王迎 張為超

[摘 要] 針對傳統(tǒng)線下教學模式在“物理化學實驗”課程開展中所存在的難以滿足學生的個性化發(fā)展、理論課程和實驗課程教學進度不一致及單一教材難以滿足多元化的教學需求等問題，結合“雨課堂”應用于教學中的優(yōu)勢，該文探討了一種基于“雨課堂”的線上線下混合式的教學模式在“物理化學實驗”課程中的應用模式，并將該模式引入實際的教學過程中，結合具體的教學實例對教學效果進行多維度的分析。研究表明，基于“雨課堂”的混合式教學模式的引入能很好地調(diào)動學生的學習熱情，提高學生的學習效率，對“物理化學實驗”的教學改革具有很好的借鑒作用。

[關鍵詞] 雨課堂;“物理化學實驗”;混合式教學;教學設計

[中圖分類號] G642.4? ?[文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）01-0110-04? ?[收稿日期] 2020-12-21

一、引言

“物理化學實驗”是聯(lián)系物理化學理論知識和實驗操作技能的橋梁，是一門獨立開設的基礎性實驗課程，也是化學、制藥和化學工程等專業(yè)所必需的專業(yè)基礎課程，對培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的思維能力、獨立思考的科研素質(zhì)及解決實際問題的動手能力等多項素養(yǎng)具有重要意義[1]。隨著時代和科技的發(fā)展，傳統(tǒng)線下教學所面臨的挑戰(zhàn)越來越多，比如設備的快速更新?lián)Q代和實驗教材更新的滯后性間的矛盾，現(xiàn)代化實驗數(shù)據(jù)處理工具的普及和傳統(tǒng)教學中教師對實驗后續(xù)過程參與度的不足之間的矛盾等問題日益突出。

國際工程教育認證明確指出高校教育要逐步實現(xiàn)以學生為根本，以學生的學習和發(fā)展為中心，以培養(yǎng)復合型、綜合型人才為目標的現(xiàn)代教育模式[2，3]。因此傳統(tǒng)的線下教學模式必須隨之調(diào)整，教育部下發(fā)的《2016年教育信息化工作要點》中明確提出：“加強高等教育中優(yōu)質(zhì)數(shù)字教育資源的開發(fā)和應用，并利用在線開放課程探索翻轉(zhuǎn)課堂、混合式教學模式改革?！盵4]由此可見，國家充分肯定并鼓勵線上教學的教育模式，有機地融合線上和線下教學的資源優(yōu)勢，探索適用于物理化學實驗的混合式教學模式，具有非常重要的現(xiàn)實意義。

二、傳統(tǒng)線下教學模式在“物理化學實驗”教學中的現(xiàn)狀

（一）難以兼顧學生的個性化發(fā)展需求

大學生生源分布廣泛，各地區(qū)之間教育水平存在一定的差異。此外，在大二學年開展的“物理化學實驗”課程還存在一定數(shù)量的轉(zhuǎn)專業(yè)學生，因此不同學生的基礎知識儲備差別巨大、個體化差異顯著。純線下教學中有限的教學課時使教師很難兼顧到學生的個體化差異，而教師為了追求較好的教學效果，只能增加講解時間、細化講解內(nèi)容，進行填鴨式的知識灌輸。此外在教師演示實驗流程時，圍觀的學生存在聽不清、看不見、記不住等問題，學生自主操作時依然一知半解，只能機械式地重復流程，學生參與度較低，很難提高學生的自主學習能力。

（二）理論教學和實驗教學難以同步進行

物理化學實驗是物理化學課程的重要環(huán)節(jié)，是理論課程的實踐環(huán)節(jié)，然而作為一門獨立開展的基礎學課，“物理化學理論”課程和“物理化學實驗”課程往往各自獨立展開，因此二者存在教學進度不一致的問題。學生在進行實驗教學時可能尚未學習相應的理論課程，或者早已完成相應的理論課程學習。因此學生很難將實驗現(xiàn)象和理論知識結合起來，實驗過程存在敷衍了事現(xiàn)象，缺乏對實驗的深入思考，很難培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的思維方式。例如在講解“電導法測定乙酸的解離平衡常數(shù)”這一實驗時，部分學生的理論課程進度尚未進行到電化學部分，因此對實驗中涉及的摩爾電導率、無限稀釋的摩爾電導率等專業(yè)名詞缺乏理解，即使教師在實驗課程中對這些知識進行講解，但是受線下教學時間的限制，很難讓學生充分理解并運用到所進行的實驗中。因此學生對實驗所涉及的公式和原理往往依賴于死記硬背，后續(xù)處理實驗數(shù)據(jù)也是生搬硬套，很難進行正確的分析，對實驗中存在的問題過度地依賴教師的解答，學生獨立思考問題、解決問題的能力難以發(fā)揮。

（三）教材選擇的單一性難以滿足教學的實際需求

傳統(tǒng)線下教學中，學生課前預習的過程主要依賴教材，但是隨著化學理論的不斷發(fā)展，物理化學實驗的設計理念也在不斷完善，專業(yè)實驗設備更新速度日益加快，而教材自身的嚴謹性和普適性特點決定了其更新周期較長，因此在實際教學中經(jīng)常出現(xiàn)教材內(nèi)容和實驗內(nèi)容不一致的情況。當學生發(fā)現(xiàn)預習內(nèi)容和實際操作不一致時，不僅會打擊學生參與教學活動的積極性，還會使學生被迫接受教師“填鴨式”教學，不利于培養(yǎng)學生獨立思考的能力。此外，作為一門基礎性學課，“物理化學實驗”在化學、材料、制藥工程和環(huán)境等專業(yè)均有開展，而不同專業(yè)的培養(yǎng)方案也存在差異，所設計的教學內(nèi)容也不盡相同，純線下教學模式中單一教材的選擇很難滿足層次化、多元化的教學需求。以本校為例，物理化學實驗在化學和環(huán)境專業(yè)均有開展，但是對化學專業(yè)特別是師范專業(yè)學生的培養(yǎng)方案和環(huán)境專業(yè)學生的培養(yǎng)方案差異巨大，因此在實際教學中對化學師范專業(yè)的學生更注重其對理論知識的全面理解和獨立準備實驗、開展實驗的技能培養(yǎng)，要求學生能夠?qū)λ鶎W知識進行融會貫通，舉一反三地設計相關實驗。但是由于實驗教材的更新速度較慢，一些新興的實驗技術、實驗設計案例等內(nèi)容無法融入教學中，不利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（四）教師的課下參與度不高，難以幫助學生完成知識內(nèi)化過程

傳統(tǒng)線下教學中，學生在課堂中的主要活動為完成實驗操作并記錄實驗數(shù)據(jù)，教師對學生課后總結和知識內(nèi)化的過程參與度很低，可以說是一種“教”和“學”分離的狀態(tài)。這一問題的存在，一方面不利于教師準確地掌握學生的學習情況，及時調(diào)整教學內(nèi)容;另一方面，教師對學生線下學習過程缺乏監(jiān)管，造成學生抄襲實驗報告，甚至為了追求數(shù)據(jù)的美化篡改實驗數(shù)據(jù)的現(xiàn)象時有發(fā)生。而傳統(tǒng)教學模式中，實驗報告在學生的最終成績考核中占了很大比例，抄襲及篡改數(shù)據(jù)的行為很大程度上影響了教育公平的原則。此外，物理化學實驗常常涉及龐大和煩瑣的數(shù)據(jù)處理過程，并且該過程主要為學生在線下完成，而線下教學中師生脫節(jié)的情況造成學生對數(shù)據(jù)處理過程中所遇到的問題無法及時和教師溝通，只能提交似是而非的實驗結果，影響學習效果。

三、基于“雨課堂”的混合式教學模式應用于“物理化學實驗”中的案例設計

“雨課堂”是一款由清華大學和“學堂在線”共同推出的智慧教學工具，可涵蓋教學的課前、課中、課后三個環(huán)節(jié)，通過可視化的數(shù)據(jù)支持，幫助教師和學生實現(xiàn)教與學的融合統(tǒng)一，更好地體現(xiàn)“以學生為主體”的教學理念[5-8]?；凇坝暾n堂”設計的混合式教學模式能夠?qū)⒕€上和線下的教學資源有機地融合起來，將實驗教學從傳統(tǒng)的課堂講授延伸到互聯(lián)網(wǎng)上。實施混合式教學模式的基本結構如下表所示。本文將以“旋光度法測定蔗糖的轉(zhuǎn)化反應”為案例進行詳細描述。

（一）課前——利用線上資源完成預習

教師將實驗原理、旋光儀的構造及操作原理、實驗流程演示三部分錄制成三個獨立的視頻資源，每個視頻長度控制在5～15min，并以文字的形式歸納每部分的重點內(nèi)容和注意事項。提前3天將上述資源以“雨課堂”為載體推送給學生。學生在手機或電腦上利用課余時間對推送內(nèi)容進行學習，對課程中遇到的難點問題可以反復觀看，學習活動不受時間及空間限制，更加靈活自由。教師發(fā)布預習問題，例如：為什么蔗糖的水解反應可以按一級反應來處理？混合時為什么要將鹽酸倒入蔗糖溶液中而不能逆向操作？如何正確地讀取旋光儀的零度視場？組織學生進行分組討論，并將討論結果以小組的形式進行線上提交。學生根據(jù)線上資源完成預習報告，并記錄所遇到的問題。教師通過“雨課堂”平臺查看學生的學習進度，根據(jù)學生線上提交的作業(yè)掌握學生的預習程度，在上課之前完成對學生學情的收集。

（二）課中——線下課堂進行師生面對面交流并完成實驗

在線下的課堂教學中，教師不再是知識的灌入者，而是將精力集中用于解答學生在預習中所遇到的普遍性問題，并對實驗涉及的重點、難點進行精講。課堂中主要采用問答的形式引導學生討論實驗中所涉及的重點及難點知識，例如：旋光度測試中為何要在恒溫下進行？測定反應完全時的旋光度時為何溫度不能高于60攝氏度？利用“雨課堂”的“隨機點名”功能抽取學生進行實驗原理、實驗儀器及實驗操作的演示，鼓勵其他學生進行補充。學生討論完畢后由教師進行總結。實驗過程中學生如果對實驗流程存在疑問，可隨時再次翻看教學視頻和講稿，或者直接詢問教師。教師密切關注學生情況，及時處理學生在實驗操作中所遇到的問題，保證實驗課程安全、高效地進行。

（三）課后——線上指導學生完成實驗報告并參與課后討論

實驗完成后，教師將實驗數(shù)據(jù)處理的演示視頻發(fā)布到平臺，以便于學生學習。學生根據(jù)教學視頻處理自己的數(shù)據(jù)，對實驗數(shù)據(jù)中存在的異常偏差按小組的形式進行討論，分析其可能的原因并將其列于實驗報告的結果與討論部分。對于小組討論仍無法解決的問題，可通過評論板塊與教師互動或者直接和教師進行一對一的私信交流。教師有針對性地推送課后思考題，鼓勵學生根據(jù)自己的情況進行拓展練習，以幫助學生更好地完成知識的內(nèi)化過程。最后教師根據(jù)學生提交的實驗報告、課堂參與度、實驗操作等方面對教學活動進行評價和總結，以進一步提升后續(xù)教學。

四、實施混合式教學模式的教學效果評價

（一）學生的學習熱情顯著提高

混合式教學模式的引入使學生從單純的被動聽課者，轉(zhuǎn)變成主動的學習者，學生要在線下主動學習教學視頻、課件等資料，并通過查閱資料、小組討論等形式完成線上作業(yè)。在線下課程中教師主要講解學生所遇到的普遍性或無法自己解決的問題。此外，課堂上教師隨機抽取學生對實驗原理、儀器使用、實驗操作等環(huán)節(jié)進行講解，其他學生對講解內(nèi)容進行補充完善。這種“以教促學”的模式實現(xiàn)了從“以教師為中心”到“以學生為中心”的課堂角色轉(zhuǎn)變，很好地調(diào)動了學生的主觀能動性，提高了學生參與到教學活動中的學習熱情。超過一半的學生表示在混合式教學模式下非常樂意在課堂上分享自己線下所學的知識，并參與到課堂討論中。學生在不斷完成學習任務的過程中不僅積累了豐富的知識，更提高了獨立思考的能力，充分調(diào)動了學習興趣。

（二）實驗操作的失誤率降低

基于“雨課堂”平臺構建的混合式教學模式引入物理化學實驗教學活動中后，學生在獨立開展實驗操作前會反復觀看演示視頻及課件，大多數(shù)學生能夠獨立、正確地完成實驗操作。而傳統(tǒng)的線下教學模式中，學生僅通過圍觀教師的演示來了解實驗的具體操作。受空間限制，后排學生往往看不清教師演示的一些細節(jié)操作。比如裝填旋光管時，為了避免氣泡的產(chǎn)生需要將待測液體填充至旋光管表面產(chǎn)生凸液面，然后蓋上玻璃片，封緊旋光管。有很大一部分學生因為看不清教師的演示而在該操作中浪費大量時間，部分學生甚至出現(xiàn)打碎旋光管玻璃片的失誤。混合式教學模式的引入很好地解決了學生“看不見、聽不清、記不住”的問題，學生操作的正確率顯著提升，特別是對一些步驟煩瑣的實驗效果尤為顯著。

（三）實驗報告撰寫的規(guī)范性提高

線上課程的引入使教師能夠參與到學生的課后學習過程中，通過教師對實驗數(shù)據(jù)處理過程的演示，學生能夠使用Origin、Excel等專業(yè)軟件來處理物理化學實驗中龐大且復雜的數(shù)據(jù)，極大地提高了實驗結果的精確性。此外，由于教師參與了學生在課下的知識內(nèi)化活動，對實驗數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的異常值，學生更傾向于主動去分析原因而非簡單地舍去該值，實驗報告的規(guī)范性和準確性明顯改善。

五、結論

結合“物理化學實驗”課程自身的特點及存在的問題，本文探討了一種基于“雨課堂”的混合式教學模式在“物理化學實驗”課程中的應用?！坝暾n堂”的引入使得教師和學生在課前、課中、課后三個環(huán)節(jié)均能進行有效溝通，基于此設計的混合式教學模式兼具了線上和線下教學的雙重優(yōu)勢，在提高學生自主學習的能動性、降低實驗失誤率、提高實驗報告撰寫的規(guī)范性等方面均發(fā)揮了很好的促進作用，實現(xiàn)了從“以教師為中心”到“以學生為中心”的轉(zhuǎn)變。

但是這種混合式的教學模式在“物理化學實驗”課程中的應用仍處于探索階段，在推行中仍存在一些問題亟待解決，例如：混合式教學模式全面推行后如何合理分配學生在線下及線上的學習時間？“雨課堂”的引入使學生在課堂上可以公開地翻看手機，如何防止學生利用手機從事教學以外的活動？對此后續(xù)還需不斷地探索改進，完善教育培養(yǎng)方案。

參考文獻

[1]宋偉新.關于化學實驗課程改革的思考[J].教學儀器與實驗，2001，17（8）：18-19.

[2]李勇軍.“以學生為中心”與大學課程教學[J].大學教育，2018（7）：131-134.

[3]王紹清，唐躍剛.面向工程教育專業(yè)認證的學生實踐能力培養(yǎng)探析[J].教育理論與實踐，2018，38（3）：18-19.

[4]陳琳，楊英，華璐璐.“十三五”開局之年以信息化推動教育現(xiàn)代化新發(fā)展[J].中國電化教育，2017（2）：69-75.

[5]王帥國.雨課堂：移動互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)背景下的智慧教學工具[J].現(xiàn)代教育技術，2017（5）：26-32.

[6]馮莉，馮維璽，李超，等.雨課堂在現(xiàn)代化教學實踐中應用深度的挖掘研究[J].教育現(xiàn)代化，2020，7（24）：99-102.

[7]范永立，等.在混合式教學中使用雨課堂的效果和體會[J].教育現(xiàn)代化，2020，7（27）：157-159.

[8]李文麗.基于“雨課堂”的混合式教學設計與實踐——以“葡萄酒品鑒”課程為例[J].高教學刊，2020（29）：87-90.