基于大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分析的大學(xué)化學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)踐

王鳳春，徐 敏，袁 剛，付立海

科技在進(jìn)步，教育在發(fā)展，高等學(xué)?；瘜W(xué)教學(xué)既要適應(yīng)新時(shí)期社會(huì)發(fā)展需要，更要體會(huì)習(xí)近平總書記在全國高等教育大會(huì)上的講話精神，轉(zhuǎn)變教學(xué)理念.無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂應(yīng)適時(shí)地引入并充分實(shí)施新型教學(xué)模式［1-4］，從而提高課堂教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力.

信息時(shí)代，各類數(shù)字學(xué)習(xí)APP 已經(jīng)收集并儲(chǔ)存了大量有關(guān)學(xué)生復(fù)雜學(xué)習(xí)行為的數(shù)據(jù)，以供研究者分析.教育領(lǐng)域也適時(shí)適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用學(xué)習(xí)分析對(duì)教學(xué)平臺(tái)上學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，同時(shí)在線對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)關(guān)注點(diǎn)、學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)習(xí)慣及學(xué)習(xí)效果進(jìn)行分析，為學(xué)生提供高質(zhì)量和個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn).

學(xué)習(xí)分析是“大數(shù)據(jù)”在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用.截止到目前，國內(nèi)外對(duì)“學(xué)習(xí)分析”的定義沒有具體、詳細(xì)的闡述［5］，只是對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)目的、學(xué)習(xí)目標(biāo)等進(jìn)行共性描述.學(xué)習(xí)分析通過對(duì)教學(xué)過程中的師生行為進(jìn)行分析，可以預(yù)估學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況和行為，促進(jìn)學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)，為學(xué)生設(shè)計(jì)個(gè)性化學(xué)習(xí).總之，大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，利用學(xué)習(xí)分析可以對(duì)教學(xué)過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、分析，從而運(yùn)用更合適的教學(xué)模式提高教學(xué)效果，改善學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)境，提高學(xué)習(xí)積極性.常見的學(xué)習(xí)分析工具主要包括學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)分析工具、學(xué)習(xí)內(nèi)容分析工具、學(xué)習(xí)能力分析工具與學(xué)習(xí)行為分析工具等［6-8］.

本文綜合運(yùn)用各種學(xué)習(xí)分析工具對(duì)大學(xué)化學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式進(jìn)行了探索構(gòu)建，并結(jié)合國內(nèi)外高等教育教學(xué)模式研究的成功經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)探討了高等師范院校無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)思路，提出了實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的具體實(shí)踐，并結(jié)合學(xué)生學(xué)情進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià).

1 基于學(xué)習(xí)分析的大學(xué)化學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的構(gòu)建

自2011 年我國提出翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式以來，大學(xué)教學(xué)面臨著較大的挑戰(zhàn)，能否充分調(diào)整師生角色和體現(xiàn)學(xué)生的主體性都需要我們研究和嘗試［1］.本文結(jié)合當(dāng)前化學(xué)專業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)和教學(xué)模式特征基于學(xué)習(xí)分析進(jìn)行新的教學(xué)模式構(gòu)建，詳見圖1.

圖1 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式構(gòu)建步驟

1.1 建立學(xué)習(xí)平臺(tái)

執(zhí)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)首先要求教師明確課程教學(xué)目的與知識(shí)要點(diǎn)，選擇性設(shè)計(jì)好與課堂教學(xué)內(nèi)容相配套的導(dǎo)學(xué)文案、錄制相關(guān)視頻及PPT 等課件、設(shè)計(jì)學(xué)生習(xí)題自測(cè)等.利用學(xué)習(xí)通、雨課堂等平臺(tái)建立學(xué)習(xí)課程和學(xué)習(xí)班級(jí)，讓學(xué)生在班級(jí)群里熟悉每一章的學(xué)習(xí)目的及要求，完成教師布置的學(xué)習(xí)清單，并通過完成自測(cè)試卷來檢測(cè)學(xué)習(xí)效果等，還可以在中國大學(xué)生等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)下載慕課、微課、微視頻等，在學(xué)生日常交流軟件上如微信、微博、QQ 等建立虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)，學(xué)生可以利用教學(xué)資源進(jìn)行學(xué)習(xí)，教師也可以提供自己的教學(xué)PPT、視頻等，讓學(xué)生在虛擬的學(xué)習(xí)社會(huì)進(jìn)行討論、交流，充分做好預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)［9］，并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，及時(shí)分析、公布分析結(jié)果，讓學(xué)生了解自己的學(xué)習(xí)情況.

1.2 課堂知識(shí)學(xué)習(xí)

課堂知識(shí)需層次化、智慧化學(xué)習(xí).課堂上，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和相關(guān)問題，可將學(xué)生分成若干學(xué)習(xí)小組，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)前幾章所學(xué)知識(shí)發(fā)揮團(tuán)隊(duì)精神和合作互助意識(shí)，共同探討本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容.如在大學(xué)無機(jī)化學(xué)第二冊(cè)第十八章非金屬元素小結(jié)，本章有四個(gè)層次的教學(xué)要求：①了解非金屬單質(zhì)元素部分的知識(shí)，并為學(xué)習(xí)金屬元素部分提供一些規(guī)律性的知識(shí)；②熟悉元素在周期表中的位置及原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)；③理解和掌握非金屬元素單質(zhì)及其重要化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律；④培養(yǎng)積極思維、歸納總結(jié)、分析和解決問題的能力.學(xué)習(xí)內(nèi)容主要有三點(diǎn)：①氫氧化物的酸堿性及其規(guī)律；②含氧陰離子的結(jié)構(gòu)及其規(guī)律；③含氧酸的強(qiáng)度及其規(guī)律，其中，含氧酸的強(qiáng)度及其規(guī)律是學(xué)習(xí)難點(diǎn).教學(xué)過程中教師可以因材施教，對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，分層次指導(dǎo)，達(dá)到遞增性進(jìn)步，并對(duì)不同層次的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行四個(gè)等級(jí)（優(yōu)秀、良好、中等、及格）的評(píng)價(jià)，呈現(xiàn)不同的課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)方式，供學(xué)生選擇類別學(xué)習(xí)［10］.

1.3 自我檢驗(yàn)評(píng)價(jià)

在每節(jié)課的小結(jié)環(huán)節(jié)，教師將對(duì)四個(gè)層次的教學(xué)要求的達(dá)標(biāo)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并分析各層次的達(dá)標(biāo)情況，指導(dǎo)學(xué)生判斷自己是否達(dá)到了既定的目標(biāo)，同時(shí)也要指導(dǎo)學(xué)生做好自我評(píng)價(jià)，加強(qiáng)和鞏固所學(xué)知識(shí)，從而達(dá)到較好的復(fù)習(xí)效果.教師要指導(dǎo)學(xué)生全面提升思維方式，提高自主學(xué)習(xí)能力，并為每個(gè)學(xué)生建立反饋交流檔案，讓學(xué)生充分了解自己的學(xué)習(xí)行為及學(xué)習(xí)效果，同時(shí)教師為其進(jìn)行總結(jié)評(píng)價(jià)，并將此作為本學(xué)期平時(shí)成績的一部分，教師通過對(duì)每個(gè)學(xué)生的分析可隨時(shí)對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行總結(jié)，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方案，并及時(shí)進(jìn)行必要的修改以取得良好的教學(xué)效果.

1.4 問卷調(diào)查

學(xué)期課程結(jié)束或每個(gè)月結(jié)束后定期進(jìn)行問卷調(diào)查，以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài).具體問卷如《翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式學(xué)生學(xué)習(xí)情況問卷調(diào)查》《課堂教學(xué)情況問卷調(diào)查表》《課程教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)調(diào)查問卷》等，讓學(xué)生回答以下問題：你喜歡現(xiàn)在的教學(xué)模式嗎？你認(rèn)為現(xiàn)在的課堂跟以前的課堂最大的不同是什么？你認(rèn)為現(xiàn)在的教學(xué)模式對(duì)你的課業(yè)負(fù)擔(dān)有影響嗎？你認(rèn)為現(xiàn)在課堂氣氛好嗎？在課堂上，你愿意參與交流并進(jìn)行展示嗎？新課前會(huì)做好充分預(yù)習(xí)嗎？你有上課做筆記或做批注的習(xí)慣嗎？對(duì)于老師編寫的預(yù)習(xí)提綱，你是怎么完成的？對(duì)于每節(jié)課的檢測(cè)、鞏固內(nèi)容你都能順利完成嗎？你認(rèn)為在這種課堂模式下，你們班的學(xué)習(xí)風(fēng)氣有改變嗎？對(duì)于現(xiàn)在的課堂教學(xué)模式，你最需要提高的能力是什么？對(duì)于現(xiàn)在的課堂教學(xué)模式，你還有好的意見或建議嗎？你認(rèn)為課堂上老師最需要解決的問題是什么？通過以上問題分析出學(xué)生學(xué)情，任課教師便可直觀了解課堂現(xiàn)狀，以采取有效調(diào)整與干預(yù)措施，開展精準(zhǔn)互動(dòng).

總之，每一次課堂教學(xué)在應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式時(shí)要注意要求學(xué)生六會(huì)：會(huì)看視頻、會(huì)自我評(píng)價(jià)、會(huì)記筆記、會(huì)提問題、會(huì)把握時(shí)間、會(huì)分享；做到兩個(gè)核心：關(guān)心每位學(xué)生、關(guān)注個(gè)體差異化學(xué)習(xí).

2 基于學(xué)習(xí)分析的大學(xué)化學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實(shí)踐

下文以學(xué)生在熟練掌握水浴加熱、減壓過濾、蒸發(fā)、結(jié)晶等基本操作的前提下，以北京師范大學(xué)主編的《無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教材中合成硫酸亞鐵銨章節(jié)為例，通過翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式深入探討水浴加熱、減壓過濾等內(nèi)容.

2.1 課前預(yù)習(xí)階段

在開展實(shí)驗(yàn)前一周，教師把實(shí)驗(yàn)需要預(yù)習(xí)的有關(guān)事項(xiàng)發(fā)布到學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺(tái)上，學(xué)生可利用課余時(shí)間上網(wǎng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，積極開展預(yù)習(xí)準(zhǔn)備工作.在開展硫酸亞鐵銨合成實(shí)驗(yàn)課前，課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)應(yīng)明確以下問題：

①了解本實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)基本操作并做好預(yù)習(xí)，了解本實(shí)驗(yàn)所需的各種實(shí)驗(yàn)材料及儀器；

②查閱相關(guān)資料，了解與本實(shí)驗(yàn)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)原理及制備方法；

③了解如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法和反應(yīng)的裝置；

④了解如何提純（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O及純度檢驗(yàn)的方法.

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)前設(shè)置問題的預(yù)習(xí)，不但能鞏固學(xué)生以前學(xué)習(xí)的知識(shí)，掌握實(shí)驗(yàn)的原理、目的、方法和注意事項(xiàng)等內(nèi)容，也能避免教師在實(shí)驗(yàn)前利用過多時(shí)間進(jìn)行“注入式”講解，同時(shí)還可提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的能力，開拓學(xué)生的知識(shí)面.

2.2 實(shí)驗(yàn)前討論階段

實(shí)驗(yàn)前需討論下列問題：

問題一：硫酸亞鐵銨采取何種合成方法？實(shí)驗(yàn)反應(yīng)的原理是什么？如何提高實(shí)驗(yàn)反應(yīng)產(chǎn)率？

教師可指定一名學(xué)生一邊在黑板前講解一邊書寫實(shí)驗(yàn)反應(yīng)的原理，這有利于教師了解學(xué)生掌握基本理論的情況，提高學(xué)生的綜合表達(dá)能力，促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的充分結(jié)合.教師也可向?qū)W生進(jìn)行提問，如對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)反應(yīng)產(chǎn)率問題有什么新的見解，以便了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式.

問題二：實(shí)驗(yàn)過程中的第一次水浴加熱與第二次水浴加熱目的有什么不同？

引導(dǎo)學(xué)生掌握前者為合成反應(yīng)，升溫是為了加快反應(yīng)；后者應(yīng)該是蒸發(fā)，目的是減少水份.

問題三：根據(jù)鐵的用量還是硫酸銨的用量來計(jì)算硫酸亞鐵銨的產(chǎn)率？鐵的用量過多對(duì)制備硫酸亞鐵銨有何影響？重點(diǎn)是從節(jié)約和經(jīng)濟(jì)角度考慮，培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保經(jīng)濟(jì)的思想.

問題四：實(shí)驗(yàn)裝置如何設(shè)計(jì)？實(shí)驗(yàn)步驟如何？減壓過濾有何特點(diǎn)？什么情況下應(yīng)用減壓過濾？抽濾時(shí)應(yīng)注意哪些事項(xiàng)？步驟有哪些？

問題五：在合成硫酸亞鐵銨的過程中為什么要控制溶液pH 值在1～2？

2.3 實(shí)驗(yàn)操作階段

在實(shí)驗(yàn)操作階段應(yīng)明確以下注意事項(xiàng)：

①鐵屑要保持清潔，避免使用有銹蝕的鐵屑，因銹蝕的鐵屑的主要成分三氧化二鐵無法被鐵完全還原，使鐵離子留在溶液中而影響產(chǎn)品的質(zhì)量.

②鐵屑顆粒不宜太細(xì)，最好為絲狀.

③硫酸的濃度要適宜，一般選擇3 mol·L-1.由學(xué)生討論分析濃度大小對(duì)反應(yīng)快慢、產(chǎn)品質(zhì)量與純度的影響.

④為保持溶液呈酸性，抑制水解，在反應(yīng)基本結(jié)束后加硫酸溶液，趁熱過濾，且要用兩層濾紙迅速抽濾，以防止溶液在吸濾瓶中冷卻而析出硫酸亞鐵晶體，導(dǎo)致?lián)p失.

2.4 課后總結(jié)階段

課后總結(jié)階段需要思考以下問題：

①為什么硫酸亞鐵銨在定量分析中可以用來配制亞鐵離子的標(biāo)準(zhǔn)溶液？

②蒸發(fā)濃縮至表面出現(xiàn)結(jié)晶薄膜后，為什么要緩慢冷卻再減壓抽濾？

③該實(shí)驗(yàn)有哪些成敗關(guān)鍵點(diǎn)？有什么心得體會(huì)？

問題①和問題②主要為了進(jìn)一步拓展該實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，拓寬學(xué)生的知識(shí)面；問題③有利于培養(yǎng)學(xué)生的總結(jié)歸納習(xí)慣，為今后科研和實(shí)驗(yàn)積累經(jīng)驗(yàn).

2.5 教學(xué)效果評(píng)價(jià)階段

通過開展翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐教學(xué)，在合成硫酸亞鐵銨實(shí)驗(yàn)過程中收到了良好的教學(xué)效果，具體如下：

①利用實(shí)驗(yàn)前設(shè)置的問題，學(xué)生可較為詳細(xì)地了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)裝置和注意事項(xiàng)等問題，可以改變?cè)瓉硪贿吙唇滩囊贿呥M(jìn)行實(shí)驗(yàn)的不良習(xí)慣.

②大大提高了預(yù)習(xí)報(bào)告的質(zhì)量.主要表現(xiàn)為：學(xué)生可以使用簡(jiǎn)練的語言回答實(shí)驗(yàn)提出的問題，同時(shí)提高了答題的正確率；不再“依葫蘆畫瓢”地繪制實(shí)驗(yàn)裝置圖，提高了裝置圖的創(chuàng)意性和規(guī)范性；能科學(xué)合理、簡(jiǎn)潔明了地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟.

③學(xué)生能更詳實(shí)地記錄實(shí)驗(yàn).學(xué)生不但可以及時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并且可以對(duì)操作的目的、產(chǎn)生的現(xiàn)象、出現(xiàn)問題及原因分析、討論的結(jié)論和老師拓展的問題等內(nèi)容進(jìn)行備注，避免了寫回憶錄或抄襲的現(xiàn)象.

④大大提高了教學(xué)效率，課堂氣氛更加活躍，明顯提高了學(xué)生的綜合能力和綜合素質(zhì).

⑤通過問卷調(diào)查，學(xué)生認(rèn)為這種教學(xué)模式能積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)-設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)-思考實(shí)驗(yàn)問題-解決實(shí)驗(yàn)問題，充分做好上課準(zhǔn)備.這樣既培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考的能力又讓每個(gè)學(xué)生鍛煉了語言表達(dá)能力，為將來從事教育教學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).

3 結(jié)語

本文立足于大學(xué)化學(xué)專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的需求，根據(jù)學(xué)生未來的職業(yè)特點(diǎn)和發(fā)展方向進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)和教學(xué)模式的改革.探討了基于學(xué)習(xí)分析對(duì)傳統(tǒng)大學(xué)化學(xué)課程教學(xué)進(jìn)行變革的意義及構(gòu)建方法.本文既重視問題研究，又關(guān)注策略研究，并以實(shí)證性研究為主，將理論研究和實(shí)踐探索緊密結(jié)合.但在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)踐過程中還需要一定的保障與支持：

①翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下，教師要有充足的時(shí)間和精力對(duì)課件、題庫、導(dǎo)學(xué)案等資料進(jìn)行研究和制作，這就需要學(xué)校給予大力支持.同時(shí)要減少學(xué)生的作業(yè)量，這樣才能讓學(xué)生有充足的時(shí)間對(duì)課件進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)，并進(jìn)行交流和互動(dòng).

②教師要具備一定的信息化意識(shí)和信息處理能力，學(xué)校應(yīng)定期對(duì)教師進(jìn)行這方面的培訓(xùn)，同時(shí)也應(yīng)重視學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，提高網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的運(yùn)行速度，并為師生提供優(yōu)良的、開放式的機(jī)房和學(xué)科實(shí)驗(yàn)室.

③上傳的課件應(yīng)隨時(shí)為學(xué)生開放，不限制觀看次數(shù)、觀看時(shí)段，應(yīng)能保證學(xué)生自主支配學(xué)習(xí)時(shí)間，又可以使學(xué)生根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí).同時(shí)，課件內(nèi)容應(yīng)富有生動(dòng)性，能夠激發(fā)學(xué)生的興趣，提升教學(xué)效果.