混合式教學在物理化學實驗課程中的探索與實踐

雷雪峰　馬軍現(xiàn)　劉建莊　李琳　王悅輝

摘 ?要：以提升大學生的綜合能力、創(chuàng)新思維和科學素養(yǎng)為目的，以泛雅網(wǎng)絡教學平臺為依托，探索混合式教學在物理化學實驗課程中的實踐模式。課程對傳統(tǒng)的實驗授課模式和評價方式進行改革，建設完善的線上教學資源;通過“三階段四環(huán)節(jié)”的混合式教學模式展開實驗教學，重在培養(yǎng)學生的自主學習和高階認知能力，加強學習深度;采用“線上+線下+實踐”的課程評價模式，以能力產(chǎn)出為導向，對學生的綜合能力進行評價，通過實踐推動理工科實驗課程由傳統(tǒng)課堂向智慧課堂的轉(zhuǎn)化。

關(guān)鍵詞：混合式教學;物理化學實驗;自主學習;高階認知能力

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）13-0112-07

Abstract： For the purpose of improving comprehensive ability， innovative thinking and scientific literacy of the college students， blended teaching model in physical chemistry experiment course was explored based on Fanya online platform. Rich network-based teaching resources were built， and the experimental teaching activities were carried out through the blending teaching model of three stages and four steps. The cultivation purpose was focused on improving the students' abilities of self-learning， high-order thinking and in-depth learning. The course evaluation system was guided by output of abilities and constructed by three modules of online， offline and practice to evaluate comprehensive abilities of the students. It is hoped that the reform could promote the transformation of science and engineering experimental courses from traditional classroom to wisdom classroom through practice.

Keywords： blended teaching; physical chemistry experiment course; self-learning; high-order cognitive ability

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”教育時代的到來，數(shù)字化學習已經(jīng)成為一種常見的學習方式，而慕課教育理念的興起，使得移動學習、混合式教學、翻轉(zhuǎn)課堂等教學方式在高校教學中已漸趨普及[1]。2019年至今，隨著國家“雙萬計劃”的逐步推行，針對混合式教學的研究與探索熱度激增[2-12]。混合式教學的優(yōu)勢在于將傳統(tǒng)課堂和網(wǎng)絡化教學平臺有機結(jié)合，以信息技術(shù)為支持，采用新型教學模式，突出以學生為中心，實現(xiàn)個性化與智慧化的教與學。其目的不再是低階知識的傳授，而更注重于高階能力的培養(yǎng)。教育部在2018年《加快建設高水平本科教育 全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》中提出了“積極引導學生自我管理、主動學習，激發(fā)求知欲望，提高學習效率，提升自主學習能力”的要求。可見，通過OBE理念對混合式教學進行設計，以學習產(chǎn)出為目標，培養(yǎng)學生的自我管理與自主學習能力、批判性思維、交流合作能力及創(chuàng)造性思維，引導其由“淺層學習”邁向“深度學習”，是提升高校教育教學質(zhì)量的重要途徑[13-14]。

物理化學實驗是應用化學、材料化學、環(huán)境工程等專業(yè)的基礎(chǔ)實驗課，課程內(nèi)容及研究方法能夠為相關(guān)行業(yè)的生產(chǎn)實踐和科學研究提供理論指導，對學生的邏輯思維、科學素養(yǎng)、實踐動手能力等方面的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用。鑒于課程的重要性以及學校培養(yǎng)應用型人才的目標，將混合式教學引入物理化學實驗課程，通過教學資源建設，教學模式設計及評價方式的構(gòu)建，利用多渠道激發(fā)學生的學習動力，將其變被動為主動，更大程度地參與到教學活動中，培養(yǎng)和提升其自主學習能力、信息與數(shù)據(jù)的加工處理能力、邏輯思維能力、創(chuàng)新意識、團隊合作意識等綜合素質(zhì)，提升教學質(zhì)量，培養(yǎng)滿足社會需求的高層次應用型人才。

一、教學資源建設

在實施教學改革的過程中，結(jié)合課程自身特色、學生實際情況和學校人才培養(yǎng)的目標，重構(gòu)教學內(nèi)容，以泛雅網(wǎng)絡教學平臺為依托，建設完善的平臺資源。

（一）編制講義

我校開設的物理化學實驗共48學時，含11個實驗，教學內(nèi)容及學時安排如表1所示。選定教材時雖盡量貼近本校實驗內(nèi)容，但仍然在藥品、儀器以及實驗方法上存在不少差別，甚至有些實驗需要額外給學生補充資料。教材是學生學習的一手“武器”，其重要性不言而喻。因此，編制了與本校實驗內(nèi)容完全配套的講義，并將其上傳至泛雅教學平臺，以方便學生的課前預習和線上學習。

（二）編制學案

我校選取的實驗內(nèi)容涵蓋了熱力學、動力學、相平衡、表面化學、膠體化學等各大模塊，每個實驗的特點和側(cè)重點都不同，為了讓學生能夠快速把握學習要點，在課下高效地完成學習目標，我們?yōu)槊總€實驗編制了相對獨立的學案，內(nèi)容包括“預習報告”和“結(jié)果報告”，以替代傳統(tǒng)的預習報告和實驗報告。

在預習報告中，針對每個實驗項目的內(nèi)容和特點設計預習問題，以填空、簡答、繪圖和討論的形式引導學生開展課前學習，內(nèi)容囊括了實驗原理、實驗步驟和實驗中需要注意的事項，提倡并鼓勵學生用思維導圖、流程圖等能夠體現(xiàn)個性化思維的方法對實驗過程進行梳理，并在與他人討論分享的過程中啟發(fā)思維，不斷完善作品，進而明確進入實驗室后需要完成的工作。

結(jié)果報告則分為三大模塊：實驗數(shù)據(jù)的記錄與處理、問題和反思討論。模塊一中設計好數(shù)據(jù)記錄的表格，引導學生利用Origin、Excel等專業(yè)軟件處理實驗數(shù)據(jù)，繪制圖形，并計算結(jié)果;模塊二就實驗中易出錯的環(huán)節(jié)和注意事項設計問題，引導學生通過語言梳理與書面表達，強化對實驗原理、實驗步驟和實驗操作的理解;模塊三發(fā)出“靈魂拷問”，一是針對本次實驗的結(jié)果討論：本次實驗結(jié)果是否理想？哪些環(huán)節(jié)需要改進？應該怎么做？二是拓展思維的 “五問反思”：通過問題引導，讓學生對學習和實踐過程進行反思，總結(jié)經(jīng)驗，拓寬思維方式，并進一步完善學習策略?！拔鍐柗此肌钡木唧w問題如下：

1. 我學到了哪個知識點或技能？

2. 針對這個知識點或技能，實驗之前我是怎么想的？（要求展示自己真實的知識背景）

3. 我之前的想法怎么樣？（要求說明之前想法的不足之處）

4. 我應該怎樣想才對？（說明經(jīng)過實驗之后觀點、想法的改變）

5. 這個知識點和其它知識有什么聯(lián)系，或這一技能還可以用來做哪些工作？

學生在完成學案的過程中，不必反復抄寫講義內(nèi)容，而要將時間和精力放在解決問題上，避免傳統(tǒng)報告中大篇幅抄寫和學習效果不佳的弊病。

（三）拍攝演示視頻

為了讓學生更好地開展線上學習，拍攝了與實驗內(nèi)容完全配套的11個實驗操作演示視頻和5個儀器操作視頻，共計68分43秒。實驗操作演示視頻的制作可更好地幫助學生預習并掌握整個實驗流程及正確的實驗操作，為順利開展教學活動提供極大的便利（如圖1所示）。

完善的泛雅網(wǎng)絡教學資源是順利開展混合式教學的前提（如圖2所示）。除上述資源之外，泛雅平臺還通過多媒體課件、儀器設備使用說明、思維導圖、流程圖、練習小測、參考文獻等多種形式，將抽象、復雜的物理化學實驗以多樣化、多維度的方式全面、生動、形象地展示出來，為學生的線上學習提供豐富的資源，為線下翻轉(zhuǎn)課堂的順利開展奠定堅實的基礎(chǔ)。課程平臺自2018年建成至今，學生訪問量已逾34萬余次，在課程的混合式教學過程中發(fā)揮了重要作用。課程PC端網(wǎng)址：https：//mooc1-1.chaoxing.com/course/201756356.html.

二、線上線下混合式教學

鑒于實驗場地和儀器資源的限制，我校的物理化學實驗一直采用理論講解與實踐操作分開進行的模式開展教學，即：先集中學時一次性講解3-4個實驗，然后在接下來的課時同時開展3-4個實驗的實操。具體開展流程如圖3所示。

在這種情況下，采用傳統(tǒng)的教學方法開展教學，存在如下問題：

1. 采用集中講解的方式，短時間傳授的信息量過大。教師需要同時講授3-4個實驗，講解時間長，教授內(nèi)容多，教學難度大，學生被動地接受知識，不易消化和理解。

2. 理論講解與實踐操作時間間隔長。學生容易遺忘實驗步驟及操作細節(jié)，因此在實操過程中加大了教師的指導難度。

3. 無法有效監(jiān)控和評估學生的預習效果，教師也無法準確診斷學情并做出相應反饋。

在教學改革實踐中，我們通過混合式教學有效地解決了傳統(tǒng)教學中存在的上述問題。

（一）教學設計

物理化學實驗課程的混合式教學設計（如圖4所示）兼顧線上、線下和實踐三個層面。1. 線上自主學習。以豐富的泛雅線上資源為后盾，定時發(fā)布預習任務單，引導并組織學生開展線上預習活動。同時，線上資源也有助于學生隨時隨地復習、回顧。2. 線下翻轉(zhuǎn)課堂。在線下的理論講解過程中，突出以學生為中心，通過小組協(xié)作的方式，交流任務單的完成情況，分享對實驗原理的理解，對實驗步驟的梳理以及實驗儀器的操作流程，通過生生互助和師生交流推動教學活動的開展。在線下課堂中，教師是“導演”，學生是“主角”。3. 實踐和拓展。實踐環(huán)節(jié)包含實驗操作及實驗報告的完成。這一環(huán)節(jié)不僅反映出學生在前兩個環(huán)節(jié)中的學習效果，而且也鍛煉了學生的基本技能、分析問題和解決問題的能力以及對信息的加工處理能力。此外，以問題為契機，鼓勵學生開展探究式學習，通過畢業(yè)設計、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練及各類學科競賽等方式進一步提升其綜合能力、創(chuàng)新能力及科學素養(yǎng)。

為保障混合式教學的順利開展，課程以能力為導向、以過程為依據(jù)建立評價體系，由線上、線下和實踐三個模塊構(gòu)成，以此來提升學生的學習動力，監(jiān)控各環(huán)節(jié)的學習效果。

（二）教學模式

物理化學實驗采用“三階段四環(huán)節(jié)”的混合式教學模式開展教學：整個教學過程分為“課前-課中-課后”三段式進行，每個階段的教學過程均由四個環(huán)節(jié)構(gòu)成，各環(huán)節(jié)之間環(huán)環(huán)相扣，循序漸進地推動整個教學活動的進行（如圖5所示）。下面以“二元液系相圖的繪制”為例講述該教學模式在物理化學實驗課程中的應用與實踐（部分學生預習作品見圖6）（如表2所示）。

三、以能力為導向的評價方式

課程評價體系（如圖7所示）以能力為導向，采用“線上+線下+實踐”的綜合模式對學生的綜合能力進行考核。

線上成績占比30%，由課前任務（過程性評價）與預習作品（表現(xiàn)性評價）兩部分構(gòu)成，重點關(guān)注學習能力的培養(yǎng)與考察?？己酥笜藶椋褐v義、PPT、視頻、拓展材料等平臺資源的訪問與學習、預習作業(yè)、個性化預習作品的完成情況及效果等。學生在課前利用泛雅教學平臺提供的資源開展自主學習，完成課前學習任務，以培養(yǎng)其自我管理和自主學習能力;利用思維導圖軟件、PPT等工具對預習過的內(nèi)容進行梳理和深加工，完成預習作品的制作，訓練其邏輯思維能力和信息加工處理能力。

線下成績占比30%，由課堂翻轉(zhuǎn)（表現(xiàn)性評價）和期末考試（總結(jié)性評價）兩部分構(gòu)成，重點培養(yǎng)和考察學生對理論知識的掌握和應用?？己酥笜藶椋嚎记?、課堂分享內(nèi)容的品質(zhì)、語言表達的準確性與流暢性、課堂討論積極性、回答問題的全面性與準確度等。課堂翻轉(zhuǎn)以學生為主，通過講解實驗內(nèi)容，鍛煉學生的語言表達、內(nèi)容組織與課堂調(diào)控能力;通過交流互助，鍛煉和提升學生的語言表達能力和溝通交流能力。期末考核則考察學生對知識的靈活應用能力。

實踐成績占比40%，由實驗操作（過程性評價）與實驗報告（表現(xiàn)性評價）組成，注重考查學生的實驗技能和對實驗結(jié)果的分析處理?？己酥笜藶椋簩嵅偌寄?、實驗完成度、小組合作程度、桌面整潔情況、實驗報告的完整度、數(shù)據(jù)計算與繪圖的準確度、實驗結(jié)果處理與分析的正確性與科學性等。通過實驗操作訓練、強化和提升學生的基本技能、解決問題的能力及小組協(xié)作能力;通過實驗報告訓練學生的數(shù)據(jù)處理能力、結(jié)果分析能力和報告撰寫能力。

四、教學效果反饋

針對混合式實驗教學，對材料與食品學院16級材料化學和應用化學的學生（共計135人參與）開展了問卷調(diào)查，結(jié)果顯示：學生認為：1. 自主學習能力;2. 邏輯思維能力和信息加工能力;3. 溝通交流與團隊協(xié)作能力;4. 語言表達能力;5. 實驗技能得到提升的比例分別為71.2%、81.0%、74.2%、82.0%和71.3%。

此外，通過混合式教學實踐，發(fā)現(xiàn)更多的學生在后續(xù)的學習過程中更愿意嘗試和參與一些具有開發(fā)性、研究性和創(chuàng)新性的工作。參與了混合式學習的學生在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、互聯(lián)網(wǎng)+、挑戰(zhàn)杯、節(jié)能減排大賽、攀登計劃等各項學科競賽中的參賽及立項數(shù)目均有大幅攀升。學生對“氫氧化鐵膠體的電泳”“乙酸乙酯皂化反應速率常數(shù)的測定”和“粘度法測定高聚物分子量”的實驗探索獲得2020年學院優(yōu)秀畢業(yè)論文;與課程配套的實驗視頻的拍攝、后期剪輯、配音、字幕等制作均由16級學生在老師的指導下自主完成;以“云端教學技術(shù)研發(fā)中心”為題的項目獲得學院互聯(lián)網(wǎng)+大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽青紅賽道三等獎并獲得校級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目立項……。實踐證明，采用混合式實驗教學對于提升學生的綜合能力、創(chuàng)新能力和科學素養(yǎng)起到了極大的推動作用。

五、結(jié)束語

在物理化學實驗的混合式教學改革中，建立了內(nèi)容完整、形式多樣、全面系統(tǒng)的泛雅網(wǎng)絡教學資源，從多方面、多維度、多環(huán)節(jié)為學生的線上自主學習提供支持，同時也為混合式教學的開展提供了更多的可設計性和創(chuàng)造性;從學生的實際能力與水平出發(fā)，設計混合式教學活動，提出“三階段四環(huán)節(jié)”的混合式教學模式，使學生在實驗開展前做好充足的準備工作，更好地理解實驗原理、步驟及操作注意事項，從而降低面對面授課的難度，增加線下實驗的成功率;根據(jù)教學模式，科學構(gòu)建課程評價體系，突出以能力為導向，注重學生綜合能力與素養(yǎng)的培養(yǎng)與評價。同時，在開展正常教學活動的基礎(chǔ)上，以問題的拓展為契機，將探究式學習引入到教學模式中，通過畢業(yè)設計、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目和學科競賽等活動，進一步鍛煉學生的綜合能力和創(chuàng)新思維，取得了令人滿意的教學效果。該課程同時獲得了西浦ILEAD教育研究院微信公眾號的專題推送，在教育一線開展了實驗在線化教學的討論，取得了較為深遠的影響。在后續(xù)的課程推進過程中，需要根據(jù)學生特點對平臺資源進行調(diào)整，加入微課的錄制;根據(jù)實踐情況對課程評價體系進行適當調(diào)整，使之更加契合能力考核的目標，同時考慮設立虛擬仿真實驗平臺。

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基金項目：2018年廣東省教育科學“十三五”規(guī)劃項目“基于元認知的數(shù)字化學習能力提升策略研究”（編號：2018GXJK241）;2018年廣東省高等教育教學改革項目“基于泛雅網(wǎng)絡教學平臺的《物理化學實驗》混合式教學研究與實踐”（編號：S-JY201802）;2018年電子科技大學中山學院質(zhì)量工程建設項目“物理化學實驗”（編號：ZXKC201803）

作者簡介：雷雪峰（1977-），女，漢族，河南南陽人，博士研究生，副教授，研究方向：混合式教學與研究導向型教學。