知識和能力水平的不同，也會導(dǎo)致其學(xué)習(xí)效果的不同.除此以外，教師把過多精力放在講解內(nèi)容上，對學(xué)生的動手操作過程反而會有所放松，再加上人數(shù)較多的原因，教師沒有足夠的時間與精力觀察每位學(xué)生的操作，也很難及時回答學(xué)生提出的問題并給予及時的指導(dǎo)和糾正，由于師生交流時間不足，學(xué)生大多只能憑記憶模仿，出現(xiàn)操作錯誤時也很難意識到.由于以上原因，導(dǎo)致很多學(xué)生無法真正掌握實驗的基本技能，提升動手能力，使得學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)化學(xué)實驗課的興趣逐漸減退，對課程不重視，特別是后期常常會出現(xiàn)操作隨意，應(yīng)付交差等狀況.

此外，教學(xué)評價中多以學(xué)生最終的實驗報告為主，評分時常常以報告書寫內(nèi)容的多少，書寫的規(guī)范性、完整性、認(rèn)真程度以及結(jié)果的準(zhǔn)確度為評價指標(biāo).而學(xué)生在完成報告時經(jīng)常缺乏認(rèn)真思考，有的甚至把教材的內(nèi)容照搬到了報告上，再加上教師報告評分的平均化，因此很難正確地反饋出學(xué)生的成績及出現(xiàn)的問題，也影響了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)實驗的動力.

2 基于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的改革研究

“翻轉(zhuǎn)課堂”亦稱為“反轉(zhuǎn)課堂”，其自提出以來就受到了國內(nèi)外廣大教學(xué)工作者的青睞，近年來眾多中國的教育工作者對其開展了大量的研究，并將其應(yīng)用到了實際的教學(xué)工作中，取得了一定的教學(xué)成果[1～4].而基礎(chǔ)化學(xué)實驗是一門基于基礎(chǔ)化學(xué)理論課開設(shè)的實際操作課程，其內(nèi)容多是以驗證理論課中的知識為主，其中涉及的大多基本知識、基本原理在理論課中學(xué)生已經(jīng)進(jìn)行了專門系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，因此學(xué)生易于理解掌握.以外，涉及的基本操作均較為成熟，在實際研究工作中也較為常見，操作不復(fù)雜，便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和掌握.該課程面對的群體為大一學(xué)生，其具有一定自主學(xué)習(xí)的能力，思維活躍，再加上智能手機的普及，學(xué)校網(wǎng)絡(luò)、學(xué)校圖書館電腦的開放等，均為翻轉(zhuǎn)課堂的實施提供了保障.學(xué)生可以隨時隨地通過手機或者電腦進(jìn)入學(xué)校網(wǎng)絡(luò)課程平臺，完成線上學(xué)習(xí)、測試、查看成績等操作，使用方便，時間靈活.

2.1 教學(xué)設(shè)計

根據(jù)基礎(chǔ)化學(xué)實驗課的教學(xué)大綱，結(jié)合相應(yīng)理論課的知識要求及人才培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計.其中，教學(xué)內(nèi)容主要是基礎(chǔ)化學(xué)理論課中的溶液部分、滴定分析和儀器分析部分，一共包含7個實驗，涉及與醫(yī)學(xué)較為相關(guān)的緩沖溶液、電解質(zhì)溶液、酸堿滴定法、氧化還原滴定法、配位滴定法及可見分光光度法的知識.具體實驗內(nèi)容分別是：緩沖溶液的配制和性質(zhì)，醋酸解離度和解離平衡常數(shù)的測定(電位法)、藥用硼砂含量的測定，高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定，生活用水總硬度的測定，微型實驗法測定優(yōu)氯凈中有效氯的含量，水樣中微量鐵的測定.重點對教學(xué)流程進(jìn)行了修改，主要分“課前準(zhǔn)備-課中內(nèi)化-課后鞏固”3個階段進(jìn)行，具體設(shè)計詳見圖1.

表1 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)流程

2.2 教學(xué)過程

課前裝備階段利用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，引入互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，讓學(xué)生在課前通過線上平臺提前學(xué)習(xí)相關(guān)教學(xué)視頻及教學(xué)課件，利用虛擬仿真實驗及線上測試實現(xiàn)可看，可聽，可模擬的學(xué)習(xí)，初步掌握實驗流程和基本理論知識.主要任務(wù)如下：

(1)教師：課前4周，基于基礎(chǔ)化學(xué)實驗課教學(xué)大綱分析實驗?zāi)康暮腿蝿?wù)，對實驗涉及的理論知識及相關(guān)操作進(jìn)行梳理細(xì)化，根據(jù)相關(guān)知識點完成微視頻的錄制.由于學(xué)生注意力集中時間有限，微視頻分點錄制，一般時長為5～10 min.微視頻內(nèi)容主要包括：①實驗?zāi)康摹⒃?、操作步驟及注意事項等理論知識，一般時長10 min;②實驗基本操作演示，如差減法稱量，容量瓶、移液管、滴定管的使用等，該部分按一個完整的儀器操作進(jìn)行錄制，一般時長5～7 min；并且由操作熟練的教師進(jìn)行操作部分的視頻錄制，錄制過程中對于關(guān)鍵操作處給予放大特寫及適時的停頓.錄制結(jié)束，進(jìn)行配音講解、添加字幕、突出重點.同時針對實驗?zāi)康脑O(shè)計教學(xué)任務(wù)清單及相應(yīng)的考察練習(xí)題目.

課前1～2周，將學(xué)習(xí)任務(wù)，相關(guān)視頻、課件發(fā)布至校網(wǎng)絡(luò)課程平臺.第一次實驗課前，開設(shè)先導(dǎo)課程，告知學(xué)生具體任務(wù)、時間節(jié)點及具體安排，并示范網(wǎng)絡(luò)課程平臺的登陸、使用，資源的學(xué)習(xí)及相關(guān)操作等，組織學(xué)生自行練習(xí).創(chuàng)建微信或QQ群，適時提醒督促學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí).同時將學(xué)生進(jìn)行分組，一般每組為2～3人.

課前一周，在網(wǎng)絡(luò)課程平臺上發(fā)布線上測試試題，開放虛擬仿真實驗，并通過微信或QQ群進(jìn)行答疑.線上測試結(jié)束后，收集學(xué)生答題情況，了解學(xué)生存在的疑難點，基于學(xué)生暴露的問題及實驗中涉及的重點、難點及重要操作設(shè)計課堂提問或演示題目.

(2)學(xué)生：登陸學(xué)校網(wǎng)絡(luò)課程平臺，練習(xí)其功能使用.根據(jù)教師發(fā)放的學(xué)習(xí)任務(wù)自主安排時間登陸平臺學(xué)習(xí)相關(guān)視頻及課件，如有不懂的可反復(fù)觀看，并在自主學(xué)習(xí)后完成預(yù)習(xí)報告.課前一周，在規(guī)定時間內(nèi)自選時段完成線上測試，并通過虛擬仿真實驗了解熟悉操作流程.在整個學(xué)習(xí)過程中，可查閱資料，同小組成員可相互交流討論，解決教師提出的問題及自學(xué)過程中產(chǎn)生的疑問.自己無法解決的問題，可以通過微信群等與教師進(jìn)行討論.

課中知識內(nèi)化加深階段此階段，教師應(yīng)以提升學(xué)生動手能力，解決實際操作問題，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的態(tài)度，深刻掌握知識及技能為目標(biāo)，為學(xué)生提供一個良好的實驗平臺及交流氛圍，自身做到眼快、腳勤，協(xié)助督促學(xué)生做到腦快、手勤，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，幫助學(xué)生實現(xiàn)知識的內(nèi)化.措施如下：

(1)教師：根據(jù)實驗原理中的重難點、注意事項以及操作中的易錯部分，結(jié)合學(xué)生的線上測試以及往年學(xué)生操作中暴露出的問題進(jìn)行課堂提問或現(xiàn)場演示要求，以考核學(xué)生的自主學(xué)習(xí)情況.在此過程中，引導(dǎo)學(xué)生相互合作、相互交流討論，并引導(dǎo)學(xué)生自我思考、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題.適時作出糾正、反饋及總結(jié).在實驗過程中，為了合理利用時間，保證每位學(xué)生都能自己動手操作，教師應(yīng)合理安排實驗.部分內(nèi)容，如標(biāo)準(zhǔn)溶液配制時的差減法稱量及容量瓶的實驗，可以以小組合作且每次交換進(jìn)行的形式完成.大部分操作，如設(shè)計移液管、滴定管的操作應(yīng)每人一套儀器，自己獨立完成.實驗中，應(yīng)不斷向教育學(xué)生節(jié)約試劑，保護(hù)環(huán)境，廢液不可隨意處理.以外，教師應(yīng)把主要精力放在學(xué)生動手實驗的過程中，要及時對學(xué)生的問題做出一對一的指導(dǎo)或糾正，并做好相應(yīng)的記錄.

(2)學(xué)生：實驗操作前，基于自主學(xué)習(xí)及預(yù)習(xí)內(nèi)容，以小組的形式回答教師的提問并解釋原因，或相互合作演示具體操作，其余學(xué)生對其回答或演示進(jìn)行點評或糾正.提問過程中，所有學(xué)生結(jié)合問題回憶梳理實驗的關(guān)鍵點，加深對知識的印象.實驗操作如有疑點先自己想辦法解決，然后可以小組討論或再次查看線上教學(xué)資源，以確保實驗的完成.在實驗過程中若出現(xiàn)問題，及時根據(jù)教師的指導(dǎo)進(jìn)行更正，或與同學(xué)老師溝通討論.

課后總結(jié)反饋階段課后學(xué)生完成實驗報告，教師進(jìn)行批改、反饋、總結(jié).反饋階段，教師結(jié)合學(xué)生操作暴露的問題和實驗報告的結(jié)果進(jìn)行總結(jié)梳理，并及時將問題反饋給學(xué)生，在下次實驗課提問前進(jìn)行強調(diào)以及歸納總結(jié)，以便學(xué)生的知識和技能得以改進(jìn)和提升.教師在批改報告時，改變了以往只關(guān)注書寫規(guī)范和結(jié)果準(zhǔn)確度的評價模式，而是引導(dǎo)及關(guān)注學(xué)生對原理步驟是否能進(jìn)行內(nèi)化，歸納凝練，以自己的語言及形式進(jìn)行書寫.此外，評價的重點放在了學(xué)生對實驗過程及結(jié)果的分析上，允許學(xué)生的試驗結(jié)果和書本有出入，但關(guān)注學(xué)生是否對導(dǎo)致誤差的原因及自己的不足進(jìn)行了分析.最后，教師還把關(guān)注點放在了思考題部分，關(guān)注學(xué)生是否能相互討論，查閱文獻(xiàn)資料對所設(shè)問題進(jìn)行思考分析.而其最終的目的是通過該階段的實施實現(xiàn)知識的鞏固，綜合能力的培養(yǎng)，幫助學(xué)生愛上實驗，并且學(xué)有所得.

成績評定現(xiàn)有的基礎(chǔ)化學(xué)實驗部分的成績評定，改變了以往僅從實驗報告入手的模式，從學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)開始，到課中答題展示、實驗操作，再到課后的實驗報告的整個過程中均進(jìn)行成績評定.其中，線上自主學(xué)習(xí)成績占30%，其構(gòu)成為課堂資源自學(xué)及虛擬仿真實驗練習(xí)20%，線上測試10%.該部分成績在實驗操作前一天，直接由學(xué)校網(wǎng)絡(luò)課程平臺根據(jù)學(xué)生完成情況統(tǒng)計給出，并直接向?qū)W生公布.實驗課堂中的答題及展示成績占比15%，該部分成績由教師根據(jù)學(xué)生現(xiàn)場答題及分析情況，演示的操作規(guī)范性，小組合作配合的默契程度等按照提前制定好的評分標(biāo)準(zhǔn)給出.課上實際操作成績占比35%，該部分成績由教師根據(jù)學(xué)生實驗操作中的操作流程，動作規(guī)范性，動手能力，自己解決問題的能力等，按照實驗操作評分標(biāo)注進(jìn)行打分.實驗后報告及總結(jié)成績占比20%，該部分由教師根據(jù)學(xué)生實驗報告的完成情況進(jìn)行打分.教師評分時主要結(jié)合學(xué)生對原理和步驟的自主歸納總結(jié)程度，實驗操作暴露問題的分析情況及改進(jìn)思路，思考題的解答情況，實驗結(jié)果及有效數(shù)字的準(zhǔn)確性，報告的規(guī)范完整性，書寫認(rèn)真程度這幾個部分給出，在給出成績時附上相應(yīng)的評語.以上由教師給出的成績，在打分后結(jié)束，下次實驗課前反饋給學(xué)生，以便學(xué)生及時查看、改進(jìn).

2.3 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)案例

采用酸堿滴定法對藥用硼砂的含量進(jìn)行測定的實驗是學(xué)生第一次接觸滴定分析，其實驗原理易掌握，但涉及的基本操作較多.在翻轉(zhuǎn)課堂的課前準(zhǔn)備及自主學(xué)習(xí)階段，學(xué)生登錄網(wǎng)絡(luò)課程中心，先行觀看微視頻及課件，學(xué)習(xí)差減法稱量的步驟、要點及數(shù)據(jù)記錄，容量瓶、移液管、吸量管、滴定管的使用這4個基本操作.然后通過學(xué)習(xí)微視頻，提前了解藥用硼砂含量測定的實驗原理，即鹽酸與硼砂的酸堿反應(yīng)，提前學(xué)會硼砂含量即硼砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算公式的推導(dǎo)，學(xué)習(xí)實驗具體操作步驟及注意事項，以便后期實驗順利開展.自學(xué)結(jié)束后，利用線上平臺中的虛擬仿真實驗平臺，自主模擬練習(xí)藥用硼砂含量測定時的儀器、試劑選擇，操作步驟及數(shù)據(jù)記錄.該過程中，如果出現(xiàn)操作錯誤無法繼續(xù)往下進(jìn)行，系統(tǒng)會進(jìn)行說明.通過仿真實驗進(jìn)一步掌握具體的操作流程，加深印象，而后完成線上測試.測試內(nèi)容主要針對該實驗的基本原理，相關(guān)儀器操作中的使用流程、關(guān)鍵要點，以及各類數(shù)據(jù)的記錄及結(jié)果的處理展開.通過測試促進(jìn)學(xué)生課前自學(xué)，以保障后期實驗的高效率進(jìn)行.課堂提問環(huán)節(jié)以抽簽的形式隨機分配題目，讓學(xué)生以小組的形式向全班同學(xué)講解實驗基本原理及公式推導(dǎo)，演示差減法稱量，容量瓶、移液管、滴定管的使用等知識，其余學(xué)生仔細(xì)觀察提出異議及評價.該過程要求所有學(xué)生提前了解流程，提前自行準(zhǔn)備，以保障提問環(huán)節(jié)的進(jìn)行及其效果的展現(xiàn).實驗過程中，學(xué)生先以小組的形式完成差減法準(zhǔn)確稱量一定質(zhì)量的藥用硼砂樣品，加熱溶解后轉(zhuǎn)移定容至容量瓶.然后每人獨立完成移液管移取藥用硼砂溶液，甲基紅做指示劑鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定藥用硼砂溶液的操作，以及最終質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計算.由于學(xué)生第一次接觸該類操作，在此過程中，通過生生交流、師生交流以及教師的不斷提醒和糾正，使學(xué)生基本掌握滴定分析的基本知識和基本操作.實驗結(jié)束后，學(xué)生根據(jù)自己的實驗情況、實驗現(xiàn)象及教師提供的參考真值范圍，通過總結(jié)分析、文獻(xiàn)查閱等方式分析討論存在的問題，解釋導(dǎo)致該結(jié)果的原因，并提出改進(jìn)方案.實驗結(jié)束后，教師對學(xué)生的各項成績進(jìn)行打分、匯總及評價公布，并在下次實驗開始時點評總結(jié)暴露出的問題，以便學(xué)生后期改進(jìn).

2.4 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實施效果

通過在基礎(chǔ)化學(xué)實驗課教學(xué)中引入翻轉(zhuǎn)課堂模式，學(xué)生普遍反映其學(xué)習(xí)的主動性、積極性和動手操作能力都得到了提高，對化學(xué)類課程的學(xué)習(xí)也有了興趣；遇到問題不再只是依賴教師，而是會自己思考、想辦法解決；對教師的認(rèn)識也有了改變，教師不只是知識的灌輸者，還是引導(dǎo)者，可以相互交流討論切磋；對科學(xué)研究也有了一定的認(rèn)識，認(rèn)識到了嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)心的重要性，也認(rèn)識到了失敗并不可怕，要做的是從失敗中總結(jié)經(jīng)驗.除此以外，通過實驗課翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)，學(xué)生在基礎(chǔ)化學(xué)理論課的學(xué)習(xí)和考試中，能夠更好的掌握及理解實驗課所涉及過的內(nèi)容；在理論課考試時，涉及實驗課相關(guān)知識的題目錯誤率明顯低于其他內(nèi)容.

3 結(jié)束語

“翻轉(zhuǎn)課堂”作為一種創(chuàng)新教學(xué)模式，真正改變了傳統(tǒng)的師生關(guān)系，真正做到了以學(xué)生為主體的教學(xué).通過翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于基礎(chǔ)化學(xué)實驗課教學(xué)的探究發(fā)現(xiàn)，該模式可以較好的促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、自主探索和相互交流合作，實現(xiàn)學(xué)生最大程度的學(xué)和教師有針對性的最大程度的教，真正發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造能力，培養(yǎng)其學(xué)習(xí)及動手興趣，提高教學(xué)質(zhì)量.因此該教學(xué)模式具有較好的應(yīng)用前景.