一流課程建設(shè)中物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)線上線下一體化教學(xué)探索

趙娣，傅麗，陳鈺，梁紅蓮，鄭慧敏

（廊坊師范學(xué)院，河北廊坊065000）

0 引言

2015年底，國(guó)家提出了“雙一流”建設(shè)，旨在培養(yǎng)高精尖創(chuàng)新型人才。2019年教育部就一流本科課程的建設(shè)提出了實(shí)施意見?！耙涣鞔髮W(xué)”和“一流學(xué)科”建設(shè)中的最小單元就是“一流課程”的建設(shè)，深化教育教學(xué)改革，必須把教學(xué)改革成果落實(shí)到課程建設(shè)上，讓課程適應(yīng)新時(shí)代新的要求，滿足應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求［1，2］。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新與實(shí)踐能力的重要方式［3］，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)、材料、生物等多個(gè)領(lǐng)域?qū)I(yè)人才培養(yǎng)的重要基礎(chǔ)。傳統(tǒng)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)雖然在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生自己動(dòng)手操作，但整個(gè)實(shí)操過程學(xué)生都是按照講義提供的步驟亦步亦趨，最后的報(bào)告也是千人一面。學(xué)生缺乏思考，其主體地位不能很好地發(fā)揮和體現(xiàn)。再加上實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限，導(dǎo)致部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中袖手旁觀或只能負(fù)責(zé)其中一部分操作［4］，這些問題的存在使得整體教學(xué)效果不佳。

搭建線上線下一體化的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，強(qiáng)化現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，以“發(fā)現(xiàn)物理化學(xué)之美”的《宏觀-微觀綜合實(shí)踐訓(xùn)練》為創(chuàng)新點(diǎn)，優(yōu)化重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容與課程體系，提升課程的實(shí)用性和趣味性，增加課程的挑戰(zhàn)性，有助于該課程在新的時(shí)代和技術(shù)背景下與時(shí)俱進(jìn)，更好地解決教與學(xué)模式創(chuàng)新的問題［5］，是一流物理化學(xué)課程建設(shè)中的一項(xiàng)重要嘗試。

1 傳統(tǒng)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的缺點(diǎn)和不足

傳統(tǒng)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要分為四個(gè)環(huán)節(jié)：首先是學(xué)期初的實(shí)驗(yàn)講座，其次是實(shí)驗(yàn)課前的理論講解和操作講解，然后學(xué)生根據(jù)設(shè)定好的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并將數(shù)據(jù)整理完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，最后是教師對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的批閱和反饋。這種教學(xué)模式存在以下幾方面不足。

（1）教學(xué)方法仍以灌輸式為主，學(xué)生積極性低。無(wú)論是實(shí)驗(yàn)講座還是課前的理論講解和操作講解，都是教師占據(jù)主導(dǎo)地位，學(xué)生被動(dòng)接受。整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作過程也都是按照教材的步驟一步一步進(jìn)行，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)少，自然也沒有學(xué)習(xí)的熱情。

（2）教學(xué)方式老舊單一，學(xué)生學(xué)習(xí)效果較差。以預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)為例，學(xué)生預(yù)習(xí)主要是通過書寫預(yù)習(xí)報(bào)告來(lái)完成，這種方式往往是為了寫而寫。而物化實(shí)驗(yàn)操作部分主要是對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作，學(xué)生寫預(yù)習(xí)報(bào)告往往是在看不到真實(shí)設(shè)備的情況下去寫“先按下什么鍵，再按下什么鍵”，這對(duì)預(yù)習(xí)來(lái)說毫無(wú)意義。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后仍不會(huì)操作，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備仍倍感陌生，起不到預(yù)習(xí)的效果。

（3）實(shí)驗(yàn)與理論無(wú)法高效地銜接，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論背后的深層含義無(wú)法真正理解。

（4）由于學(xué)時(shí)的限制，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中和數(shù)據(jù)處理過程中遇到的問題不能及時(shí)解決，學(xué)生之間、師生之間討論的機(jī)會(huì)太少。

（5）實(shí)驗(yàn)考核方式單一。目前學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主，而課堂實(shí)驗(yàn)均為2-3人協(xié)作完成，這就導(dǎo)致同組人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全相同，教師很難根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告了解學(xué)生的理解程度和操作水平。

2 物理化學(xué)線上線下一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐

處于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代和智能時(shí)代的教師，應(yīng)能充分合理地使用線上資源，開展線上線下一體化的教學(xué)模式（見圖1），將移動(dòng)學(xué)習(xí)模式應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)課程中，通過制作線上微課、微視頻、操作花絮、仿真實(shí)驗(yàn)等可供學(xué)生學(xué)習(xí)的資料和素材，使學(xué)生處處可學(xué)、時(shí)時(shí)可學(xué)。將教學(xué)方式從傳統(tǒng)的“我教你聽”轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸掝}討論”。讓學(xué)生從“照貓畫虎”變?yōu)椤疤剿鲃?chuàng)新”。教師還可以使用信息技術(shù)從學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中收集所有數(shù)據(jù)?；谶@些數(shù)據(jù)，一方面可以進(jìn)行個(gè)性化分析，有針對(duì)性地輔導(dǎo)答疑，另一方面可以使用大數(shù)據(jù)的“及時(shí)反饋”，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)有更準(zhǔn)確的掌握［6］?？傊?，“互聯(lián)網(wǎng)+”的教學(xué)模式正在改變著教學(xué)的各個(gè)方面。

圖1 線上線下一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型

2.1 線上預(yù)習(xí)與線下實(shí)操的有機(jī)融合

制作并上傳理論微課、操作微視頻至學(xué)習(xí)通線上平臺(tái)，供學(xué)生線上預(yù)習(xí)。比起空洞的紙版講義，微課和微視頻更加形象、生動(dòng)。學(xué)生通過預(yù)習(xí)視頻就能看到實(shí)驗(yàn)設(shè)備，掌握這臺(tái)設(shè)備的使用方式、可進(jìn)行哪些測(cè)試、需要注意的事項(xiàng)以及它的工作原理，待進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后可以馬上上手操作，從而達(dá)到預(yù)習(xí)的效果。這也為線下的實(shí)驗(yàn)操作打下了良好的基礎(chǔ)。另外微課和微視頻還可以隨時(shí)回看，這也有利于課后鞏固復(fù)習(xí)［5，7］。線下課堂中教師不再花費(fèi)大量時(shí)間講解理論和操作步驟，而是將大部分時(shí)間留給學(xué)生，由學(xué)生以小組協(xié)作的方式完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

2.2 線上話題討論與線上線下釋疑相結(jié)合

建立線上課程討論專區(qū)，針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提出討論主題，引起學(xué)生的思考，使學(xué)生帶著問題預(yù)習(xí)，待進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，可有針對(duì)性地學(xué)習(xí)。線下課堂中教師則根據(jù)預(yù)先的討論主題和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)情境問題，以引導(dǎo)、提問的方式開展教學(xué)，并對(duì)學(xué)生的問題及時(shí)解答［5，8］。實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后也可根據(jù)學(xué)生操作或報(bào)告中出現(xiàn)的共性問題作為話題進(jìn)行線上討論，增加教師與學(xué)生以及學(xué)生之間的互動(dòng)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與度和積極性［8］。

2.3 線上評(píng)價(jià)機(jī)制和線下考核相結(jié)合

利用線上學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺(tái)，可觀測(cè)學(xué)生預(yù)習(xí)情況、討論區(qū)的參與度以及回看記錄等等，并將這些與線下的操作規(guī)范量化、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、操作比拼等都劃入考核范疇，能夠更全面地考核學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的掌握情況。

2.4 《宏觀-微觀綜合實(shí)踐訓(xùn)練》實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的實(shí)施

《宏觀-微觀綜合實(shí)踐訓(xùn)練》實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，將“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程”與“物理化學(xué)與分子模擬的理論基礎(chǔ)”整合在新材料開發(fā)的應(yīng)用背景之下，在分子模擬等量化手段下，實(shí)現(xiàn)宏觀試驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)的分子層面的機(jī)理研究，提高學(xué)生對(duì)各層面理論知識(shí)和實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用之間聯(lián)系的認(rèn)知，微觀與宏觀相類比，虛實(shí)結(jié)合、相互輔助的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式更能輔助學(xué)生理解現(xiàn)象的本質(zhì)和抽象的理論知識(shí)，建立理論與實(shí)踐之間的橋梁，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)物理化學(xué)之美。

2.5 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用

近年來(lái)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)由于形象直觀，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地沒有要求，能夠真實(shí)模擬一些校內(nèi)無(wú)法開展的工業(yè)和企業(yè)中相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，因而越來(lái)越多地被開發(fā)并應(yīng)用到常規(guī)教學(xué)中［4］。目前本校引進(jìn)了化工類的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果良好。而下一步將要開設(shè)的物理化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，比如“極化曲線的測(cè)定”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，可以模擬通電后電子的流動(dòng)、電極與溶液界面的氧化還原反應(yīng)以及離子在溶液中遷移的整個(gè)過程，讓學(xué)生直觀觀察到第二類導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理和離子的電遷移過程，同時(shí)還可以讓學(xué)生真正理解“極化作用”這個(gè)概念。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅可以掌握儀器的使用方法，還可以對(duì)反應(yīng)背后的動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)的微觀變化過程有更直觀的感受，彌補(bǔ)真實(shí)實(shí)驗(yàn)難以觀測(cè)的不足，加深對(duì)物理化學(xué)理論的理解，進(jìn)而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

3 結(jié)語(yǔ)

在信息化時(shí)代背景下，創(chuàng)建線上線下一體化實(shí)驗(yàn)課程，做好線上線下課程的有機(jī)銜接，可更好地發(fā)揮學(xué)生的主體作用，提升教學(xué)效果。而建設(shè)培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型人才的一流本科課程，今后還應(yīng)從以下方面努力。

（1）完善線上課程。充分利用各種資源，引進(jìn)優(yōu)質(zhì)線上實(shí)驗(yàn)課程講座，拓展課程學(xué)習(xí)的廣度。

（2）建立和完善物理化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使微觀過程可視化，加深對(duì)原理的認(rèn)識(shí)和理解，提升課程學(xué)習(xí)的深度。

（3）把物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和畢業(yè)論文、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目緊密結(jié)合起來(lái)，注重創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，不斷提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。