“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程線上教學(xué)研究

王福萍 杜廣巖 梁紅蓮

摘? 要：“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程教學(xué)中不僅可讓學(xué)生習(xí)得相關(guān)的知識，還可提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。為了更好地做好“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程教學(xué)工作，教師要充分發(fā)揮線上平臺的作用，充分引導(dǎo)學(xué)生融入知識學(xué)習(xí)中，以此更好地促進學(xué)生習(xí)得化學(xué)知識的內(nèi)涵，內(nèi)化所學(xué)。因此，文章重點闡述“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程線上教學(xué)的相關(guān)措施，以此促進學(xué)生化學(xué)素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：混合式教學(xué)；高校；“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程；應(yīng)用研究

中圖分類號：G434? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）14-0184-04

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，“結(jié)構(gòu)化學(xué)”內(nèi)容一成不變和儀器設(shè)備更新?lián)Q代之間的矛盾也日益突出，其加大了學(xué)生對“結(jié)構(gòu)化學(xué)”原理的掌握困難，也削弱了學(xué)生的主動性和好奇心［1］。在教學(xué)模式方面，大部分院校還是采取常規(guī)教學(xué)方法，以理論知識教育為主，教學(xué)為輔。但由于“結(jié)構(gòu)化學(xué)”內(nèi)容比較抽象，部分學(xué)生無法透徹地理解繁瑣過程中的原理，以至于在獨立操作方面存在一定困難，極大地降低了教學(xué)和學(xué)習(xí)效果。

一、“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程線上教學(xué)背景

由于新冠肺炎疫情的出現(xiàn)，教學(xué)工作遭遇到了巨大的困難，師生不得不居家，為不影響正常教學(xué)進度，國家引入了“停課不停學(xué)”的新教學(xué)方法，但廣大教育者面對教學(xué)方法突然變化，被迫擔當網(wǎng)上教育的職責，開始學(xué)習(xí)網(wǎng)上教育知識，早日適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)授課教師這一職業(yè)。但線上教育不能完全取代教師的面對面溝通，于是“線上+線下”混合式培訓(xùn)成為當下以及今后培訓(xùn)事業(yè)的重點。

二、“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程線上教學(xué)原則

（一）科學(xué)設(shè)定任務(wù)，促進學(xué)生自律

“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課堂中使用“線上+線下”的混合式教學(xué)方法時，為了確保學(xué)生于在線學(xué)習(xí)過程中獲得高度的積極性和自律性，教師需要根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及其特征等對線上學(xué)習(xí)任務(wù)進行合理的設(shè)定，運用個性化的學(xué)習(xí)任務(wù)幫助學(xué)生展開積極主動地學(xué)習(xí)，從而確保在線學(xué)習(xí)效果的提高［2］。比如講到結(jié)構(gòu)化學(xué)第一章中“量子力學(xué)產(chǎn)生的背景”時，教師先明確教學(xué)任務(wù)，制定問題清單。如“十八世紀到十九世紀八十年代，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展有哪些成就？”“舊量子論的誕生是基于哪幾個經(jīng)典物理學(xué)無法解釋的實驗？”“這幾個實驗分別推動了哪些量子論的誕生”等。再比如，講到“原子結(jié)構(gòu)與原子光譜”時，教師可以制定“單電子原子體系的能量包括哪幾部分？”“每部分能量用公式如何表示？”“薛定諤方程如何寫？”“求解薛定諤方程時，需要經(jīng)過哪幾步驟的處理？”“將求解薛定諤方程轉(zhuǎn)化為求解哪三個方程的解？”“由復(fù)函數(shù)解如何得到實函數(shù)解？”“已知薛定諤方程的解，如何確定n，l，m三個量子數(shù)的值？”等問題清單。將這些問題清單與教學(xué)視頻等其他教學(xué)資料一起上傳到“學(xué)習(xí)通”等網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，并下發(fā)給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生有目的地進行預(yù)習(xí)，從而實現(xiàn)任務(wù)驅(qū)動式的教學(xué)模式。當上傳完畢以后，教師須在第一時間提醒學(xué)生完成瀏覽與閱讀學(xué)習(xí)內(nèi)容。通過這種目標型的學(xué)習(xí)方式可以對學(xué)生的思維活動加以合理引導(dǎo)，使學(xué)生能夠按照學(xué)習(xí)總體目標進行有效的課前知識點預(yù)習(xí)。這樣學(xué)生在課堂活動中就可以順暢高效地跟隨教師的教學(xué)進度，按照自己預(yù)習(xí)過的知識點厘清學(xué)習(xí)思路，從而進一步地理解和把握有關(guān)學(xué)習(xí)信息。

（二）設(shè)計合理教學(xué)環(huán)節(jié)，確保高效銜接

首先，在上課的練習(xí)環(huán)節(jié)?！敖Y(jié)構(gòu)化學(xué)”教師應(yīng)注意向?qū)W生推薦數(shù)字化的學(xué)習(xí)資源，這些學(xué)習(xí)資料可在網(wǎng)絡(luò)上獲得或者自己編制相關(guān)的學(xué)習(xí)課件，但需要注意的是，學(xué)習(xí)資料一定要根據(jù)課程和學(xué)生的實際學(xué)情，確保知識難易適當，以幫助學(xué)生真正進行高效的上課練習(xí)。比如講授結(jié)構(gòu)化學(xué)“量子力學(xué)基本原理”這部分教學(xué)內(nèi)容時，教師不僅可以將自己編制的微錄像課程上傳到“學(xué)習(xí)通”線上學(xué)習(xí)平臺，還可以將國家精品課程中有關(guān)此部分內(nèi)容的講解視頻放到學(xué)習(xí)通的此章節(jié)，供學(xué)生從不同角度、不同深度學(xué)習(xí)理解［3］。在上傳之后，激勵并引導(dǎo)學(xué)生自己完成線上的預(yù)習(xí)工作，同時給出預(yù)習(xí)成績反饋。其次，教學(xué)環(huán)節(jié)。教師可根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)的實際情況，剖析并歸納學(xué)生出現(xiàn)的錯誤及其預(yù)習(xí)課件中存在的不足，進而在課堂活動中進行補充，和學(xué)生線上預(yù)習(xí)過程形成有效連接。在課堂中，教師可通過學(xué)習(xí)分組的方式組織學(xué)生就預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的若干問題展開討論與溝通，并且針對部分比較明顯的問題，教師可以將其當作課堂實踐，進行細致的說明與引導(dǎo)，如此就能夠使得課堂和線上學(xué)習(xí)形成有效連接，構(gòu)建一個有機整體。

三、“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程線上教學(xué)措施

（一）線上課程庫的建立

線上教學(xué)課程和傳統(tǒng)教學(xué)方法存在較大區(qū)別，線上教學(xué)必須通過移動互聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備，教師提前將課堂所需資料提交至云端，引導(dǎo)學(xué)生在線下課堂上進行線上資料的復(fù)習(xí)。線上課堂意在發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識，使學(xué)生學(xué)會獨立思考，帶著疑問走進課堂，有目的開展課堂［4］。

建立完善的線上課程庫，是線上教學(xué)開展的基石。線上課堂改革讓教室不再是唯一的教學(xué)場地，而同樣線下教學(xué)模式的變革，也讓教師不再是唯一的課堂中心，讓學(xué)生直接參與課堂，并作為課堂教學(xué)的中心，真正圍繞著學(xué)生的獨立思考與學(xué)習(xí)能力的提高進行教學(xué)。

（二）線下教學(xué)方式的改革

化學(xué)教學(xué)中實驗安全性始終是第一位，但實驗結(jié)果和報告的真實性和嚴謹性又是相當關(guān)鍵的。所以，在進行實驗之前，知識教育是必不可少的。知識教育涉及結(jié)構(gòu)化學(xué)實驗室規(guī)范、對結(jié)構(gòu)化學(xué)實驗室的保護、資料準備及管理、誤差計算、報告及畢業(yè)論文寫作、設(shè)計、Excel、Origin等的應(yīng)用技術(shù)，實驗知識的掌握對于實驗作業(yè)的標準化、實驗質(zhì)量的提升、實驗成果的提高有著至關(guān)重要的影響，確保安全性和可靠性?；A(chǔ)知識可采取慕課教學(xué)方式進行授課，教師可提前將授課內(nèi)容做成慕課的形式或者從已有的慕課教程中選取符合教學(xué)內(nèi)容的教程，教學(xué)組織學(xué)生學(xué)習(xí)并完成測試。

（三）動態(tài)教學(xué)，調(diào)整課程設(shè)計

傳統(tǒng)課堂中，相同內(nèi)容的教學(xué)在各個班級教學(xué)時，課堂設(shè)計通常是一樣的。這樣“靜止”的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計不合教學(xué)的需要。而進階式動態(tài)課程是根據(jù)進階式學(xué)習(xí)中任務(wù)的反映優(yōu)化每一條教學(xué)活動環(huán)節(jié)的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，課程是“移動的”，根據(jù)不同班級的不同反饋情況，調(diào)整教學(xué)設(shè)計，教學(xué)也是個性化的［5］。進階的教學(xué)任務(wù)設(shè)計采用了教師交互與學(xué)生互動同時進行的方式，教學(xué)任務(wù)的進行流程為探究的過程，通過交互與層層優(yōu)化的動態(tài)課堂設(shè)計，突破了課堂教學(xué)靜態(tài)的常規(guī)性安排，既充分體現(xiàn)了前瞻性，也實現(xiàn)了創(chuàng)新性的教學(xué)要求。

在進階的過程中，根據(jù)各個環(huán)節(jié)的反饋，教師逐漸調(diào)整課程設(shè)置，改變課程方法，學(xué)生通過探究達到從簡單到復(fù)雜的目標，較好地達到教學(xué)的要求。

（四）理論聯(lián)系實際，調(diào)動學(xué)習(xí)積極性

“結(jié)構(gòu)化學(xué)”理論多，教學(xué)內(nèi)容比較乏味，學(xué)生在聽講過程中也易疲倦。通過近幾年學(xué)生的反映發(fā)現(xiàn)，高校學(xué)生普遍對理論聯(lián)系實際的案例很感興趣，當教師說到應(yīng)論知識的實際應(yīng)用或是講述科技前沿知識時，學(xué)生大都精神飽滿。例如，在講解“雙原子分子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”時，講到NO分子的軌道能級次序與CO一致，但NO比CO多一個電子填入2π反鍵軌道中，因此NO易被氧化成NO+。這也是為什么NO能夠在1992年，被美國Science雜志選為明星分子。三位美國藥理學(xué)家因發(fā)現(xiàn)硝酸甘油及其他有機硝酸脂通過釋放NO氣體而舒張血管平滑肌，從而擴張血管而，獲得1998年諾貝爾生理/醫(yī)學(xué)獎。又例如，當講到“配位化合物和簇合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”時，人體內(nèi)的血紅素輸送氧氣的原理是蛋白質(zhì)絡(luò)合物的Fe原子能夠絡(luò)合氧分子。如果人體吸入CO，絡(luò)合氧分子的配位點就會被CO分子占據(jù)，形成穩(wěn)定的σ-π配鍵。這也就是冬天用爐火取暖容易造成CO中毒的原理。此外，講到“X-射線晶體結(jié)構(gòu)分析原理”時，介紹德國物理學(xué)家倫琴在研究陰極射線過程中偶然發(fā)現(xiàn)了X-射線，獲得首屆（1901年）的諾貝爾物理學(xué)獎；1912年，物理學(xué)家勞埃發(fā)現(xiàn)了晶體X-射線衍射現(xiàn)象，第一次用X-射線實驗證實了晶體結(jié)構(gòu)的重復(fù)周期性，獲得1914年的諾貝爾物理學(xué)獎；1913—1914年，英國物理學(xué)家Bragg父子利用X-射線成功測定了NaCl晶體的結(jié)構(gòu)并提出了Bragg方程，共同獲得1915年的諾貝爾物理學(xué)獎；1949年，美國科學(xué)家豪普特曼與卡爾發(fā)展了X射線晶體分析方法，使得測定分子結(jié)構(gòu)更加直接、精確、快速，獲得了1985年諾貝爾化學(xué)獎。最后，用列表的形式，給學(xué)生展示與X-射線衍射研究有關(guān)的部分諾貝爾獎獲得者名單及其成就。將這些理論知識的應(yīng)用實例和科技前沿知識融入課堂，可以明顯提高學(xué)生的注意力和學(xué)習(xí)興趣。激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，認清知識對于學(xué)生的意義，增加學(xué)生對知識的認同感，進而充分調(diào)動學(xué)生的教學(xué)興趣，提高教學(xué)的主動性，能夠逐漸訓(xùn)練學(xué)生獨立思考分析解決具體問題的技能。

四、“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程線上教學(xué)具體流程

（一）做好備課環(huán)節(jié)

備課程，首先，教師除了傳統(tǒng)教育的備課、編寫教案、自制PPT課件之外，還需要使用教育網(wǎng)絡(luò)平臺進行如下工作：建課，上傳課程、教材重難點以及教輔資源等；建班，導(dǎo)入學(xué)生信息；豐富教師教學(xué)所需要的其他資源，如建題庫、作業(yè)資源庫等。然后，教師在課前全面精確地掌握教學(xué)知識點，并精心制作每節(jié)課的PPT和教學(xué)資料，通過后期課堂教學(xué)反饋及時調(diào)整改進［6］。此外，教師也要上傳課程資源，公布學(xué)習(xí)任務(wù)點，以凸顯教學(xué)重點。

備學(xué)生，即掌握了學(xué)生的基本知識狀況。教師可通過線上教育平臺的提醒、聊天功能在上課時聯(lián)系學(xué)生，通過交流、問題功能了解學(xué)生的意見和要求，線上教學(xué)的時間統(tǒng)計界面也有學(xué)生在預(yù)習(xí)或閱讀信息的數(shù)據(jù)，教師據(jù)此對學(xué)生隨堂練習(xí)、話題交流等活動加以調(diào)節(jié)，從而落實以學(xué)生為核心的教育思想。

備教師，教師應(yīng)充分利用線上教學(xué)平臺，精確把握好線上教學(xué)平臺的各個模塊功能特性，從而最大限度實現(xiàn)豐富課堂資源和提高課堂教學(xué)質(zhì)量的功能。因此，教師需了解信息技術(shù)的使用方法。要想管理好課堂，教師必須明確自己的知識結(jié)構(gòu)和能力，做好處理各類突發(fā)情況的心理準備，反省自身的課堂方式和行為是否對課堂有益，努力使學(xué)生感受良好的課堂氛圍，達到良好的教學(xué)效果。

（二）充分發(fā)揮課堂功能

課前，教師通過線上教學(xué)的簽到功能，可以用1—2分鐘進行班級考勤，及時掌握各班級的簽到率。學(xué)生的缺席、請假、遲到或早退等情況，都可以線上教學(xué)查詢，而缺勤學(xué)生也可以使用線上教學(xué)的相關(guān)內(nèi)容補學(xué)、補練。

課中，“結(jié)構(gòu)化學(xué)”教育具有文理科的特性，記憶和認知并重。據(jù)此，教師能夠根據(jù)各個知識點選用與講解、答疑、研討和講練結(jié)合的各種教學(xué)手段，發(fā)揮其以課堂為主體的功能。可利用知識通的選人、搶答、隨堂練習(xí)、測評、問題探究、投票、問卷調(diào)查等功能帶動學(xué)生們積極參與課堂互動，從而活躍課堂的教學(xué)氣氛。教師針對課堂上重點的知識問題，利用知識通的搶答或選人功能詢問學(xué)生，按答案對錯予以獎勵，以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性［7］。將重點知識設(shè)計為客觀測試題，并利用線上教學(xué)的隨堂檢測以及考核等功能讓學(xué)生自由進行。學(xué)生在交卷后，線上教學(xué)自動回復(fù)給學(xué)生有關(guān)客觀試題的成績和各試題的正確率等信息。教師也可以有針對性地講解集中性問題，從而調(diào)整好后續(xù)課程。線上教學(xué)的隨堂測試，將傳統(tǒng)課程中要求學(xué)生課后做的練習(xí)在課堂上實現(xiàn)，不但減少了學(xué)生在課后的壓力，還提高了學(xué)習(xí)效果。

對學(xué)生易錯題、疑惑，以及學(xué)校無法及時解決的問題，教師可通過使用線上教學(xué)的調(diào)查、評論、票選等各種功能完成。在通過調(diào)查及票選的流程中，學(xué)生也能夠提高對知識點的理解和把握程度。教師還能夠用教育通了解學(xué)生的思想動態(tài)，教師之間也能夠教學(xué)通的聊天功能實現(xiàn)互動交流［8］。使用教學(xué)通中課堂搶答、選擇問題、測評、調(diào)查、評論、投票等功用實現(xiàn)的教學(xué)，都是在傳統(tǒng)課堂中所無法快速有效實現(xiàn)的。學(xué)生進入線上教育課堂后，課堂教學(xué)活動不僅能夠迅速進行，而且還可讓任課教師迅速了解學(xué)生掌握知識點的狀況，增強了學(xué)生參加課堂互動的興趣和主動性，從而充分利用課堂教學(xué)時間，改變了以往模式下由學(xué)生被動進行教學(xué)和以教師為主導(dǎo)的局面。課堂互動交流方式活躍課堂氣氛，學(xué)生反應(yīng)也較主動積極，從而有效提高了課堂效果。

課后，線上教學(xué)節(jié)奏緊湊，在上課后，教師會預(yù)留幾分鐘時間解答學(xué)生疑問，幫助學(xué)生化解上課問題。為了防止學(xué)生早退，教師應(yīng)在下班時做好簽到。

（三）助學(xué)、助練、集信息的課后模式

線上課程系統(tǒng)加速了上課節(jié)奏，課堂記筆記和反思時間被壓縮，難免導(dǎo)致學(xué)生對課堂知識了解不足。為此，線下課堂和線上資源有機整合的方法，將課堂資源上載至線上教學(xué)，以便學(xué)生課后復(fù)習(xí)。為了加深學(xué)生對課堂知識的印象，使其做到溫故知新，教師應(yīng)在課后及時公布作業(yè)和練習(xí)的任務(wù)點。知識通的統(tǒng)計模塊可以獲取各種課程內(nèi)容情況，包括每個問題對每一道習(xí)題回答的評判對錯情況，共享性問題，教師會根據(jù)此信息反饋在后續(xù)課堂上集中討論。

五、線上教學(xué)平臺課堂教學(xué)效果

通過在線教學(xué)平臺的課堂創(chuàng)新模塊，教師可以更有效地進行常規(guī)課堂中的部分細節(jié)工作，讓常規(guī)課堂教學(xué)更加有效便捷。而學(xué)業(yè)通中的搶答、搖一搖選擇、評論、點贊等新功能，讓傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式變得更有生命力。線上教學(xué)中的作業(yè)網(wǎng)絡(luò)共享功能，不但可以提高了作業(yè)評分結(jié)果，而且還可使學(xué)生對已完成作業(yè)內(nèi)容進行復(fù)習(xí)鞏固。相比于常規(guī)課堂教學(xué)，在線教學(xué)平臺提高了課堂節(jié)奏和效果，增加了課堂數(shù)量，使課堂教學(xué)的類型和活動更加多樣化，同時也提高了“結(jié)構(gòu)化學(xué)”課程任務(wù)評估結(jié)果。

六、結(jié)語

基于線上教學(xué)平臺的“結(jié)構(gòu)化學(xué)”教育，教師要把傳統(tǒng)教育方式與現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)手段有機融合，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，從而達到教師共贏、教學(xué)相長。通過線上學(xué)習(xí)系統(tǒng)的教學(xué)，不但加強了課堂節(jié)奏，提升了課堂教學(xué)效率，而且活潑了課堂教學(xué)氛圍，增強了學(xué)生對教學(xué)的好奇心和主動性。

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（薦稿人：梁紅蓮，廊坊師范學(xué)院副教授）

（責任編輯：汪旦旦）