基于SPOC 模式的普通化學(xué)混合式教學(xué)改革研究

普通化學(xué)是面向理工農(nóng)醫(yī)類專業(yè)大學(xué)新生的一門公共基礎(chǔ)課，也是非化學(xué)化工專業(yè)學(xué)生在本科階段學(xué)習(xí)的唯一的化學(xué)公共基礎(chǔ)課。課程以高中化學(xué)知識(shí)為依托，介紹化學(xué)學(xué)科的基本原理和基礎(chǔ)知識(shí)，通過(guò)對(duì)化學(xué)科學(xué)研究規(guī)律的分析闡述，學(xué)習(xí)物質(zhì)科學(xué)研究的一般思想和方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方式、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，并能運(yùn)用化學(xué)的理論、觀點(diǎn)和方法處理各專業(yè)領(lǐng)域涉及的化學(xué)問(wèn)題。隨著教育部深化教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動(dòng)的開(kāi)展，越來(lái)越多的高等教育課程進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，目前中國(guó)大學(xué)MOOC（Massive Open Online Courses，大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)） 在各個(gè)在線平臺(tái)已經(jīng)上線超過(guò)7.68 萬(wàn)門，服務(wù)12.77 億人次的學(xué)習(xí)。SPOC 模式（Small PrivateOnline Course，小規(guī)模限制性在線課程）的線上線下混合式教學(xué)形式是慕課的升級(jí)版，應(yīng)用于普通化學(xué)課程中有利于提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

一、普通化學(xué)教學(xué)情況分析

以工科專業(yè)為例，新能源科學(xué)與工程、油氣儲(chǔ)運(yùn)工程、地下水科學(xué)與工程、能源與動(dòng)力工程、能源與環(huán)境系統(tǒng)工程、機(jī)器人工程、安全工程等專業(yè)對(duì)大一新生均開(kāi)設(shè)普通化學(xué)課程，總課時(shí)一般為32或48 學(xué)時(shí)，教學(xué)過(guò)程中涉及化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、溶液化學(xué)平衡、電化學(xué)和結(jié)構(gòu)化學(xué)等知識(shí)。從內(nèi)容上看，大學(xué)普通化學(xué)與高中化學(xué)有相似、重復(fù)的地方，但從知識(shí)體系和探究程度來(lái)看，大學(xué)普通化學(xué)的知識(shí)內(nèi)容更系統(tǒng)、完整和復(fù)雜。

（一）學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高

通過(guò)高中三年的化學(xué)學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)科已經(jīng)有了一定的認(rèn)識(shí)，初看普通化學(xué)的內(nèi)容，認(rèn)為和高中化學(xué)知識(shí)一樣，不需要過(guò)多的精力去學(xué)習(xí)。然而，隨著課程的深入，學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)許多內(nèi)容難以理解，即使普通化學(xué)僅僅涉及無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)和物理化學(xué)等專業(yè)知識(shí)的皮毛，但科學(xué)體系和科學(xué)架構(gòu)依然完整，需要學(xué)生用心去學(xué)，一旦粗心大意，很難構(gòu)建完整的知識(shí)體系。另外，普通化學(xué)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)只有2 課時(shí)，一般安排驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，如醋酸電離常數(shù)和電離度的測(cè)定，學(xué)生興趣不大。

（二）各專業(yè)適用性不強(qiáng)

高校在選用普通化學(xué)教材時(shí)，一般選用國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，如浙江大學(xué)普通化學(xué)教研組編寫(xiě)的《普通化學(xué)（第七版）》，這樣的教材質(zhì)量較高，內(nèi)容也比較全面，會(huì)根據(jù)學(xué)科發(fā)展和教學(xué)改革的需要進(jìn)行多次修訂，銜接高中化學(xué)和普通化學(xué)知識(shí)，避免過(guò)多重復(fù)，反映化學(xué)學(xué)科全貌。然而在化學(xué)實(shí)際應(yīng)用方面，缺少與各專業(yè)特點(diǎn)的有效結(jié)合。多數(shù)學(xué)生感覺(jué)只是把高中化學(xué)又學(xué)習(xí)了一遍，認(rèn)為普通化學(xué)這門課程與自己的專業(yè)關(guān)聯(lián)性不大。

（三）教學(xué)質(zhì)量和效率較低

教學(xué)課時(shí)偏少，教學(xué)內(nèi)容多，在實(shí)際教學(xué)中教師難以全面細(xì)致地進(jìn)行講授。作為一門工科公共基礎(chǔ)課，通常進(jìn)行2 合班甚至3 合班教學(xué)，較大的班級(jí)容量，讓教師難以兼顧每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。此外，教學(xué)方法過(guò)于傳統(tǒng)單一，不少教師對(duì)紛繁復(fù)雜的知識(shí)點(diǎn)常以課堂講授為主，教學(xué)過(guò)程偏理論而非實(shí)踐或缺少案例，不能有效激發(fā)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。因此，普通化學(xué)教學(xué)需要運(yùn)用一種新的模式來(lái)提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。

二、SPOC 模式在教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

（一）教學(xué)活動(dòng)針對(duì)性強(qiáng)

目前主流的在線學(xué)習(xí)模式是MOOC，常見(jiàn)的慕課學(xué)習(xí)平臺(tái)有中國(guó)大學(xué)MOOC、好大學(xué)在線和優(yōu)課聯(lián)盟等，具有普適性，但授課對(duì)象不固定，而SPOC模式有較高的針對(duì)性和準(zhǔn)入限制。教師可以根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)和內(nèi)容及教學(xué)對(duì)象的特點(diǎn)，安排個(gè)性化的教學(xué)活動(dòng)，并有配套練習(xí)題和測(cè)試題。

（二）教學(xué)內(nèi)容自由組合

在SPOC 模式混合式教學(xué)中，一部分線上教學(xué)內(nèi)容教師需要提前錄制，要求教學(xué)視頻優(yōu)質(zhì)簡(jiǎn)短精練，覆蓋課程的主要知識(shí)點(diǎn)。教師在普通化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，面對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生，能針對(duì)專業(yè)特點(diǎn)安排相應(yīng)的內(nèi)容；針對(duì)相同專業(yè)的學(xué)生，又能根據(jù)學(xué)生化學(xué)知識(shí)掌握的程度和興趣選擇教學(xué)資源。實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)也可以利用國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程共享平臺(tái)進(jìn)行，借助三維模型虛擬實(shí)驗(yàn)儀器和場(chǎng)景，提供沉浸式實(shí)驗(yàn)環(huán)境及多種類型的實(shí)驗(yàn)，拓寬學(xué)生視野。在教師安排的實(shí)驗(yàn)之外，學(xué)生還可自主選擇與本專業(yè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作學(xué)習(xí)，充分體現(xiàn)以“學(xué)生為中心、自主探索”的教學(xué)設(shè)計(jì)。

（三）提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率

SPOC 模式打破了以教師為中心、學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的傳統(tǒng)教學(xué)模式，線上學(xué)習(xí)促使學(xué)生學(xué)會(huì)獨(dú)立思考和自主學(xué)習(xí)。教師通過(guò)線上的提問(wèn)、討論、隨堂練習(xí)和學(xué)情統(tǒng)計(jì)等方式，及時(shí)了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，安排設(shè)計(jì)相應(yīng)的線下教學(xué)活動(dòng)，如小組討論、案例分析和課堂匯報(bào)等，教師積極引導(dǎo)，學(xué)生充分參與，從而提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率。

三、基于SPOC 模式的普通化學(xué)混合式教學(xué)改革實(shí)踐

基于SPOC 模式的混合式教學(xué)難點(diǎn)在于教師如何安排教學(xué)設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)線上和線下課時(shí)比例。普通化學(xué)混合式教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)必然要考慮全面，以提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、質(zhì)量和效率。以山西能源學(xué)院普通化學(xué)混合式教學(xué)為例，線上課程使用學(xué)習(xí)通平臺(tái)，制作完成覆蓋普通化學(xué)課程大綱全部知識(shí)點(diǎn)的理論課17 節(jié)，習(xí)題課2 節(jié)，實(shí)驗(yàn)課3 節(jié)，拓展學(xué)習(xí)資源10 節(jié)。制作章節(jié)測(cè)驗(yàn)題和習(xí)題庫(kù)，方便教師檢測(cè)學(xué)生知識(shí)內(nèi)容的掌握情況，也便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)。制作章節(jié)討論區(qū)，設(shè)置相應(yīng)的課后討論話題，促進(jìn)師生和生生之間互動(dòng)，幫助學(xué)生理解重難點(diǎn)知識(shí)。

（一）教學(xué)組織

實(shí)行線上線下有機(jī)結(jié)合的安排，根據(jù)課程內(nèi)容難易安排線上理論課的學(xué)習(xí)時(shí)間，可以在課前，也可以在課中。課余時(shí)間則按照專業(yè)需求和個(gè)人興趣學(xué)習(xí)線上拓展資源。線下課程銜接線上課程，以問(wèn)題導(dǎo)向模式或行動(dòng)導(dǎo)向模式進(jìn)行講授和討論，充分提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率，也符合教學(xué)大綱要求的32 學(xué)時(shí)，不額外要求學(xué)習(xí)時(shí)間，減輕學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。

（二）教學(xué)設(shè)計(jì)

普通化學(xué)的理論知識(shí)和高中化學(xué)有相互銜接重合的部分，線上課程幫助學(xué)生復(fù)習(xí)過(guò)去的知識(shí)和盡快了解系統(tǒng)性的普通化學(xué)內(nèi)容。教師通過(guò)線上的討論區(qū)、問(wèn)卷和小測(cè)驗(yàn)等，及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。在線下課堂，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況和不同專業(yè)背景，進(jìn)行教學(xué)資源整合，重點(diǎn)講授理論的拓展內(nèi)容和實(shí)際應(yīng)用，并完成小組討論，實(shí)現(xiàn)課堂的翻轉(zhuǎn)。如化學(xué)熱力學(xué)的內(nèi)容涉及高中化學(xué)介紹過(guò)的焓、熵和吉布斯函數(shù)，線上課程系統(tǒng)介紹這３ 個(gè)函數(shù)的知識(shí)架構(gòu)，通過(guò)優(yōu)質(zhì)的微課視頻和在線小測(cè)驗(yàn)，幫助學(xué)生全面掌握知識(shí)點(diǎn)，理解化學(xué)反應(yīng)前后焓變、熵變和吉布斯函數(shù)變理論計(jì)算體系。在線下課堂，教師可以提出以下問(wèn)題：這３ 個(gè)熱力學(xué)函數(shù)的理論計(jì)算過(guò)程有什么相似性和不同點(diǎn)？學(xué)生進(jìn)行小組討論和小組匯報(bào)后，能夠充分理解熱力學(xué)的本質(zhì)和３個(gè)熱力學(xué)函數(shù)的內(nèi)在聯(lián)系。焓、吉布斯函數(shù)是難以準(zhǔn)確測(cè)得絕對(duì)數(shù)值，要想計(jì)算出化學(xué)反應(yīng)前后體系的焓變和吉布斯函數(shù)變，就要選擇一個(gè)相對(duì)參考點(diǎn)，指定元素穩(wěn)定單質(zhì)的焓值為０，從而計(jì)算出體系物質(zhì)的焓變和吉布斯函數(shù)變。可以類比為，要測(cè)量?jī)勺椒宓母叨炔?，先指定海平面為０，然后測(cè)量海平面到兩座山峰的高度，計(jì)算出高度差。而對(duì)于熵變，則不需要找相對(duì)參考點(diǎn)，因?yàn)殪赜薪^對(duì)值。以此為基準(zhǔn)，通過(guò)計(jì)算便可知化學(xué)反應(yīng)的熵變。因此，這３ 個(gè)熱力學(xué)函數(shù)有相似點(diǎn)也有不同點(diǎn)，而且通過(guò)這樣的小組討論和交流，學(xué)生能夠理解后續(xù)課程電化學(xué)章節(jié)中電極電勢(shì)的概念。電極電勢(shì)也是難以測(cè)量絕對(duì)值，取標(biāo)準(zhǔn)氫電極作為相對(duì)參考點(diǎn)，國(guó)際上統(tǒng)一規(guī)定其值為０，其他電極與標(biāo)準(zhǔn)氫電極組成原電池，然后測(cè)量計(jì)算出相應(yīng)數(shù)值。這樣的類比可以降低知識(shí)的認(rèn)知難度，幫助學(xué)生理解物質(zhì)科學(xué)研究的一般思想和方法。

為適應(yīng)培養(yǎng)應(yīng)用型專業(yè)人才的需要，應(yīng)有效利用課時(shí)，針對(duì)不同專業(yè)對(duì)化學(xué)知識(shí)的不同需求，設(shè)計(jì)相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容。例如，在教授地下水科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)普通化學(xué)時(shí)，除了引導(dǎo)學(xué)生線上學(xué)習(xí)基本知識(shí)內(nèi)容，線下還要重點(diǎn)講述和討論水溶液化學(xué)，并在線上提供相應(yīng)的拓展資源，幫助地下水科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生充分掌握后續(xù)專業(yè)課程需要用到的相關(guān)化學(xué)知識(shí)；教授能源與動(dòng)力專業(yè)時(shí)，重點(diǎn)介紹熱化學(xué)的內(nèi)容，介紹能源利用的基本情況。此外，還要編寫(xiě)普通化學(xué)課程思政大綱，將思政內(nèi)容切實(shí)融入課堂教學(xué)。教師在知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)過(guò)程中要弘揚(yáng)社會(huì)主義核心價(jià)值觀，傳遞愛(ài)黨、愛(ài)國(guó)、積極向上的正能量，將思想價(jià)值引領(lǐng)貫穿于課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)過(guò)程、教學(xué)評(píng)價(jià)等主要教學(xué)環(huán)節(jié)。

以普通化學(xué)中價(jià)鍵理論知識(shí)點(diǎn)教學(xué)為例，教學(xué)思路是線上課程復(fù)習(xí)高中化學(xué)鍵球棍模型的制作，幫助學(xué)生回憶化學(xué)鍵的知識(shí)內(nèi)容，引入化學(xué)史價(jià)鍵理論的發(fā)展過(guò)程，讓枯燥的理論知識(shí)變得鮮活；線下學(xué)生分組討論，和教師一起探究共價(jià)鍵本質(zhì)和雜化軌道理論，感受科學(xué)理論的發(fā)展過(guò)程，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到理論與實(shí)驗(yàn)事實(shí)的矛盾是科學(xué)發(fā)展源源不斷的動(dòng)力，培養(yǎng)學(xué)生思辨能力、科學(xué)發(fā)展觀和終身學(xué)習(xí)觀，再結(jié)合我國(guó)量子力學(xué)的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷、民族自豪感，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，具體流程如圖1 所示。

（三）教學(xué)效果評(píng)價(jià)

在傳統(tǒng)教學(xué)評(píng)價(jià)中，教師完成教學(xué)大綱中的教學(xué)要求后，結(jié)合學(xué)生平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)，給予最終成績(jī)。混合式教學(xué)分為線上課程和線下課程，需要對(duì)應(yīng)不同的評(píng)價(jià)方案。對(duì)于線上課程，教師可以在學(xué)習(xí)通軟件內(nèi)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)情況，包括學(xué)習(xí)次數(shù)、任務(wù)點(diǎn)完成情況、小測(cè)驗(yàn)分?jǐn)?shù)和討論留言次數(shù)等，并且可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，按照一定的比例賦分，作為線上學(xué)習(xí)的成績(jī)，也能反映出學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況。對(duì)于線下課程，教師可以根據(jù)學(xué)生課堂小組討論表現(xiàn)、期中考試和期末考試成績(jī)綜合分析反映出混合式教學(xué)的效果。

通過(guò)2022 年至2024 年應(yīng)用SPOC 模式進(jìn)行混合式教學(xué)，山西能源學(xué)院學(xué)生普通化學(xué)課程綜合成績(jī)優(yōu)秀率達(dá)20%以上，良好率達(dá)60%以上，通過(guò)率為95%。此外，山西能源學(xué)院教務(wù)系統(tǒng)在每學(xué)期課程結(jié)束后都要求學(xué)生對(duì)教師的教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行滿意度評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)以匿名形式進(jìn)行，并且可以填寫(xiě)評(píng)語(yǔ)。查詢近３ 年學(xué)生對(duì)教師教學(xué)質(zhì)量滿意度評(píng)價(jià)和評(píng)語(yǔ)，評(píng)分由93.7 分上升至94.9 分，高于采用傳統(tǒng)教學(xué)模式時(shí)的平均分，留言評(píng)語(yǔ)中學(xué)生普遍認(rèn)可普通化學(xué)的混合式教學(xué)模式，認(rèn)為有助于提高學(xué)習(xí)普通化學(xué)的興趣和效率。

四、結(jié)語(yǔ)

基于SPOC 模式的普通化學(xué)混合式教學(xué)能夠有效結(jié)合線上線下資源，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)，學(xué)生能夠積極學(xué)習(xí)并主動(dòng)參與討論、互動(dòng)交流，提高了學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量。在這種教學(xué)模式下，普通化學(xué)線上資源不斷拓展，滿足了不同專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，又幫助喜愛(ài)化學(xué)的學(xué)生拓寬了視野，促進(jìn)了學(xué)科間知識(shí)的融合。普通化學(xué)混合式教學(xué)課題組成員以及其他普通化學(xué)的教師要充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)互相學(xué)習(xí)，共享教學(xué)資料，不斷提高教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量。