王旭珍 王新葵

摘 要：慕課作為一種新型在線教育模式，為高等教育帶來了挑戰(zhàn)和機遇。為提升學(xué)時相對較少的工科物理化學(xué)課程的教學(xué)效果，我們依托“物理化學(xué)”中國大學(xué)慕課，采用翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)講授相融合的混合教學(xué)方式，實現(xiàn)優(yōu)勢互補。根據(jù)知識點的難易程度，構(gòu)建不同層次、不同形式的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，增強了學(xué)生主動獲取知識的能力，有效提高了課程教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：物理化學(xué);慕課（MOOC）;混合教學(xué);翻轉(zhuǎn)課堂

物理化學(xué)是一門概念性、理論性、系統(tǒng)性和邏輯性都很強的課程，其內(nèi)容涵蓋化學(xué)熱力學(xué)、統(tǒng)計熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)、電化學(xué)、表面與膠體等從微觀到宏觀、從靜態(tài)到動態(tài)的系統(tǒng)知識[1]，涉及面廣，內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，在化學(xué)化工類本科專業(yè)基礎(chǔ)課中一向被認為是“教師難教、學(xué)生難學(xué)”的課程。基于信息技術(shù)支撐的MOOC教學(xué)，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了極大的方便，無疑成為解決物理化學(xué)“教與學(xué)”問題的最佳途徑。大連理工大學(xué)工科“物理化學(xué)”國家精品資源共享課在學(xué)校大力支持下，率先轉(zhuǎn)型升級，制作精良的“物理化學(xué)”慕課先后在 “大工慕課”平臺和“愛課程”網(wǎng)上線，本著“建以致用”的基本原則，面向校內(nèi)學(xué)生和社會開放。迄今授課五輪，為遍及世界各地近

52 000名學(xué)員提供了持續(xù)在線服務(wù)。在我校，秉持“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念[2-3]，依托MOOC平臺提供的“富媒體”教學(xué)資源，以化工與制藥大類本科生四個平行大班（每班100～120人）為試點，結(jié)合專業(yè)基礎(chǔ)課程“物理化學(xué)B”（上冊40學(xué)時，下冊48學(xué)時），開展了傳統(tǒng)教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂相融合的混合式教學(xué)實踐，創(chuàng)設(shè)互動、開放的“教”與“學(xué)”氛圍，有效提升了課程教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

一、物理化學(xué)MOOC教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)方式

MOOC倡導(dǎo)學(xué)習(xí)者按照主題學(xué)習(xí)或知識碎片化學(xué)習(xí)[4]。因此，我們參考目前國內(nèi)外幾大MOOC平臺的專業(yè)課程[5]，結(jié)合物理化學(xué)課程本身的特點，確立了本課程內(nèi)容的多級呈現(xiàn)方式。具體包括：

（1）章節(jié)學(xué)習(xí)資料。圍繞主要教學(xué)內(nèi)容展開，以知識點為基本單元，對原有知識進行劃分、重組，保證每一個知識點的相對獨立性，便于學(xué)習(xí)者選擇。呈現(xiàn)方式以教師精心錄制的視頻短片（控制時長約為5～10分鐘）為核心，同時提供相應(yīng)的電子教案，方便學(xué)生觀看學(xué)習(xí);并通過在線自主練習(xí)題（一般2～5題）快速檢測對相關(guān)內(nèi)容的理解與掌握情況。題型設(shè)計為選擇、判斷類客觀題，只要提交答案，立即顯示正確答案，有助于學(xué)習(xí)者及時發(fā)現(xiàn)問題、及早修正那些理解或掌握不到位的知識點。

（2）課程導(dǎo)學(xué)板塊。為了幫助學(xué)習(xí)者將碎片化習(xí)得的知識有效地關(guān)聯(lián)起來，建立科學(xué)的知識脈絡(luò)體系，我們設(shè)計了各章導(dǎo)學(xué)內(nèi)容，以知識結(jié)構(gòu)圖的方式直觀地體現(xiàn)，放在每一章的開篇，使學(xué)生一目了然，把握核心內(nèi)容。同時，“導(dǎo)學(xué)”部分還提供了各章學(xué)習(xí)的重點內(nèi)容和難點內(nèi)容指導(dǎo)，以幫助學(xué)生能夠有的放矢地學(xué)習(xí)、討論、掌握和運用。

（3）拓展學(xué)習(xí)資料。為學(xué)有余力者提供了團隊教師多年來對物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容深入探討所發(fā)表的教學(xué)研究論文，如“關(guān)于熵判據(jù)、亥姆霍茲函數(shù)判據(jù)和吉布斯函數(shù)判據(jù)的討論”“關(guān)于化學(xué)反應(yīng)表觀活化能和指前因子的教學(xué)討論”“關(guān)于Langmuir經(jīng)典吸附理論的現(xiàn)代教學(xué)思考”“有關(guān)固體顆粒分散度與化學(xué)平衡常數(shù)關(guān)系的探討”等，作為補充閱讀材料，為學(xué)生開闊視野、提升思辨能力，滿足不同層次學(xué)習(xí)者的需求。

（4）學(xué)習(xí)評價系統(tǒng)。借助“愛課程”平臺強大的交互功能，針對教學(xué)要求的重點或難點內(nèi)容，分別設(shè)置了單元測試題（計算題，編寫為選擇題形式）、作業(yè)題（計算或推導(dǎo)題，要求解題過程與步驟，系統(tǒng)支持學(xué)生在紙面書寫后再拍照上傳）、期末測試題（包含主/客觀題）等，依據(jù)教學(xué)進度、按闖關(guān)模式逐級發(fā)放，每一次任務(wù)都要求在規(guī)定時間內(nèi)完成，且只允許提交一次，所得成績計入MOOC課程總評成績。同時，學(xué)習(xí)者可在討論區(qū)發(fā)帖，交流課程學(xué)習(xí)心得、疑問;教師隨時進行在線交流與答疑，或發(fā)起討論，跟蹤把握學(xué)習(xí)狀態(tài)。

二、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計與實施效果

MOOC豐富的教學(xué)資源和強大的平臺功能，為教師改變傳統(tǒng)的“一言堂”授課模式提供了方便。翻轉(zhuǎn)課堂是一種新興的課堂教學(xué)模式，它在結(jié)構(gòu)和過程上都顛覆了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，可實現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變[6]。針對化工與制藥大類學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，我們在物理化學(xué)課程教學(xué)中立足“必需、夠用、少而精”的原則[7]，在確?；瘜W(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)知識結(jié)構(gòu)完整、通暢的基礎(chǔ)上，堅持夯實基礎(chǔ)和培養(yǎng)能力并重，采用“線上+線下”混合式教學(xué)，利用MOOC開展了翻轉(zhuǎn)課堂及多樣化互動式教學(xué)，實現(xiàn)了教學(xué)增強，深受學(xué)生好評。

翻轉(zhuǎn)課堂的組織實施過程可分為“課前自學(xué)、課內(nèi)深化、課后升華”三個階段，其成功的關(guān)鍵在于“整體化教學(xué)設(shè)計”[8-9]。即教師不僅要自己“備課”，還需花費更多時間精力去考慮如何調(diào)動學(xué)生、布置哪些課前學(xué)習(xí)任務(wù)、關(guān)注其掌握程度（備學(xué)生），這對教師提出了更高的要求。物理化學(xué)的學(xué)科特點決定了學(xué)生單純依靠自主習(xí)得，困難重重。因此，我們采用“混合式教學(xué)”模式，通過“線上”自主學(xué)習(xí)與“線下”面授討論及翻轉(zhuǎn)課堂，使MOOC對傳統(tǒng)課堂教學(xué)起到“補充、強化”的增效作用，同時培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動性和創(chuàng)造性。另外，物理化學(xué)內(nèi)容抽象、深奧，翻轉(zhuǎn)課堂的設(shè)置不宜太頻繁，需堅持循序漸進、溫故而知新的教學(xué)原則，根據(jù)學(xué)生對知識的理解情況合理選擇相應(yīng)內(nèi)容。在具體操作上，可靈活采取不同的教學(xué)方式。

（1）討論式教學(xué)。對于物理化學(xué)教學(xué)要求的基本概念、基本原理、基本方法及重點、難點內(nèi)容，在學(xué)生自學(xué)的基礎(chǔ)上，由教師在課堂上串講，為學(xué)生搭建知識框架結(jié)構(gòu)，并通過全員參與的課堂討論，加深對基本內(nèi)容的理解。例如關(guān)于“熱力學(xué)第二定律”，通過對熱機效率問題、熱功轉(zhuǎn)換的方向問題、自發(fā)變化等的討論，引導(dǎo)學(xué)生建立起思維脈絡(luò)圖（如圖1所示），使抽象知識系統(tǒng)化、知識關(guān)聯(lián)清晰化，有助于學(xué)生理解熱力學(xué)第二定律的本質(zhì)、認識其“來龍”與“去脈”，為后續(xù)應(yīng)用熱力學(xué)第二定律解決問題打下堅實的基礎(chǔ)。

物理化學(xué)課程中涉及各種科學(xué)規(guī)律和理論的提出，無一不是建立在實驗基礎(chǔ)上，通過前人對大量實驗現(xiàn)象的觀察總結(jié)、構(gòu)建模型、引進假設(shè)、推出數(shù)學(xué)公式，簡潔直觀地表示相應(yīng)的規(guī)律或理論。因此，教學(xué)中注重利用這些內(nèi)容，采取探究式教學(xué)策略，培養(yǎng)學(xué)生通過實驗數(shù)據(jù)挖掘科學(xué)規(guī)律的能力。例如，關(guān)于“蘭繆爾吸附理論”“電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電性質(zhì)”“電解質(zhì)溶液的離子平均活度因子”等內(nèi)容，均可采取教師主導(dǎo)—學(xué)生課前預(yù)習(xí)—課上討論、分析圖/表數(shù)據(jù)、領(lǐng)會提煉科學(xué)規(guī)律的探究式教學(xué)。學(xué)生普遍反映很享受這種教學(xué)過程，能夠在課堂上真正吸收知識，學(xué)到處理問題的方法。

（2）任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)。針對物理化學(xué)概念多、公式多、應(yīng)用條件嚴格，容易理解混淆等教學(xué)難點，倡導(dǎo)學(xué)生及時歸納總結(jié)，盡量把每一章節(jié)內(nèi)容濃縮為“一頁紙”，即通過學(xué)生自主總結(jié)、設(shè)計思維脈絡(luò)圖，厘清知識點之間的關(guān)聯(lián)，使知識內(nèi)容高度條理化、清晰化。為了激發(fā)學(xué)生認真思考、加強個人“知識內(nèi)化”的過程，設(shè)置了小組評比環(huán)節(jié)，推選出總結(jié)優(yōu)秀者，在課堂上分享其學(xué)習(xí)成果，教師予以點評。圖2是一位同學(xué)對于“不可逆電極過程”總結(jié)的知識點關(guān)聯(lián)圖，可以看到，該生對這部分內(nèi)容考慮得非常詳盡，知識點的彼此關(guān)系十分明確，這無疑特別有助于其正確理解與靈活運用。學(xué)生普遍反映，自己總結(jié)后，再借鑒課堂上共享的他人長處進行補充完善，可以快速把握有關(guān)內(nèi)容的要領(lǐng)，獲得深刻的認識。

（3）小組合作學(xué)習(xí)模式。在教師有重點地講解清楚每一章節(jié)的知識主線和重要的概念、定律或原理后，對于需要展開的知識及重點掌握的技能點，可借助合作學(xué)習(xí)模式進行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。課前，教師分配任務(wù)，學(xué)生分組合作、依托MOOC自主學(xué)習(xí);課中，小組展示、學(xué)生提問、回答討論、教師講評;課后，學(xué)生自主總結(jié)。教師主要起引導(dǎo)和指導(dǎo)作用，真正突出學(xué)生的主體地位。

例如，在“多組分系統(tǒng)熱力學(xué)”一章的教學(xué)中，把重點、難點和容易出現(xiàn)概念混淆的“偏摩爾量與化學(xué)勢”“理想稀溶液”“真實液態(tài)混合物與真實溶液”作為課堂面授內(nèi)容;而相對容易理解和需要掌握運用的內(nèi)容“稀溶液的兩個經(jīng)驗定律”“理想液態(tài)混合物”“稀溶液的依數(shù)性”，安排為學(xué)生利用MOOC線上學(xué)習(xí)，再通過翻轉(zhuǎn)課堂來檢驗學(xué)習(xí)效果。鑒于授課班級人數(shù)眾多，把學(xué)生分為若干小組，由組長負責(zé)、分別把小組成員的學(xué)習(xí)成果設(shè)計為不同類型的問題，經(jīng)主講教師審核，在課堂上進行小組間交叉抽題、討論，教師把握討論的進度和深度。學(xué)生紛紛反映，“通過查閱資料，準(zhǔn)備題目，深刻理解了稀溶液熱力學(xué)性質(zhì)的相關(guān)知識，希望這樣的課堂再多一些”。

（4）拓展提高環(huán)節(jié)。物理化學(xué)內(nèi)容抽象難懂，學(xué)生個體學(xué)習(xí)能力有差異，大班學(xué)生的水平難免會參差不齊。為了更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)主動應(yīng)用知識的能力，采用案例教學(xué)法，將授課內(nèi)容與化工領(lǐng)域的生產(chǎn)實踐或物理化學(xué)學(xué)科新進展緊密結(jié)合、穿插講解，并鼓勵學(xué)生參與拓展訓(xùn)練。他們自主選題，先后圍繞熱力學(xué)第一定律的發(fā)展及應(yīng)用、四沖程內(nèi)燃機、海水淡化、催化合成氨、膠體磁性催化劑、硅溶膠的性質(zhì)與應(yīng)用、鋰離子電池、燃料電池等內(nèi)容，查閱文獻、制作講稿，在課堂上展示，既鍛煉了自己，又為同學(xué)們開闊了眼界，受到熱烈歡迎。

三、存在的問題與思考

實踐表明，依托物理化學(xué)MOOC進行混合式教學(xué)，讓學(xué)生走上講臺、參與課堂教學(xué)，是一個“知識輸出”的過程，只有將知識充分內(nèi)化，才能自由地組織、表達。這無疑有助于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究協(xié)作的能力。但是，實施翻轉(zhuǎn)課堂，要想達到每個學(xué)生都能夠真正投入、積極參與，應(yīng)以30人左右的小班教學(xué)為前提。若班級規(guī)模過大，在有限的教學(xué)學(xué)時內(nèi)，難以保證每一位學(xué)生有展示機會，而小組合作中如何有效評價組長及成員的貢獻，值得探討。此外，物理化學(xué)在線課程需要跟蹤管理和維護，及時在MOOC平臺答疑解惑，建立“物理化學(xué)慕課學(xué)習(xí)QQ群”，可更方便地與學(xué)生交流互動，而這些單靠教師一己之力很難高質(zhì)量完成，還需要聘請助教提供強有力的支撐。相信隨著應(yīng)用MOOC的經(jīng)驗積累和課程平臺的不斷完善，在教學(xué)團隊齊心協(xié)力的合作下，物理化學(xué)MOOC在實現(xiàn)“教學(xué)增強”方面大有可為。

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