大学化学实验的翻转设计与实践_化学论文-查字典化学网

针对大学化学实验教学的现状及特点，借助网络交互平台，对实验教学过程进行翻转设计，分析和探讨实施方案，改进实验教学结构，并进行实践教学。实践表明，两者的有机结合，能够充分发挥翻转课堂的优势，提高大学化学实验的教学质量。

关键词:大学化学实验;交互平台;翻转设计;实践

一、大学化学实验教学现状

化学是一门研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的自然科学［1］;而化学实验是大学化学教学中的一个关键环节，具有学生量大、学时数有限、实践性强等特点［2］。实验课的开展为学生认识世界提供了实践平台，是培养学生实验技能、激发学习兴趣的必要手段。因而，在大学化学教学过程中要充分重视实验教学，通过实验操作不断提高学生的实践动手和思维分析能力，并逐步培养学生形成基本的科学技能［3］。当前大学化学实验教学课程还依然停留在简单的三个环节:课前自学实验内容;课中大量时间讲解和演示，如实验原理、实验仪器、实验步骤、操作注意事项、数据处理方法余下时间学生按照规定步骤完成实验，并撰写实验报告。然而，多数学生反映，实验结束后很快就忘记了实验流程及摄取药品的剂量;且在实验考试过程中，容易出现对实验原理及设备名称记忆不清、操作过程混乱等现象;实验教学效果不理想。对于这种传统式课堂教学模式，一些学者提出了质疑。例如课程现代化中两个学派的代表人物，苏联的赞可夫和美国的布鲁纳。布鲁纳认为学生是一个积极的探究者，教学应使学生学习和掌握学科的基本结构，同时促进每个学生综合发展;赞可夫认为在实验中教师首先应着眼于发展学生的观察能力、逻辑思维能力和操作能力。经科学研究表明，通过各种感官获得信息的效率依次为:读10%，听20%，看30%，听与看结合50%，理解后叙述70%，语言描述与动手操作相结合90%。爱因斯坦也曾指出:学校的目标应当是培养有独立行动和独立思考的人。因此，大学化学实验教学的重点是不仅要充分调动学生的好奇心，还要引导学生进行动手操作。不断激发学生的头脑风暴，使思维与实践动手能力相结合，帮助学生养成娴熟的实验技能和良好的操作习惯。而实践表明，学生的基础知识掌握程度和学习能力良莠不齐，导致实验教学难度大、效果差;进而形成教师很辛苦、学生很痛苦，学生对化学学习兴趣减退，甚至不愿意学习化学的恶性循环。

二、翻转课堂及其优点

随着信息技术与课程整合的日渐深入，网络平台学习环境已成为课堂教学的重要补充，翻转课堂也成为了当前国内外教育改革研究的热点［4］。翻转课堂是一种颠覆了传统课堂教学模式的新型网络教学模式。传统模式一般以教师为主体，表现为教师在课堂上单向讲授、学生被动接受学习的境地，导致学生学习的积极性和主动性被忽略，甚至被抑制。而在翻转课堂的教学模式下，着重强调以学生为主体、教师为辅助者(即教师角色由讲师向导师转变)的新理念。颠覆知识传授和内化吸收这两个过程，以学生为中心，注重自主学习与合作学习，对传统课堂进行改革创新［5］。翻转课堂的优点主要体现在以下三个方面。

(一)学习进度自主掌控

在移动通讯和电子设备上观看教学视频时，学生可以依据自己的实际情况控制时间和进度。接受能力强的学生会快速地看完教学视频，接受能力相对弱的学生可以在自己不理解或需要思考的地方暂停或反复观看。同时，学生还可以借助在线交互平台向老师和同学发问，就某一知识点进行讨论，教师则从中给予正确引导。

(二)教学视频精炼

教师在设计教学视频时，首先要考虑到学生注意力集中的时间范围(大概为10－15分钟)，并根据上述时间对录制时长进行合理控制。录制视频时着重突出本节课的知识点、重点和难点问题。视频作到短小精悍，以便于学生查找观看。

(三)便于复习检测及互动

学生在交互平台上观看完视频资料后，会根据提示作答教师为学生设计的5－8个实验问题。这样有利于教师及时检测学生的学习成效，也便于学生了解自身学习情况。在交互平台上作答提交后，系统会有相应的提示恭喜你，合格、对不起，不合格等字样。当系统给出不合格时，学生将没有获得实验派位的资格，在这种情况下需要学生认真思考并重新作答。翻转课堂中形成的视频学习资料便于学生后期查阅和巩固复习;而且教师也可以根据学生的答题及视频观看情况，对学生的学习境况有个全面的了解和认识。依据上述实证性资料，教师可以将学生进行分组，把存在共同疑惑的学生放在同一组，便于学生的相互讨论和教师的集中辅导。翻转课堂以课前自主学习、课堂互动、课后交流的学习方式取代了传统式的满堂灌或填鸭式教学模式;为学生提供个性化学习空间，为教师提供个性化教学平台［6］。它能够充分激发学生学习兴趣，实现深度学习，增加师生互动和生生间的讨论;对培养学生的自学、交流、探究、批判和协作等能力都有很好的实用价值。为了更好地引导学生学习大学化学，本文利用交互平台将大学化学实验教学过程进行翻转设计，以增强学生的自主学习及实践动手能力，促进学生形成独立思考的思维模式，培养学生的创新精神，提高学生的综合素质，进而提升教学质量，并形成新型的、符合现代化的教学模式。

三、大学化学实验的翻转设计与实践

实验是大学化学教学中不可或缺的环节。将实验教学与翻转课堂新理念结合，能够进一步地发挥学生在化学实验操作过程中的主导地位，促进学生由课堂上被动接受知识的学习者转变为实践操作活动中积极主动的求知者［7］，为学生创建出主动求知、探索的大环境，在这个环境里学生拥有充分的话语权，使每一个学生都能得到个性化教育，两者结合后形成的教学模式很好地弥补了传统实验教学模式的严重缺陷。

(一)大学化学实验教学结构优化设计

网络交互平台可以及时推送各种有关化学方面的趣味消息，提高学生们的求知欲和学习兴趣;另外，交互式教学模式下教师能够在第一时间掌握学生的学习情况。学生在学习过程中遇到疑问时也可以及时在讨论平台上发布，便于生生讨论和师生交流。根据本校实际情况，这里将网络交互平台设计为三大模块:即课前预习模块、课中交互模块和课后评阅模块。

1．课前预习模块

课前预习模块是引导学生在进行实验操作前的基础知识预习及实验操作观摩，主要是为了使学生对化学实验产生兴趣和求知欲，激发学生自己主动探究的欲望，逐步学会科学探究［8］。课前预习模块主要内容包括:本节知识点;视频操作演示;网上预约、测试及派位。学生首先通过预览书中本节实验课的知识点，对实验的基本原理有所了解;再通过观看相关视频、资料，内化吸收，掌握实验步骤和相关知识。视频与资料由核心视频、辅助视频以及课外补充资料等组成。核心视频由教师录制，根据实验覆盖面及难度录制2－3个视频，每个视频时间为10－15分钟;可依据实验目标、原理及重难点，实验任务清单和重点操作演示及注意事项逐层深入，以适应学生的学习节奏。辅助视频则是针对某一项内容展开介绍，补充知识，如仪器、化学史、化学科学家介绍等，不限时长。课外补充材料主要是与本实验相关的科技文献、科技报道等电子文档。后两者供学生选择查看，拓宽学生视野、激发学生对化学实验的兴趣。通过学习，学生将疑问及时推送到公共信息交互平台上，此平台会将信息即时推送到教师或同学们的客户端，教师和同学可以第一时间给予回复，使知识信息有了更好的时效性。最后，进入课前网上预约、测试及派位阶段。学生根据自己的时间和任课老师实际情况，通过交互平台提交预约选课表，系统会在五秒内生成随机网上测试题，测试时间为10分钟，总分20分。系统设置预习准入派位门槛为成绩大于12分，否则就需要重新测试。只有通过预习准入派位门槛的学生才可以获得进入实验室进行正式实验的资格。交互平台会对学生自学进行跟踪，包括线上学习时长、成绩、题目错误率、交流互动流量和反馈信息等进行统计，可通过大数据分析对学生的自学效果进行评价。

2．课中交互模块

在实验的教与学过程中，为了实现师生在过程与方法、情感态度与价值观更高层次的互动交流，设置大学化学实验翻转课堂中的灵魂即交互模块。通过预习准入派位门槛的学生，进入实验室，经过教师简要介绍原理、注意事项和讲解学生预习中错误率高的题目后，直接进行实验操作。在操作过程中如有疑问，可随时向任课老师请教。教师可有针对性地进行个别指导，促进学生对实验知识的消化吸收和记忆理解。实验结束后，学生整理数据、现象等信息，交由教师审核，教师对实验过程中发现的问题进行总结点评。学生完成本次实验考核记录，刷卡退出实验室。时间充裕时，学生可将实验数据信息直接输入个人客户端，展示自己的实验结果，并于课后形成电子实验报告，上传至交互平台供教师评阅。通过这种探究式的实验教学活动，使学生充分参与实验过程，体验科学研究的乐趣，激发其学习化学的兴趣;进而培养科学的学习态度和严谨的治学方法，促进传统教学方式的改革。

3．课后评阅模块

课后评阅模块包括考察和反馈两个层次。此模块是为了使学生站在更高的能力层次和操作方法层次上去熟练、灵活地解决在实验过程中遇到的相关问题。教师在课前利用管理员的身份，将本次实验正确数据录入到相应的模块，并设置数据相应的浮动范围。学生提交电子实验报告后，教师根据设置的数据对学生提交的实验报告进行评分。每次实验分数都会存入学生个人实验成绩统计模块中，作为期末成绩的参考依据。整个实验课的成绩组成包括:课前预习(占总成绩的30%)、实验操作(占总成绩30%)、实验室纪律(占总成绩10%)和实验报告(占总成绩30%)。另外，学生每次实验之后可在交互平台的反馈模块，对此次实验学习和实践中的各个环节提出建议，供教师参考，改进教学设计。在期末考试前，教师向学生提供几个具有代表性的实验题目，以供学生备考。通过一个实验的实际操作测试，反映学生掌握实验过程及相关知识的程度和实践动手能力水平。学生进入实验室后，随机抽取考试题目进行实验操作，在限定时间内完成实验并提交简要电子版实验报告。教师对实验成绩进行记录统计，按比例折合进学生期末考试成绩。学生通过实验操作测试，既训练了个人的动手能力，又能将本学期的教学效果反馈给教师。

(二)大学化学实验的翻转实践教学

根据实验教学优化结构方案的构建思路，将实验教学的具体安排尽可能地与化学理论教学协调配合，充分利用化学理论资源为实验教学服务。下面以大学化学实验课乙酸解离常数的测定为例，引入翻转课堂设计，对实验教学结构进行优化。交互平台界面针对该实验设置多个栏目，包括:实验原理及方法、预习测试、讨论与反馈、实验报告。教师和学生在交互平台自由选择栏目进行操作。以应化卓越151班为实验对象(共36人)，分3～4组不同时段进行实验。学生可以借助24小时开放的网络交互平台，根据自己的时间选择学习课前预习模块，浏览完本节知识点，掌握解离度和解离常数概念和测试原理，再观看相应的演示实验视频。演示实验视频有利于吸引学生注意力，加深学生对理论知识的理解。核心视频主要内容为:教师根据课程标准和教学目标，从弱电解质的解离概念引入乙酸的解离和解离平衡(HAc=H++Ac－)，重点讲解pH计法测定乙酸解离度和解离常数的原理，介绍不同浓度的乙酸溶液的配制，演示和说明pH计的正确使用方法。视频内容要重点突出，思路清晰，语言严谨，具有启发性和互动性。在辅助视频和课外补充材料内，添加乙酸的性质、用途、价值，pH的由来和提出、测试方法，pH测试设备，常规液体的pH范围，丹麦生物化学家SorenPeterLauritzSorensen介绍，解离常数定义及测试与计算方法等。让学生根据自己的情况自主选择资源，丰富自己的知识体系。教师在交互平台的后台设置有关本节实验课重、难点的若干选择题，供学生随机抽取并进行学习程度测试。例如:(1)pH计法测定乙酸的解离度和解离常数的原理是什么?(2)使用pH计测定不同浓度的乙酸时需要注意哪些问题?(3)pH计为什么要用标准溶液校准?测试结束后系统自动评分，通过测试成功者可以进入预约实验派位系统，测试失败者可以依据评分指南参考测试答案，反思后进行再次学习与测试直至成功。测试结束时，学生可查看每个题目在当前时间学生人数下的错误率，这样可引起学生对该题目的重视、反思学习。同时，在平台上可设置部分思考题，让学生自主思考。如:(1)烧杯是否需烘干，且还需怎样处理?(2)不同浓度乙酸溶液解离度是否相同，解离常数是否相同?(3)测定pH时，测试溶液浓度按由稀到浓还是由浓到稀次序进行?学生可在交互平台中对某一知识点进行深入讨论，教师作为组织者参与其中，引导学生找到答案，如:(1)解离常数的测试方法还有哪些?(2)弱电解质解离平衡是什么状态?以激发学生学习兴趣，让学生自己去寻求答案，拓展眼界和知识面。另外，学生也可在反馈模块中提供建议，如增加补充材料或文献资料等，经教师审核后提交至平台。教师需高度重视学生课前的实验预习，并将其在课前预习模块中的预习时长、线上测试结果、交互平台讨论参与情况记录分析，实现网络监控，并对错误率高的题目进行整理总结，为课堂设计提供素材和依据。课中交互模块以学生为中心展开，是以自主式、合作式、研究式为主的实验教学和学习方法。课堂中教师帮助学生领会、吸收和应用课前所学知识。部分学生可能仅仅依靠强行记忆通过了课前预习模块的测试，也将存在的疑惑即时推送到交互平台进行讨论，但仍可能存在一些细节问题不能理解，而这些问题往往因人而异。例如:(1)界定乙酸溶液浓度的原因;(2)pH计测酸的内在根据和如何校正;(3)弱酸解离常数的测试方法等。因此，在实验开始前设置10分钟的学生向教师自由发问环节，老师做出初步回答并提供更深层次解决方案供学生探究，为学生拓宽知识面，激发学生的好奇心和主动性，开展初步的师生互动。教师简要介绍乙酸解离常数实验的重难点和注意事项(如烧杯需润洗)，并在对课前预习中出错频率高的题目给予讲解后，学生分组进行实验。鼓励学生独立操作，对于存在的困惑和不解，小组内进行相互交流，这样有利于培养学生自主、独立的思维能力和团队协作能力。主要实验步骤:不同浓度的乙酸溶液配制;测定乙酸溶液的pH;计算解离度和解离常数。教师通过观察、针对学生实际情况个别指导和点拨，如仪器的不正确使用及取送化学药品的错误方式等进行个别纠正，协助学生完成本次实验。实验完成后，学生通过数据整理，展示自己的成果并提交教师审核，也可上传至交互平台，展现实验结果。同时可以分享在使用pH计测试过程中遇到的问题和解决办法、实验中应注意的事项。给学生一个自我展示的平台，提高自信和成就感;同时避免了课后抄袭或篡改实验数据。教师对课堂中学生实际操作情况给予总结和评价，对不足的地方，引导学生自我反思。课后，学生将电子实验报告上传到课后评阅模块，由教师进行审阅，核算给出评分结果，并保存到反馈信息中。教师通过后台可以在线了解学生的学习结果，并及时获知学生对本次实验的掌握程度。对所有数据和资料整理分析，改进教学思路，以备下次课程的开展。

四、结论

构建交互平台，将大学化学实验教学进行翻转设计，改进实验教学结构。通过实践教学，学生们一致认为这种教学模式非常适合当前大学生，知识获取量大大增加，课堂参与度提高，在互联网+背景和大数据信息时代下具有很好的实用性。在这样的教学过程中，学生自主掌控学习进度，积极改进学习策略，进行自我评估、反思并共享学习心得。线上学习、考核，线下实际操作、总结、反馈，交互平台与翻转实验教学的有机结合充分调动了学生的能动性、创造性，培养了学生自主学习、协作学习及自我展示的能力，切实提高了学生分析问题、解决问题的能力。另外，平台形成的数据信息也为教师提供了丰富的素材，以改进教学设计和方法，指导以后的实验教学，提升教学质量和教学效果。整体形成了个性化的教与学环境，使大学化学实验教学具备了新型网络现代化特色，不仅提高了学生的学习效率，而且对教师教学也产生了良好的效果。

作者:闫雪微魏群王丽娣李江城单位:东北电力大学化学工程学院

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