论翻转课堂教学模式在高校基础化学实验中的应用

2015-01-31崔玉红

中国轻工教育 2015年5期

赵妍梁山崔玉红

（天津科技大学，天津 300457）

无机化学、分析化学、有机化学、物理化学是各高校与化学相关专业学生所必修的基础理论课程。这些基础化学课程将会为学生后续专业课的学习以及科学研究的进行奠定坚实的理论基础。然而化学又是一门以实验为基础的学科，因为从化学发展史看无论是新元素的发现、新工艺的提出都离不开实验工作，而化学新理论的真正确立也必须通过实验环节的检验，因此各种基础化学实验课程就成为化学课程中尤为重要的部分[1]。

同其他学科的实验课程一样，目前高校的基础化学实验教学也存在一系列问题。实验内容陈旧、教学模式单一、教学手段落后、考核方式缺乏新意，这些都大大削弱了学生对实验课程学习的主动性和积极性。人人都有学习的潜能，并具备自我实现的动机，教师的任务就是要调动学生发挥其潜能，培养其形成主动学习、探究、思考的实验精神，只有自主、自发、全心投入的学习才会真正产生良好的学习效果。起源于美国的“翻转课堂”给我们提供了一种全新的教学模式。

一、翻转课堂概述

翻转课堂（Flipped Classroom），又称“颠倒课堂”，它是通过对知识传授和知识内化的颠倒安排，改变传统教学中的师生角色，并对课堂时间的使用进行重新规划的新型教学模式。在该教学模式下，学生可以在课前就通过网络等信息化的手段，完成对教学视频、多媒体课件等学习资源的观看和学习；在课上，学生更多的是在教师的引导下，通过师生和生生的交流互动完成对知识的吸收与掌握。近几年，翻转课堂作为一种新兴的教育模式无论在美国还是在中国都引起了教育界的广泛讨论与研究，被评为“2011年影响课堂教学的重大技术变革”，被称为“预见了教育未来的一场革命”。从2007年由美国林地高中的两位教师提出至2011年初步形成，翻转课堂的教学模式已经在国内外数以千计的学校推广使用，取得了理想的效果[2]。

目前，翻转课堂教学模式运用于理论课，特别是理科理论课的教学案例很多[3]，那么该教学模式是否适用于高校的基础化学实验教学呢？笔者认为根据翻转课堂教学模式的特点，这种形式更能实现化学实验教学的目的，而化学实验课程的特点也更适合翻转课堂模式的实施。那么该教学模式对化学实验课程的优势在哪，它在化学实验课程中的可行性又如何呢？

二、翻转课堂教学模式应用于高校基础化学实验课程的优势

基础化学实验课程的教学目的是通过验证课堂所学知识从而加深对化学理论的理解，同时在实践中培养学生的动手能力、科研能力以及形成严谨的科学素养。翻转课堂教学模式的应用通过使教学活动的参与者进行最大程度的参与，即学生最大化的“学”、教师最大化的“教”，从而保证了实验课程教学任务的顺利完成。

1.翻转课堂教学模式可以实现学生最大化的“学”

对于学生而言，化学实验课程主要由课前预习、课上操作、课后作业三部分构成。其中预习是化学实验课程首要的环节，它的好坏会直接关系到实验课程能否顺利进行。在传统的教学模式下，预习环节主要是要求学生根据教材写预习报告，由于书本上枯燥的文字描述很难使学生有置身实验环境之中的感受，无法引起学生的兴趣，再加上对教师惯有的依赖心理，使得学生对预习缺少重视[4]。其表现是学生的预习就是不假思索的、流于形式的抄书，这样根本无法达到理解实验原理、明确操作步骤的预习目的。况且这种形式缺乏新意，无法调动学生的学习热情，大大影响了预习的效果。而预习的不充分体现在实验课的操作环节，学生只能在有限的时间内进行机械的动手操作，照方抓药，在操作过程中根本没有时间思考或是根本不去主动思考。实践操作环节的盲目性，甚至是混乱的状态会造成学生课后很快就忘记实验内容，对实验现象记忆模糊，在课下只能机械地处理实验报告，无法做到理论联系实际，难以有效地实现实验课程的教学目标。

在基础化学实验中采用翻转课堂的教学模式可以使学生课前学得更明白，课上学得更深入、课后学得更牢固，从而有效改变以上学生在学习中的被动情况。首先，学生可以在课前下载观看教师制作的视频、多媒体课件等学习资料，完成教师布置的预留题目。在视频的观看过程中，学生可以根据实际学习情况掌控自己学习的步调，可以对教师讲授的内容做适时的停顿，对于没有听懂的实验原理可以通过反复学习进行理解，对于重点的实验现象也可以反复观看进行思考。通过观看视频可以使学生在实验前对实验原理有深入的理解，对实验步骤和现象有直观的认识，这大大增加了学生对后续实验的兴趣和信心。在学习过程中，学生对遇到的问题进行认真的记录，可以通过各种渠道查找答案，也可以将问题带到课堂与同学、教师进行交流。在实验课堂上，由于学生通过视频已经了解了实验所用的仪器、所涉及的基本步骤，因此可以脱离书本，进行独立的操作。在此过程中，学生有更多的精力去观察实验现象，有更多时间去发现和解决实验中的问题。在进行视频观看和亲自操作后，学生对实验过程有更深刻的印象，对实验方法有更深刻的理解，这样在课后除了进行数据处理以外，还可以对实验进行客观的分析，对注意事项进行充分的总结。

2.翻转课堂教学模式可以实现教师最大化的“教”

对于教师而言，实验课程同样由三部分构成，即课前准备阶段、课上讲授阶段、课后评阅阶段。传统的教学模式下，教师要在课前对本节课的实验内容和教学方案进行认真、详细的准备，在课上则会按照既定的教学设计完成对实验有关知识的传递。由于实验课程的特殊性，教师在课上不但需要介绍实验原理，还要进行操作说明，提醒注意事项，必要时还要进行演示。虽然教师花费大量气力，但教学效果并不理想，其原因主要是学生对知识的学习能力、吸收能力不同，在相同的时间和空间下学习情况差别较大。加之实验课程授课环境所限，常常只有部分靠近教师的学生才能听得清讲解，看得见演示，而对其他同学而言，则不能有效得到教师传递的信息。更何况在一些院校还存在实验内容先于理论内容进行的情况，这就给学生在短时间内理解、掌握实验内容增加了难度，教师教的效果也大打折扣。由于时间和精力所限，教师往往不能有效掌握学生课前预习和课上操作情况，这就造成在课后的评价环节只能依据学生实验报告完成的好坏。单一的评价标准往往会造成学生成绩趋于平均，拉不开档次，久而久之就会伤害部分学生对实验课的热情。

相较于传统的教学模式，翻转课堂则可以帮助教师实现在三个阶段“教”的最大化，即课前教学生更多、更广的知识；课上教学生更仔细的观察、更积极的思考；课后教学生更全面的总结、更积极的分享。在课前，教师通过制作、上传包括视频、多媒体课件在内的资料供学生下载学习，从而完成对知识的传输过程。由于不再受时间的限制，教师准备的资料除了与本实验有关的基础性内容外，还可以增加部分拓展知识，开阔学生的思路。在课堂上，教师的主要任务是创造条件、营造环境，在与学生互动中帮助其实现对知识的内化过程。教师可以组织学生讨论在观看视频中反映出的问题，由于此时学生有迫切想知道答案的欲望，其吸收效果会更好，从而形成教师与学生之间最有效的互动。教师要走到学生中间去认真观察，对学生操作进行指导并加以记录。在实验操作完毕后，教师组织学生对本次实验进行讨论，总结成功的经验，分析失败的原因，让学生在讨论中体会到分享所得所感的乐趣。实验课后，教师结合课堂记录从学生在实验预习、课堂操作以及课后总结等方面的综合表现给出客观公正的实验成绩。

三、翻转课堂教学模式在高校基础化学实验课中实施的可行性

高校基础化学实验具有授课内容多样性、授课环境开放性及授课时间相对宽松等特点，这些都是翻转课堂模式得以实施的重要基础。此外，高校给学生提供了便捷的网络服务和优质的数据资源，使具备一定自学能力及自我约束能力的大学生可以方便的进行自主学习，从而保证了翻转课堂教学模式的顺利进行。

1.化学实验课程授课内容的多样性、相对独立性有利于翻转课堂模式下教学素材的制作

在翻转课堂教学模式下，视频是知识传递的重要手段，是资源准备中的核心内容，其制作的质量直接决定学生的学习效果[5]。化学实验课程通常分为实验原理的介绍，实验仪器的使用说明，实验操作的演示等方面。其中每一环节都可以制作成5-10min的微视频，又因为每一部分内容都是相对独立的，学生可以根据实际情况有选择、有重点的观看，不存在衔接上的问题。

2.化学实验课程授课环境的开放性有利于翻转课堂模式下学生对知识的内化

翻转课堂绝不是在线视频的代名词，有效的、面对面的学习活动才是翻转课堂实质性的内容[5]。教师需要通过精心设计的教学活动帮助学生完成对知识的内化，这就需要教师与学生之间建立有效的互动，实验室开放的环境为师生建立有效的互动提供了条件。在实验课程中，教师可以走到学生中间，近距离与学生讨论问题，学生也可以走上讲台陈述自己的观点。通常化学实验课程是小班授课，师生比配置合理，这也增加了教师与学生的交流、互动的机会，便于教师更有效的进行课堂组织。此外，相较于理论课程，实验课有相对比较灵活的授课时间，教师可以开展更加丰富的课堂活动，从而保证了翻转课堂进行的效果。

3.学生的自主学习能力、自控能力，为实现课堂的有效翻转提供了条件

在翻转课堂上，学生不再是知识被动的接受者，而是自主学习的主体。该教学模式要求学生通过观看视频进行知识的学习，积极思考后在教师的帮助下完成对知识的内化、吸收，这些都需要学生有一定的学习能力和自控能力。高校基础化学实验课程的授课对象是具有较强的思维推断能力、学习组织能力和自主学习能力的大学生，在前修课程的基础上，学生已经掌握了一定的理论知识和实验技能，具有了通过网络平台进行资源检索的能力，这些都是翻转课堂得以实施的保障。

4.高校具有较完备的信息技术平台，为翻转课堂教学模式的实施提供了硬件和软件的支持

对于学生而言，翻转课堂模式下的首要任务就是下载资料进行学习，这无疑需要网络的支持。高校校园网络覆盖率高，使学生无论是在教学楼还是在宿舍，甚至在食堂都可以进行视频的下载和观看，学习不受时间、地点的限制。对于教师而言，高校具有以电子期刊和电子图书为主的数字资源，这为教师制作学习资料提供了尤为丰富的素材，同时教师与学生在课外的沟通、互动，以及对学生学习情况的有效监管，都需要强大的信息技术平台的支持，软硬件条件较为完善的高校无疑可以提供更加充足的保障[6]。

四、基于翻转课堂模式下的高校基础化学实验课程改革初探

根据翻转课堂教学模式的基本要求[7]，对高校基础化学实验之一的物理化学实验进行教学模式的改革尝试，基本步骤如下。

1.实施翻转课堂教学模式所需教学素材的准备

教师根据化学实验教学目标制作、编辑包括教学微视频、多媒体课件以及预习思考题在内的翻转课堂教学素材，并上传至QQ空间或公共邮箱供学生下载学习。

制作教学微视频：实验微视频分为实验原理介绍和实验操作演示两部分。其中实验原理部分，使用录屏软件Camtasia Studio来进行制作与后期编辑；实验操作部分采用录影形式，使用会声会影软件进行后续编辑、整理。在制作微视频时应充分考虑到学生的观看感受和学习习惯，除时间控制在5-10分钟左右外，对于重要的实验现象要给予重点的标记提示。为考核学生的学习情况，微视频制作中应设置测验环节，测验题目以填空、选择、判断为主，学生测验通过方可继续学习，若未通过，则需重新学习相关内容。

制作实验多媒体课件：利用Powerpoint软件制作多媒体课件，课件内容包括实验目的、实验原理、仪器药品、实验操作步骤、数据处理、实验注意事项、与实验有关的扩展知识等方面。实验多媒体课件是学生了解、认识实验的基础平台，是学生在进行视频学习前的重要铺垫。多媒体课件不是实验教材的电子版，在课件制作中，一定要考虑学生的学习感受，力求做到重点突出、简单明了，对使用的字体、字号及幻灯片的放映方式进行合理的统一设置。

制定实验预习思考题目：思考题目的内容涉及实验目的、操作注意事项及事故处理预案等等。实验思考题目的设置可以引导学生思考，如什么实验要如此设计，为什么要选择这种仪器，为什么要如此组装，为什么要选择该实验条件等等这些原本非常重要但却被学生忽视的问题[8]。根据“最近发展区原理”，题目难易程度应适中，简单的问题起到强调知识点的作用，有一定深度的题目可以使学生感觉到挑战性，激发其学习的兴趣。

2.基于翻转课堂教学模式下的物理化学实验教学尝试

以“乙醇饱和蒸气压测定”实验为例，介绍翻转课堂教学模式在物理化学实验中的应用。

（1）课前

学生在课前一周下载教师发布的学习素材进行自主学习。首先通过多媒体课件了解“乙醇饱和蒸气压测定”实验的基本内容，再通过观看视频对实验场景和实验操作过程有更进一步的认识，在整个观看过程中学生要完成数道题目，答对方可继续学习，若未通过，则需重新学习相关内容。最后需要完成有关实验的预习思考题，如：“本实验采用的是动态法测定乙醇的饱和蒸气压，除此以外还有哪些测定的方法，不同方法的适用条件是什么，如果操作失误，测定过程出现了空气倒灌，应该怎样解决？”。对这类有知识延伸性、有问题预见性的题目的思考可以加深学生对实验原理的理解，更有助于其独立设计实验能力的培养。在素材学习过程中，学生要认真记录遇到的问题，并尽可能利用现有资源查找答案，对于仍未解决的问题可以带到课堂与教师、同学进行讨论。为督促学生进行思考，教师会要求每组实验学生必须准备一道以上与本实验相关的问题供同学们在课堂进行讨论。

（2）课上

教师组织学生进行实验操作，分为实验前准备、实验中操作、实验后总结三个阶段。

在实验准备阶段，教师首先组织学生讨论在学习“乙醇饱和蒸气压测定”实验素材中遇到的问题。一个问题提出后，先由学生之间进行讨论、作答，教师最后总结，给出自己的答案。在生生、师生讨论中，学生不但可以解开自己的疑惑，而且会受到其他同学所提问题的启发，加深对实验的认识。此后，教师对本实验操作中的注意事项进行强调，由于观看感受和操作感受是有差异的，因此开辟了“实践区”，在教师的统一指导下，让学生对重要实验环节进行尝试。在“乙醇饱和蒸气压测定”这个实验中，减压是学生普遍感觉不好控制的环节，教师会在课堂上组织学生使用公选仪器进行实际减压操作练习。真实的操作，会使学生体会到如何通过控制阀门大小从而达到控制减压速度、减压数值的目的，这样可以大大提高学生实验的成功率，增强学生在独立实验环节的自信心。

在实验进行阶段，学生直接按照设计流程进行实验、观察实验现象、填写实验报告。有效的预习，充足的准备会极大地提高学生实验的动机和效率，同时也让学生更专注于实验过程的操作和对实验现象的观察。教师要走到学生中间去跟踪指导学生操作，并加以记录。对于学生操作中出现的错误，教师不是急于直接指出，而是引导其发现问题并自己找到答案。例如：为使空气排净，“乙醇饱和蒸气压测定”实验要求最初水浴温度在85℃左右，然而有些小组为了节省时间未达到要求就开始测定了，造成测定的乙醇正常沸点偏小。面对有偏差的实验结果，学生习惯于把问题归咎于仪器和药品，此时教师就要引导学生从自身操作方面寻找问题。提醒学生注意实验需要的条件是什么，引导其思考为什么要选定该条件，最终帮助其分析得出空气的存在对饱和蒸气压测定的影响。在课堂的观察中，教师会对于预习充分、操作较好的同学给予肯定，并鼓励其积极思考，提出实验方面的改进意见；对于实验态度不端正，学习主动性较差的同学，教师也会耐心的加以引导，使其逐渐体会到实验的乐趣。

在实验结束后，教师组织学生进行本次实验总结，并根据记录情况对各组同学的预习情况、操作表现以及分工协作情况进行点评。

（3）课后

通过QQ群，教师和学生可以继续对有关实验的问题进行交流互动。要求学生在实验报告中进行实验反思，总结成功的经验，分析失败的原因。教师根据学生课前预习阶段的完成情况（30%）、课上实际的操作情况（40%）以及实验后的总结情况（30%）更加客观、全面地给出学生成绩。

3.实施效果

在物理化学实验中尝试采用翻转课堂的教学模式，取得了较好的效果。学生普遍反映实施翻转课堂后，对实验课的重视程度有较大提高，会付出更多的努力在课前的准备上；能够根据自己的实际情况进行自主学习，对于实验理论及操作原理的理解好于单纯的教师讲解；自己在课上有更加充足的时间用于实验操作，达到了提高实验技能的目的；在实验中遇到问题，不再只是依赖教师，而是能逐渐学会独立思考，锻炼了自己分析、解决问题的能力。

4.需要进一步完善的方面

作为一种新型的教学模式，翻转课堂的优点显而易见，然而要想达到预期目标，实现有效的课堂翻转，还需要解决以下几个方面的问题。

（1）提高教师的综合能力

相较于传统的教学模式，翻转课堂对教师的综合能力提出了更高的要求，主要表现在：教师需要较强的专业知识设计实验内容，需要一定的信息技术处理能力完成素材的制作与发布，需要高水平的教学能力实现对课堂活动的组织、策划，需要良好的沟通能力进行与学生的交流、互动[9]。教师综合实力的增强一方面需要教师本人能将更多的精力投入到教育教学上，注重在实践中摸索总结经验，另一方面也需要学校创造条件，给教师提供更多相关技能培训的机会。

（2）提高学生对翻转课堂学习模式的认知

在实践中发现，有些学生对于翻转课堂学习模式认识不够，不重视课前的自学环节，仍旧单纯依赖教师在课堂的讲解，还有部分学生虽然进行了自学，但效果不理想，难以抓住学习素材中的重要内容。对于以上存在的学生学习态度和学习方法的问题，教师还需进一步的进行引导和帮助。

（3）提高微视频制作的水平

作为学生主要的学习素材，微视频制作的水平直接影响学生的学习效果和学习热情。要达到教学视频与教学目标、课程设计、教学内容相匹配，往往需要教师自行制作教学视频[3]。教师应精心设计、合理安排视频录制内容，做到重点、难点明确，重要实验现象突出。为有效引导学生积极参与教学视频的学习，视频制作应适当加入动画、音乐作为辅助，引入互动性元素增强学生的参与感，但不可喧宾夺主。

（4）建立更为便捷的学习素材发布、学习互动平台

目前，学习素材的发布主要是利用QQ群、公共邮箱和学院网络平台，学生反映比较分散，而且在网络不畅的情况下，会耽误课程的学习。建立通畅的学习和交流平台，统一完成课程信息的发布、学习资源的共享与下载、课前课后学生反馈问题的收集，是今后改进的方向[10]。