翻转课堂教学模式在基础化学实验中应用实践的探析

王 静，罗世忠

基础化学实验是一门将基础理论与实验技能相融合的综合性实践课程,主要授课对象是大一新生。作为第一门实验课程,基础化学实验在培养大学生动手能力、巩固理论知识、激发专业兴趣、开发创新能力等方面都起着至关重要的作用[1]。

传统的基础化学实验教学模式是以课前预习—教师讲解—学生模仿—完成实验报告为主线,学生在学习中往往只是被动接受相关实验的理论知识与操作技能,其主导地位和自主学习能力的培养被忽视[2]。尽管各高校试行了多种教学改革,但实验课的效果与期望却相差较远[1]。

国家级实验教学示范中心评审指标体系中提出实验教学的新理念, “以人为本,坚持传授知识、培养能力、提高素质的协调发展”[3]。现阶段,在我国高等院校教学中,积极实施了翻转课堂教学模式。对于基础化学实验课,翻转课堂模式可以在实践中留给学生更多的学习时间,学生自主搜集资料、掌握相关知识,进行自我知识延伸,提高动手操作能力,将理论与实验相融合。教师减少授课时间,不再是知识灌输和传授的中心,而成为学生学习的推动者,增强师生的互动性。从而培养学生的创新能力,激发学生的潜在兴趣和能力[4-5]。

1 翻转课堂教学模式

翻转课堂模式是从美国引入的一种新兴的教学模式,是指重新调整课堂内外的时间,将学习的决定权从教师转移给学生。学生在课前利用教师分发的数字材料 (如音视频、电子教材等)自主学习课程,然后在课堂上参与同学和教师的互动活动(释疑、解惑、探究等)并完成练习的一种教学形态[6]。随着互联网的发展,该教学方法引起人们的关注,在美国逐渐流行起来,并不断推广实践到多个国家和学科[7]。

在传统教学的过程中,教学时间主要用在“教”,对 “学” 不够重视,用在 “教” 与 “学”之间交流沟通的时间更是少之又少。

翻转课堂教学模式是对传统教学程序的重组。教师首先制作优良的教学视频,让学生在课前观看并学习视频中讲授的内容。课堂上教师有针对性地对学生反馈的问题加以教学指导、解答疑惑和分析讨论。在互动交流中,教师能够分析发现不同学生的学习程度,做到有针对性地个别教学指导。“教”的目的是实现学生的 “学”,学生作为教学过程中的主体,重视学生 “学”的程度,将课堂时间主要用在 “教”和 “学”的充分互动结合上[8]。

可以看出,翻转课堂教学模式改变了形式单一的传统教学模式,让学生掌握主动权,留给学生更多的学习活动时间,有利于锻炼学生的独立思考能力和自主学习能力,激发学生对专业知识的兴趣。

2 基础化学实验课堂现存问题

总结发现,基础化学实验课堂主要存在以下问题：

1)学生在进入实验室之前的预习,只是根据课本上所列原理知识点粗浅的抄写在预习报告上,未进行整理思考。在课堂上学生单向被动接受教师的讲解,仅机械地重复教师讲解的实验[9],并未真正将理论与实验相结合。这点在实验考试中可以看出,对原理知识点出错较多,尤其是无机元素性质实验。

2)在前两次的实验中,学生对细节的操作能够多加注意。随着不同实验内容的开展,学生出现对操作要点松懈遗忘的状况。例如,滴定管的读数、操作,配制溶液时容量瓶的定容和有效数字等。即使教师发现并及时提醒纠正,但同样的错误学生依然会出现。也就是教师在初次实验课上要求学生良好的实验习惯并未慢慢养成,而是出现了偏差。

3)综合实验的操作程序较多,学生理不清实验操作顺序,不懂得如何统筹安排,导致浪费时间。而实验时间较长时,学生往往失去耐心,造成实验数据较差,效果并不理想。

4)对基础化学实验报告,首先从格式上经过多次的纠正,效果并不理想。比如,数据表格的格式、单位、表头；图的横纵坐标、单位、刻度的分布。报告中实验的理论依据仅仅局限课堂讲授知识点,未再进行查阅补充。对重点总结分析不够透彻,条理不清晰,尤其是因操作造成的误差,会出现习以为常的错误想法。

面对学生出现的实验基本技能不扎实,尤其是重复出现的问题,教师必然要对教学中的各环节进行反思。传统课堂的教学中,教师在讲解过程中主要通过 “讲深、讲透”的直接形式,提前示范实验操作过程,并加以详细讲解。在教师一味地传授过程中,学生被动接受,仅模仿教师的操作,思考欠缺,未经过自身的主动思考整理,造成错误操作,多次纠正后仍无效果,养成不良的实验习惯[10]。尤其是多次实验课之后,学生的兴趣不断降低,而这势必对学生的专业兴趣产生影响。

3 基础化学实验翻转课堂教学模式中教师引导作用

翻转课堂教学模式对整个教学过程的程序进行了重构,时间做了重新分配。翻转课堂教学模式并不是一味地将任务和责任推给学生,相反的,要求教师具有更加严谨的科学态度和高度的责任心,以及扎实的专业知识[11]。教师在充分组织设计课程的前提下有针对性地进行讲解,学生充分发挥学习自主性,加强与教师的互动沟通。

3.1 教师课前设计

翻转课堂教学模式中,教师对课堂教学方式和内容的设计变得更加重要。教师应根据实验教学任务要求和班级差异,制作优良、精简的实验视频或PPT课件。在查阅大量知识的基础上为学生提供相关案例,并与当前研究前沿或是热门应用相结合,避免学生出现 “实验无用”的思想,打开学生思维,保持学生对实验动手操作的热情。例如,在无机元素性质实验中,引导学生除了观察反应颜色变化,同时可以仔细观察出现的沉淀的不同,如絮状、颗粒状或是片状沉淀,从而引出纳米的概念和意义。再比如,在 “复方氢氧化铝药品中铝和镁的测定”实验中,引导学生思考农药残留的测试方法等。

教师除了周密、科学地设计实验原理教学外,教学课件中同样重要的是清晰讲解实验操作步骤,正确演示实验操作,引导学生将无序的实验步骤整理为有序的操作,合理安排实验时间；引导学生将实验原理融合在实验操作中,边实验边思考。精心准备组织的教学课件要将实验的方法和科学严谨的思想传导给学生。

3.2 教师课堂引导

教师应提前通过预习报告了解学生对实验的预习情况。在实验课堂上,教师减少讲解时间,对已知的学生疑惑点展开针对性地讨论。还可以根据学生的反馈和经验设计一些需要通过实验验证的问题,让学生在实验中思考验证[12]。

基础化学实验课的课堂有充足的时间给学生来完成,教师相对有时间仔细观察学生的实验能力。教师在课堂巡视中,根据学生实验中具体提出的问题,进行一对一的答疑辅导。对重复出现的操作问题,及时纠正并引导学生思考原因和可能产生的结果,使学生从思想上充分认识到错误操作的后果,以避免重复出错。引导学生养成科学严谨的实验态度,理论解释现象的思维,合理安排实验步骤的方法,分析解决实验问题的能力。课堂中,教师更多的是答疑解惑,与学生及时展开面对面的交流沟通,及时了解学生对原理知识和实验操作掌握的情况,将课堂收集到的信息补充优化到教学课件,总结翻转课堂教学模式在基础化学实验课实施中的教学经验。

4 基础化学实验翻转课堂教学模式中学生主导作用

翻转课堂教学模式在基础化学实验中的探索,立足学生学习实验的实际情况,充分认识到不足之处,重视培养学生在学习过程中的自主地位和自主学习能力,提高基本操作水平和独立从事化学实验的能力[5]。

4.1 学生充分的课前预习

随着电子产品的飞速发展和网络信息的急剧增加,网络可以利用的资源越来越丰富。学生可以在网络上查找相关实验视频和教师制作的实验视频,对容易出现的操作失误先有初步的认识。

刚接受大学教育的新生,存在 “重知识点轻方法”的现象,对文献查阅的重要性认识不足。通过教师的指导,学生结合课本对实验原理及操作进行预习,同时查阅相关文献,延伸知识点,开拓思路。预习过程中发现的疑难问题,先查阅文献,尝试思考解答,将无法解答的问题可以体现在预习报告上,在课堂上与教师一同寻找答案。

基础化学实验的每次实验,其中需要注意的细节点较多,而且每一步的操作都要有理论依据。在完成两三次实验后,引导学生用学习到的原理知识点解释实验中每一个步骤的原因,真正做到有理有据。这样,学生在动手操作时才不会出现重复出错。由此,也避免了教师不断地强调、纠正的局面。更重要的是,这样做使学生逐渐养成不断探究化学奥秘的习惯[4]。

4.2 学生课堂实验

学生根据预习和教师讲解的内容,独立动手操作实验,用理论指导实验,并仔细观察实验现象,对出现的特殊情况,首先独立思考,寻找答案。也可以思考后及时将现象和问题反馈给教师,共同讨论探索原因和答案。学生自发的思考及总结能力得到锻炼,化学思维在长期的学习过程中也得到提升[6]。同时,通过自己的动手操作,改掉容易出现的错误,避免眼高手低。例如,在仪器的使用方面,初次接触仪器时,教师给学生介绍如何根据说明书使用仪器的方法；再次使用仪器时,根据说明书自主使用仪器的摸索阶段便是主动学习的过程。

基础化学实验课堂不同于理论课的理解掌握,在化学实验动手操作过程中,学生往往不能发现操作中的小失误,有时甚至对无法用理论知识解释的实验现象 “百思不得其解”。所以,学生除了独立完成实验,将实验中存在的困惑及时反馈给教师,与教师师进行现场沟通交流显得尤为重要。因此说,翻转课堂教学模式在基础化学实验课中的实践过程中,要根据不同学生的实验操作掌握程度,将课堂的答疑解惑和沟通交流作为重点。通过学生自主学习操作和教师的交流引导,养成良好的实验习惯和掌握独立完成实验的方法。

4.3 学生总结与自我反思

不同于理论课程,基础化学实验课结束后学生必须对本次实验进行总结。在实验报告上,学生思考回答课后思考题和实验中的疑惑,反思实验中操作失误和误差产生的原因,对学习效果进行自我评价,了解自己是否达到了既定的学习目标。学生在复习的同时,提高自主学习能力,思维方式也将逐渐上升。同时,学生可以在总结中体现自己对实验的认识想法和教师授课的意见,以便于教师和学生能够更好地了解沟通,教师补充课程内容,优化实验方案。

图1 翻转课堂教学实施方案示例流程图

青岛科技大学的基础化学实验主要是针对分析化学和无机化学开展的,集中在滴定实验和元素性质实验,每学期都安排有综合实验,学生可以独立完成由检索查阅、整理思路、动手操作到数据整理、报告总结的过程。在整个自我思考、动手过程中,学生得以锻炼,提高独立工作的能力。经过几次的训练后,学生可独立完成总结和自我反思,为今后快速适应工作学习做好基础。

5 翻转课堂教学模式实施案例设计

基础化学实验因学时和班级数量的限制,学生的实验安排并非与理论课完全同步,而实验与实验之间又是独立的,学生完成一次实验后,经常出现印象不深,重复出错的问题。根据基础化学实验特点,在翻转课堂教学过程中,学生可以分成小组开展实验,加强小组间在实验结束后的交流,以评判实验数据,得出实验结论。

实验前要求学生在观看实验课件 (PPT)和网络视频的前提下,根据实验原理涉及内容,通过查阅文献拓展专业知识点；根据实验步骤和操作,思考实验过程中应注意的操作,分析每一步操作的原因和可能出现的问题。实验过程中必须利用预习的内容和理论知识解决出现的常见问题。实验结束后,每位学生整理查阅文献、实验情况展开讨论,解释疑惑点,探讨实验方案优化点,评价实验数据,对实验进行总结。本文以 “Na2S2O3标准溶液的配制、标定及间接碘法测定CuSO4中铜含量 ”实验为例,翻转课堂教学实施方案示例流程如图1所示。

6 结束语

翻转课堂教学模式在基础化学实验中的实施,立足学生学习、操作的实际情况,以学生为中心教学模式的研究仍处在探索和积累经验中,需要在循序渐进中不断改进。结合实验课内容的不同,完善翻转课堂教学的各个环节,构建出适合教师和学生学习的创新模式,以培养拥有扎实专业基础理论知识,具备较强的动手能力和良好科学素养的应用型人才。

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