翻轉(zhuǎn)課堂模式在有機化學(xué)實驗教學(xué)中的探索與實踐

佘能芳，曾春鋒，張栩晨，曹云鳳，張穎穎，余廣鰲，原弘

華中師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，武漢 430079

中華人民共和國教育部在2012年印發(fā)了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃》[1]，把教育信息化擺在支撐引領(lǐng)教育現(xiàn)代化的戰(zhàn)略地位，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)無法滿足教育和信息相結(jié)合。2007年，美國科羅拉多州的林地公園高中的兩名化學(xué)老師最早進行了顛覆傳統(tǒng)課堂的嘗試，實施了“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)。隨后，翻轉(zhuǎn)課堂受到了世界各國眾多教育研究者的關(guān)注，在全球范圍內(nèi)開始流行起來。近年來，國內(nèi)的教育研究者和工作者也進行了大膽的嘗試，將“翻轉(zhuǎn)課堂”模式應(yīng)用到各高等院校尤其是師范院校的課堂中，改變傳統(tǒng)“灌輸式”的教學(xué)，顛覆知識傳授和知識內(nèi)化的過程，提升學(xué)生的自學(xué)能力、探究能力以及創(chuàng)新能力[2–4]。

1 有機化學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀

有機化學(xué)實驗課程是四年制本科化學(xué)專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)必修課程[5]，是結(jié)合理論課堂所學(xué)知識，通過相應(yīng)的實驗課程加深學(xué)生對理論知識的理解，同時以培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力、科研能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)素養(yǎng)為目的的課程[6]。學(xué)生通過有機化學(xué)實驗基礎(chǔ)知識、有機物的制備、分離提純等基本操作技能的學(xué)習(xí)和操練，形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和良好的實驗素養(yǎng)，提高分析問題和解決問題的能力。因此，有機化學(xué)實驗課程已經(jīng)成為化學(xué)專業(yè)的學(xué)生掌握從事基礎(chǔ)科研工作最重要的基本技術(shù)的必備途徑，提高該課程的教學(xué)質(zhì)量具有非常重要的理論和實踐意義。目前，大多數(shù)的有機化學(xué)實驗仍以傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)模式為主，保持著“學(xué)生課前預(yù)習(xí)–教師審閱實驗預(yù)習(xí)報告–教師課堂講授–學(xué)生進行實驗–教師檢查實驗數(shù)據(jù)–學(xué)生提交實驗報告–教師批改實驗報告”等環(huán)節(jié)構(gòu)成的教學(xué)過程。學(xué)生的積極性、主動性受到抑制，缺乏學(xué)習(xí)的熱情和積極性，達不到預(yù)期的教學(xué)效果。同時傳統(tǒng)的有機化學(xué)實驗課程受制于課時及儀器設(shè)備的限制，存在重講授輕實驗、重驗證輕探究、重結(jié)果輕過程等弊端。為了改變課程教學(xué)中存在的諸多弊端，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，提升學(xué)生的課堂參與度，提高有機化學(xué)實驗課程教學(xué)質(zhì)量，我們利用“翻轉(zhuǎn)課堂”這種新穎的教學(xué)理念及方法，設(shè)計合理的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式并應(yīng)用于有機化學(xué)實驗的教學(xué)中[7–10]，對實驗教學(xué)過程進行深入探索與實踐，取得了較好的教學(xué)效果。

2 有機化學(xué)實驗教學(xué)中翻轉(zhuǎn)課堂模式的設(shè)計和應(yīng)用

2.1 課前師生準(zhǔn)備

教師在實驗前借助本校的“云課堂”平臺，將相關(guān)實驗的教案以及實驗視頻提前上傳，方便學(xué)生在課前進行查看。同時也在QQ群布置相關(guān)實驗思考題，以及任務(wù)單。以“2-甲基-2-丁醇的制備”實驗為例，教師首先借助本校的“云課堂”平臺，將該實驗的教案進行上傳，學(xué)生可登錄云課堂平臺進行查看。該教案包括本次實驗的目的、實驗用品、實驗步驟、注意事項、思考題等。隨后教師在QQ群中發(fā)布本次實驗的任務(wù)以及根據(jù)實驗重難點設(shè)計的相關(guān)翻轉(zhuǎn)課堂問題，如該實驗的機理如何、該實驗的副反應(yīng)是什么及如何規(guī)避副產(chǎn)物的生成、實驗中所加試劑的作用，以及產(chǎn)物處理相關(guān)事項等。

在教師提供課前資源的基礎(chǔ)上，學(xué)生可選擇性地查看資料，預(yù)習(xí)實驗的內(nèi)容，并對教師提出的問題進行深入思考，查閱相關(guān)實驗的資料，規(guī)避實驗過程中容易出錯的地方，完成課前的自主學(xué)習(xí)。同時教師對學(xué)生進行分組，每8個人為一個小組。學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)后，再進行小組交流討論，小組合作的方式由于小組內(nèi)成員存在差異，學(xué)生在小組內(nèi)能遇到在某些方面比自己更有優(yōu)勢、處于更高認(rèn)知水平的同學(xué)，成員之間能夠相互學(xué)習(xí)，從而照顧到絕大部分學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)[11]，并且合作學(xué)習(xí)可以幫助和督促學(xué)習(xí)能力稍弱的學(xué)生進行預(yù)習(xí)，保證每一位學(xué)生在課前都完成實驗理論學(xué)習(xí)。最后，學(xué)生在預(yù)習(xí)的過程中若遇到難以解決的問題，可在QQ群里與教師進行交流討論，為課上進行實驗做好充足的準(zhǔn)備。

2.2 課中師生互動

在實驗課上，采取學(xué)生自愿的方式對實驗的預(yù)習(xí)成果進行展示，展示內(nèi)容主要是講授本次實驗的實驗原理和實驗步驟等，此過程可以鍛煉學(xué)生的語言表達能力，提高學(xué)生的師范生技能。

隨后，師生共同對實驗的重點問題進行研討，比如在“乙酰乙酸乙酯的制備”實驗中，學(xué)生提出自己通過課前學(xué)習(xí)還存在的疑問“如何控制操作，小鈉珠才不會再次融合？(請注意溫度、銅絲旋轉(zhuǎn)速度與小鈉珠之間的關(guān)系)”。

具體實驗操作過程中，學(xué)生先進行自主實驗操作，教師記錄學(xué)生的表現(xiàn)。在實驗的難點部分，教師將引導(dǎo)學(xué)生觀察實驗裝置和實驗現(xiàn)象，提出疑問，讓學(xué)生思考，拓展思維，將知識進行內(nèi)化。如在“苯甲酸乙酯的制備”實驗中，教師可以通過對比“乙酸乙酯的制備”實驗的實驗裝置，引導(dǎo)學(xué)生提出疑問“為什么制備苯甲酸乙酯需要采用分水器，而乙酸乙酯的制備中不需要，同類型的物質(zhì)制備為什么會有此區(qū)別？”引發(fā)學(xué)生的思考，加深對影響酯化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率因素的理解。另外，在“甲基橙的制備”實驗中，不同學(xué)生制備出的甲基橙顏色會有些許差別，可以引導(dǎo)學(xué)生提出疑問“為什么一樣的實驗操作得到的甲基橙顏色會有差別？”加深學(xué)生對于甲基橙在不同的pH下會存在不同形態(tài)的認(rèn)識。在一些特殊的操作實驗中，比如減壓蒸餾等，通過設(shè)計小組協(xié)作來完成實驗，可培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作能力。

最后，由教師對實驗進行總結(jié)，幫助學(xué)生將知識系統(tǒng)化，同時教師將學(xué)生在實驗過程中普遍出現(xiàn)的實驗操作錯誤進行講解指正，并向?qū)W生演示正確的操作方法，布置課后相關(guān)任務(wù)。

2.3 課后反饋評價

課后學(xué)生主要是通過實驗報告和“云課堂”論壇回帖進行反饋。教師可以通過實驗報告中的產(chǎn)品性狀、產(chǎn)率、思考題的解答了解學(xué)生對本次實驗的掌握程度。另外學(xué)生可以通過論壇回帖分享自己對本次實驗的反思及感想，對自己的表現(xiàn)進行評價，加深對本次實驗的印象。同時在學(xué)期末，統(tǒng)一組織有機化學(xué)實驗的理論考試。

課程的評價方式為平時表現(xiàn)和期末成績相結(jié)合的方式，其中平時表現(xiàn)占60%，期末考試成績占40%，主要注重過程性評價。平時表現(xiàn)包括課前準(zhǔn)備、課堂參與、合作精神、學(xué)習(xí)質(zhì)量等方面。課前準(zhǔn)備主要通過實驗預(yù)習(xí)報告、課前預(yù)習(xí)成果展示等方面進行評價。課堂參與度主要通過學(xué)生在實驗課上與教師及其他成員的互動次數(shù)、操作表現(xiàn)等方面進行評價。合作精神通過小組上交的照片和視頻，以及小組合作進行實驗操作的表現(xiàn)等方面進行評價。學(xué)習(xí)質(zhì)量通過實驗收率、實驗報告質(zhì)量，以及對本次實驗的反思與感想等方面進行評價。

3 學(xué)習(xí)效果分析

選取佘能芳老師教學(xué)的兩個班級進行調(diào)查研究，兩個課堂的學(xué)生都是通過教務(wù)處的選課系統(tǒng)進行隨機選課分配的，在學(xué)習(xí)該課程前學(xué)業(yè)水平一致，都進行了半學(xué)年的有機化學(xué)及基礎(chǔ)有機化學(xué)實驗1的學(xué)習(xí)。實驗組為翻轉(zhuǎn)課堂模式下的教學(xué)班級，該班級學(xué)生共16人；對照組為傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式下的教學(xué)班級，該班級學(xué)生共16人。實驗組的16名學(xué)生都有手機和電腦相關(guān)通訊設(shè)備，滿足進行翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)的基本要求。分別對這兩個教學(xué)班級進行了半學(xué)年的基礎(chǔ)有機化學(xué)實驗2的教學(xué)，將實驗失敗率、實驗產(chǎn)物收率、實驗報告質(zhì)量、實驗理論考試成績進行對比分析。

3.1 實驗失敗率對比

翻轉(zhuǎn)課堂和非翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)生在半學(xué)年的基礎(chǔ)有機化學(xué)實驗2的學(xué)習(xí)中，共進行了9個操作實驗，將學(xué)生在操作實驗時未得到相應(yīng)產(chǎn)物定義為實驗失敗，實驗失敗率即實驗失敗的人數(shù)占全部參與實驗人數(shù)的比例，通過對實驗的失敗率進行統(tǒng)計分析，除“2-甲基-2-丁醇的制備”實驗，實驗組的失敗人數(shù)大于對照組外，其他實驗的實驗組失敗人數(shù)都比對照組少。由此可得，一般情況下翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下學(xué)生進行有機化學(xué)實驗操作的失敗率比傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式下的學(xué)生低，具體統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

表1 實驗失敗人數(shù)統(tǒng)計

3.2 實驗產(chǎn)物收率對比

翻轉(zhuǎn)課堂和非翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)生在半學(xué)年的基礎(chǔ)有機化學(xué)實驗2的學(xué)習(xí)中，共制備了9種產(chǎn)物，實驗組除產(chǎn)物2-甲基-2-丁醇的收率比對照組低，其余產(chǎn)物的收率都要高于對照組。由此可得，一般情況下翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下學(xué)生進行有機化學(xué)實驗制備的產(chǎn)物收率高于傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式下的學(xué)生，具體統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。

表2 產(chǎn)物平均收率統(tǒng)計

3.3 實驗報告質(zhì)量對比

將實驗組和對照組的實驗報告進行分析，以“乙酰乙酸乙酯的制備”實驗為例，在實驗結(jié)果處理這一部分，實驗組學(xué)生能夠詳細(xì)完成計算過程，而對照組大部分學(xué)生沒有計算過程；在處理討論思考題的解答上，實驗組學(xué)生回答的較好，基本全正確，而對照組多數(shù)學(xué)生在答案上存在遺漏，說明實驗組學(xué)生對所操作的實驗有深入思考，而對照組學(xué)生對實驗的掌握程度更低；同時根據(jù)教師批閱的本次實驗的實驗報告結(jié)果來看，實驗組有10名學(xué)生獲得了A+，而對照組僅有3名學(xué)生獲得A+。由此可得，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下的學(xué)生對待實驗報告較傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式下的學(xué)生更認(rèn)真，實驗報告質(zhì)量更高。

3.4 實驗理論考試成績對比

實驗組和對照組在課程結(jié)束后，參加了基礎(chǔ)有機化學(xué)實驗理論考試，通過對實驗組和對照組的學(xué)生成績進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，實驗組的平均成績?yōu)?8.50，對照組的平均成績?yōu)?6.69，不及格人數(shù)實驗組為2人，對照組為4人，采用標(biāo)準(zhǔn)偏差的計算方法對學(xué)生理論考試成績進行計算，實驗組的理論考試成績標(biāo)準(zhǔn)偏差為8.00，對照組為11.42。由此可得，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下學(xué)生對有機化學(xué)實驗的理論掌握程度和學(xué)業(yè)成績比傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式下的學(xué)生好，成績較平均，具體統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。

表3 實驗理論考試成績統(tǒng)計

通過對翻轉(zhuǎn)課堂和非翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)生的實驗失敗率、實驗產(chǎn)物收率、實驗報告質(zhì)量以及實驗理論考試成績四個方面的對比，不難看出翻轉(zhuǎn)課堂在有機化學(xué)實驗教學(xué)中的實施大大促進了學(xué)生對知識的理解與深化，不僅可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，也有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；還促進了信息技術(shù)與有機化學(xué)實驗教學(xué)的融合，提高了課堂效率；最重要的是在翻轉(zhuǎn)課堂的過程之中學(xué)生是學(xué)習(xí)的真正主人，從課下學(xué)習(xí)到課上討論交流再到總結(jié)評價，學(xué)生實現(xiàn)了參與式學(xué)習(xí)。

4 存在的問題與改進

通過問卷調(diào)查法對翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下的學(xué)生進行翻轉(zhuǎn)課堂滿意度調(diào)查，發(fā)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂模式下的有機化學(xué)實驗教學(xué)還存在以下問題：首先，部分有機化學(xué)實驗在網(wǎng)絡(luò)上找不到相關(guān)視頻資源，學(xué)生無法提前觀看學(xué)習(xí)。其次，在課前小組合作研討上，由于沒有明確分配任務(wù)，有些成員可能并沒有完全參與，僅由少數(shù)成員進行研討。再則，在課中預(yù)習(xí)成果展示環(huán)節(jié)，學(xué)生采取自愿原則，積極外向的學(xué)生會多次爭取獲得展示機會，而一些性格內(nèi)斂的學(xué)生得不到展示機會。同時一些學(xué)生可能會抱有自己不上臺展示不需要好好預(yù)習(xí)的心態(tài)，不能全面調(diào)動學(xué)習(xí)積極性。最后，在課程評價方式上，評價指標(biāo)包括學(xué)生的課前預(yù)習(xí)情況，教師只能根據(jù)學(xué)生的實驗預(yù)習(xí)報告和上臺展示的學(xué)生來評價該組成員的預(yù)習(xí)效果，不能全面了解每個學(xué)生的具體預(yù)習(xí)成果。

針對以上不足之處提出以下改進意見。首先，針對預(yù)習(xí)資源視頻，教師可以通過提前錄制實驗操作視頻的方式進行改進。其次，針對小組合作研討上，教師可以通過明確任務(wù)，同時以小組上交文字研討記錄的方式進行監(jiān)督。再則，針對課中展示環(huán)節(jié)，針對一些學(xué)生不積極的情況，教師可以采取隨機抽點學(xué)生上臺展示的方式，敦促每一位同學(xué)都要積極地進行課前預(yù)習(xí)。最后，課程評價方式中對課前預(yù)習(xí)成果的評定，教師可以在實驗前通過學(xué)校的“云課堂”平臺組織學(xué)生進行課堂小測試，根據(jù)答題情況精準(zhǔn)掌握每一名學(xué)生的預(yù)習(xí)情況。

5 結(jié)語

翻轉(zhuǎn)課堂模式在有機化學(xué)實驗教學(xué)中的探索和實踐，取得了較好的教學(xué)效果。實驗操作的成功率、產(chǎn)物的收率、實驗報告的質(zhì)量、實驗理論考試成績等多方面都優(yōu)于傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，既提高了學(xué)生的學(xué)業(yè)成績，又提高了有機化學(xué)實驗的教學(xué)質(zhì)量，將教學(xué)模式從“以教為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)為主”。翻轉(zhuǎn)課堂改變了課前預(yù)習(xí)方式，學(xué)生從面對枯燥的文字進行抄錄轉(zhuǎn)變?yōu)橛羞x擇地進行資源學(xué)習(xí)和小組合作，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了自主學(xué)習(xí)能力與團隊協(xié)作能力。該模式還改變了課中互動方式，由教師的“滿堂灌”方式轉(zhuǎn)變成“以學(xué)生為主體，學(xué)生進行實驗理論講授，師生和生生間圍繞重點問題進行研討”的方式，提高了學(xué)生的課堂參與度，鍛煉了師范院校學(xué)生的師范生技能，拓展了學(xué)生思維，培養(yǎng)了創(chuàng)新意識，構(gòu)建了良好師生互動關(guān)系。