有机化学实验混合式教学模式实施策略研究与实践

王丽华 王月欣 莒晓艳 杨宇婴

[摘 要] 为提高有机化学实验教学质量，利用学堂在线网络资源和课程自建网络资源，采用线上线下相结合，综合运用雨课堂、微课、翻转课堂、合作学习等多种教学方法，形成了一套混合式教学模式，取得了良好的教学效果。

[关键词] 混合式教学模式;雨课堂;翻转课堂;有机化学实验

有机化学实验是高等工科院校化工类学生的一门重要基础实验课，培养学生掌握有机化学实验的基本操作技能，印证有机化学基础理论知识并加深学生对理论知识的理解，提高学生分析和解决实验中所遇到问题的思维能力和动手能力，同时培养学生理论联系实际、严谨求实的实验作风和良好的实验素养。该课程对学生后续专业实验和毕业论文的顺利进行下学生创新能力的培养起着非常重要的作用[1-3]。尤其是在工程教育认证背景下，对学生知识与能力要求的提升，更需要加强有机化学实验教学质量。

随着MOOC的发展和现代化教学技术的广泛应用，混合式教学模式的探索和应用也越来越廣泛[4-11]。在学时压缩[12-14]，学生基础薄弱的背景下，我们通过几年的教学改革实践，利用学堂在线网络资源和课程自建网络资源，采用线上线下相结合、雨课堂、翻转课堂等多种教学方法综合运用，形成了一套混合式教学模式，取得了良好的教学效果。

一、有机化学实验教学中存在的问题

1.学生基础薄弱。通过问卷调查我们发现，学生在高中阶段的化学学习中，注重理论知识的学习，而忽视实验技能的培养。例如对2017级化工类学生的调查发现，有30.3%的学生动手进行过有机实验;4.6%的学生独立完成过有机实验;22%的学生观看过老师的演示实验;19.3%的学生通过电子资源观看过有机实验过程，28.4%的学生既没动手操作过，也没看到老师演示或电子资源展示。这充分说明学生对有机实验室和有机实验过程缺乏必要的认知，实验基础薄弱。

2.学时压缩，实际操作时间减少。随着高校教育教学改革的不断进行，传统课程的学时压缩成为普遍采用的方法。我校在学生培养计划持续压缩学时的情况下，有机化学实验由50学时压缩至40学时，同时1学时由50分钟压缩至45分钟。在现有的学时条件下，若想既训练学生的基本操作技能，又锻炼学生的综合实验能力，仅靠传统的实验教学模式，已无法达到教学目标的要求。

3.学生对有机化学实验课的学习热情不高。在学前调查中，我们了解到学生对有机化学实验课的重要性认识不深，对实验中的安全问题存有顾虑，学习积极性和主动性普遍不高。

通过以上分析，我们深刻地认识到有机化学实验课进行教学改革的必要性和重要性。近几年，我们对有机化学理论课进行混合式教学改革和实践，取得了较好的教学效果。我们把理论课的教学改革的经验推广到有机化学实验教学中，经过三年的持续改进，摸索出一套适合实验课程的混合式教学模式，既解决了上述问题，又提高了教学质量。

二、混合式教学模式的实施过程

根据有机化学实验课的内容，我们把课程内容分为四个模块，根据不同模块的特点，采用不同的教学模式（表1）。以下我们将根据四模块进行具体介绍。

1.实验室安全与概况的教与学。针对学生对实验室基本概况了解不深、实验安全知识储备不足的现状，在课程开始之前，我们利用学堂在线课程资源暨南大学于沛教授主讲的《生物医药实验室的安全知识》中的相关内容，结合我校实验室的基本概况，通过雨课堂发给学生进行自学。利用雨课堂开展基础知识测试，进行考核。达到考核要求的可以进实验室进行实验，达不到要求的要重新进行学习和测试。这种学习和考核方式，既节约了课内时间，又提高了学生的学习积极性。有91%的学生认为这种学习方式能够加强自习的主动性、自觉性和有效性。

2.实验基本技能与知识的教与学。实验基本技能与知识，是知识型和技能型知识的结合，是进行综合性实验的基础。通过分组学习、翻转课堂的方式进行这部分知识的学习。具体实施方法如图1所示。

我们把单个实验操作录制成小视频，放在课程网站让学生学习。同时，针对这部分理论知识，以分组合作学习的方式进行课下学习。每组完成一份学习笔记。

翻转课堂上，要求每三组为一大组，全班两大组，进行知识竞赛。把实验基本技能和知识分为六大部分，每大组抽取三部分内容，所在各小组轮流对同一部分知识提出3个不同问题，即每一部分9道题，每组整理三部分27道题的答案。最后由两大组随机指定对方学生对其所在组的知识随机抽题号进行作答，答题情况作为小组的考核成绩（图2）。通过这种方式，加深了学生对实验基本技能的学习和记忆。

通过课堂讨论与组间竞赛，发现学生学习中存在的问题，再进行知识的重点和难点的凝练，同时梳理知识体系，让学生课后完善课前的小组学习笔记。经过翻转课堂和课后的再梳理，再利用雨课堂软件进行学习测试，与小组竞赛成绩一起作为本阶段的评价成绩。有91.7%的学生认为小组学习有利于加深理解;94.5%的学生认为小组竞赛的方式有利于学生及时复习巩固。

3.制备性、综合性实验的教与学。制备性、综合性实验是对学生综合实验能力培养的重要环节，也是教学过程中的重点。在以往的学习中，学生常常“照方抓药”，对于实验书上具体实验的设计没有深入思考。没有思考就无法把知识转化为能力。

在本环节，我们采用三步走的方式，2人一组进行教与学。第一步，根据实验内容，以问题提纲的形式要求学生进行实验预习，并撰写实验预习报告。每个实验从实验原理、目的、过程、设计、基本技能、注意事项等方面提出10个问题。让学生对一个具体合成实验有系统的认识。对不同的实验为什么采用不同的反应装置、不同的分离方法，如何纯化，如何进行结构表征的选择等，有一个清晰的理解和认识。这个过程是学生对前一阶段基本实验技能与知识学习的具体应用，也是学生后续专业课实验和毕业论文进行实验设计的重要锻炼过程。第二步，让学生观看实验全流程操作录像，规范各个基本操作，梳理实验过程，使学生对动手操作有更加直观的感受，提高学生的实验效率。第三步，动手实验，完成实验过程，撰写实验报告。在此环节中，2人一组进行实验操作。教师在实验过程中进行记录和纠错、提问等工作。

我们的考核根据预习、操作、产品、报告、卫生安全等五项内容来进行综合考评。学生在此阶段学习之后，初步具备了实验设计的思路、扎实的实验技能，为后续阶段的实施奠定了基础。

4.设计性、开放性实验的教与学。这一阶段是对第三阶段的提升。根据学生的需求和兴趣，给出合适开放性的实验题目，要求学生结合自己已有的知识，查阅相关文献资料设计出实验方案，交给指导老师审查。在课堂上进行专题讨论，讨论完善实验过程与实验步骤，再进行实验验证。学生自愿结组进行，考核按照实验设计的可行性评价、实验报告、实验操作进行。具体实施如图3所示。

此阶段成绩作为学生的附加成绩，为学生参加化学实验竞赛和开放实验提供参考依据。设计性实验教学还原了实验探究的本来面貌，能给学生一个较宽阔的思考空间和选择余地。这一阶段有利于增强学生提出问题、分析问题和解决问题的能力，有利于培养学生坚韧不拔的意志品質、实事求是的科学态度，对培养他们的创新能力有着非常重要的作用[15]。

三、混合式教学的实施效果

混合式教学在有机化学实验课程中的实施，充分利用了精品课程网络资源和学堂在线等在线开放课程的优势，结合雨课堂等教学软件，线上线下相结合;教师课堂讲授与学生自主学习、小组探究、讨论、交流、组间知识竞赛等相结合;课前活动、课堂活动与实验室活动、课后活动相结合，依托翻转课堂的实施，充分发挥教师在教学中的引导作用、学生在学习中的主体作用，促成学生从接受式学习向发现式学习的转变，使学生主动学习、自主进行探究学习，加强学生合作互动。同时，在混合式教学的实施过程中，全过程的测试、小组竞赛、综合考评与反馈的评价方式更加客观、全面，及时的评价反馈过程又能有效地帮助学生认识到自身的不足和存在问题，及时改进。我们对2017级学生进行的问卷调查表明，学生对混合式教学的效果表示了充分的肯定。其中，学生对有机化学实验的课程学习时间投入平均增加了15学时，98%的学生认为混合式教学的实施提高了学习的自主性;95%的学生认为小组学习提高了学习的深度和参与度;94.6%的认为全过程的测试、评估与评价和反馈有利于及时发现不足，提高学习效果。

我们通过对未实施混合式教学的2015级、部分实施混合式教学的2016级和全面实施混合式教学的2017级学生参加学院化学实验竞赛的成绩进行了对比，结果如表2所示。通过表2我们可以看出，实施混合式教学后，学生在实验室安全常识、基本技能和综合能力上均有一定的提高。

四、结语

经过几年的持续改进和实施，此模式在教学中取得了良好的效果。学生在天津市大学生化学知识与技能大赛中取得了优异成绩，学生的化学实验技能和创新能力在专业课上得到了充分的体现。在混合式教学实施过程中，我们也积累了一定的视频资料和课程录像，为在线开放课程的建设奠定了基础。尽管取得了一定的教学成绩，但同时也存在一些问题。如学生在一门课上的课外投入时间相对增加，小组学习中合作学习的顺利开展对组织者自身协调能力提出了一定的要求。评价过程的实施增加了教师的教学工作量，评价体系不够完善，等等。今后，我们将细化考核标准和评价体系，进一步摸索学生合作学习的实施策略，提高实验教学的质量。

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