检索式学习在分析化学教学中的应用探究*

韦健华，陈正毅，黄日镇，钟 亮

(广西壮族自治区桂林医学院，广西 桂林 541199)

在医药院校中，分析化学作为一门是以奠定学生坚实基础理论知识和培养熟练的实验操作技能为教学目标的专业基础课，在药学、医学检验以及生物技术等学科专业课程体系中具有举足轻重的作用。以下就目前分析化学课程现状与学生对专业基础课程的学习态度现状分析如下：

随着社会发展速度的增快，学生需要学习的专业知识逐渐增多，原有课程在不断地被缩减学时，而需要讲授的内容又涵盖了化学分析与仪器分析两大部分。同时化学分析课程涉及大量有机化学、物理化学和无机化学等多门化学学科内容，这些现状使“分析化学”课程具有知识点多、内容跨度大、学时少等特点。为了节省课时，传统的以教师讲授为主的教学方法在课程中还是占了很大的比重[1]。

良好的学习态度是成功的关键，丰富的校园生活、快速发展的网络科技以及日益繁重的学习任务等诸多客观因素对大学生学习效果的影响变得越来越显著，这些因素都影响着大学生自主学习习惯的培养。大部分学生认为学习只需要考前突击或根本无所谓分数高低，这说明多数学生没有学习动力，自制力差，以至于产生消极的学习态度；消极的学习态度最终导致一系列负面情况的发生，例如完全无视课前预习，课堂上被动思考甚至不思考，课后不认真完成学习任务。虽说教师授课的质量并不是学生学习好坏的关键因素，学生如何对待学习才是根本原因，但在课堂上教师可以通过如提问、创建互助学习小组以及个性化一对一辅导等方式充分调动学生的学习积极性，引导学生思考问题，建立自信[2]。随着教学改革的不断深入，如何激发学生的学习动机，培养良好的学习习惯，是需要教育工作者不断探究的关键性问题。综合“分析化学”在教学上存在的这两大障碍，如何有效地利用有限学时，既能讲透知识点，又能从根本上改变学生的学习态度以及激发其学习动机，同时开阔学生视野、锻炼学生的逻辑思维能力和创新能力成为了分析化学专业所有授课教师关注的重要问题。

1 翻转课堂教学方法的优势

针对以上情况，对传统教学模式进行改革，提高教学效率势在必行。在“互联网+”的大背景下，基于网络及数字资源的“翻转课堂”教学模式成为一线教师研究的热点。翻转课堂(flipped classroom)是化学教师Jonathan Bergman和Aaron Sams于2007年开创的一种新型教学模式，以学生课前自学代替教师的课堂讲解，课堂上集中精力完成作业并与其他同学及教师交流[3]。由于翻转课堂教学颠覆了传统教师主导课堂的模式，可以极大地调动学生的自主学习动力，并充分利用课外时间。在传统课堂中，布鲁姆教育目标分类法中低层次的活动总是在课堂上完成，学生课后要在没有专业指导的情况下完成课后练习、项目与论文，从而沿着布鲁姆教育目标分类法的阶梯完成中高层次的活动。在翻转课堂中，布鲁姆教育目标分类法中较低层次的活动布置给学生个人课后完成，这有利于学生获得成功的体验，鼓励学生的自我强化；然后课堂时间专门用于应用、分析和实践，在老师在场的情况下，纠正错误观念，扫清存在的问题。在面授课之前，学生已完成相关知识点的简单内容[4-5]。一旦来到课堂上，重新调整的课堂时间使得学生能参与更为高阶的思考活动。翻转课堂的实施也充分的体现了孔子“不愤不启，不悱不发。举一隅不以三隅反，则不复也”这一启发式教学方法。

2 检索式学习的重要性

2002年，美国密苏里州圣路易斯市的詹姆斯·麦克唐奈基金会批准赞助由亨利·罗迪格与马克·麦克丹尼尔两位认知科学家申请的“通过认知心理学强化教育实践”这一科研项目，该项目的研究目的是把认知心理学中有关学习的基础知识应用到教育实践上[6]。直到目前为止，不管在什么领域，人们在学习一项技能或是一门知识的时候，都是倾向于反复阅读课本，并进行集中练习，而两位认知心理学家认为这是效率较低的一种学习方式；与反复阅读相比，回想事实、概念或事件会更有效，他们将这一方法称为检索式学习，这一方法的具体实施是上述科研项目的研究重点。从认知心理学的角度出发，检索会强化记忆，并阻止遗忘。我们在阅读一段文字或听过一堂课后，只需用一道简单的小问题检测自己，就可以巩固所学、强化记忆，因为这是在强化我们学习的神经回路[7]。

通过反复阅读使学生对一段文字很熟悉，认为自己已掌握了阅读的内容，这种自以为掌握了所学，是元认知欠佳的一种表现。在翻转课堂当中引入检索式学习，从最开始的通过教师引导改变学生的学习行为模式到习惯养成，最终将改变学生的学习态度，这也是笔者将检索式学习引入翻转课堂的最根本原因。翻转课堂第一阶段即课前准备，教师对学生观看教学视频提出三点要求：首先教师要求学生将视频中的知识要点转化成2～3问题，并且在学习视频后试着去解答这些问题，其次记录一个与视频知识点相关，且自己没有理解的问题。最后将已经理解的知识要点，用自己的语言进行总结归纳。在最初的被动阶段主要是改变学生的学习行为模式。第二阶段即课堂教学，以“四步法”作为课堂教学方式创新的基本模式：课前自学与检测、课堂练习、协作及展示。笔者将检索式学习引入“四步法”中的每一步具体实施过程。

3 分析化学“翻转课堂”的教学设计

3.1 教学内容的选择

笔者从事化学类课程教学已有2年，对“分析化学”理论课内容较为熟悉，所教授的药学本科专业分析化学课程为36学时[8]，内容包括：绪论、误差及分析数据的统计处理、滴定分析法、酸碱滴定法、络合滴定法、氧化还原滴定法、沉淀滴定法及重量分析法、电位分析法、分光光度法和定量分析的一般步骤等知识点。其中，酸碱滴定法、络合滴定法、氧化还原滴定法、沉淀滴定法和重量分析法是36学时“分析化学”的重点内容，每章包含了相应的理论基础、滴定曲线、指示剂选择、滴定条件和应用实例等，4个章节均和实际应用密切相关，因此本文作者设想主要以这4个章节内容进行翻转课堂教学模式，结合桂林医学院目前教学要求翻转课堂教学模式不能超过总学时的三分之一，故选择其中12课时进行翻转课堂教学。

3.2 教学视频及课件的选择

目前国内针对“分析化学”教学视频相对较少，笔者查询到大连理工大学制作的“分析化学”教学视频主要以单一知识点的形式呈现，时长为10～15 min左右，符合微课的要求，故以此系列作为教学视频的主要来源，但考虑到该视频的主要对象是化学专业的学生，对于药学专业的学生并非完全适合，因此，在已有的PPT课件上，利用录屏软件(Camtasia studio)制作讲课课件，并在对应的PPT课件上勾画笔记，而且每个知识点制作为一个单独的讲课课件，同样具有微课的授课效果，学生也能在短时间内集中精力选择学习的知识点，效果可以满足授课要求。

图1 翻转课堂教学设计总体思路Fig.1 General idea of teaching design in Flipping Classroom

3.3 翻转课堂教学设计

以酸碱滴定法为例，进行翻转课堂教案的设计[1]：该章节分为六大教学板块：酸碱平衡及弱酸的分布曲线(视频4.1)、溶液中的其他平衡及pH计算(视频4.2)、酸碱滴定曲线(视频4.3)、酸碱指示剂(视频4.4)、酸碱滴定分析法的应用(视频4.5)、强酸(碱)，一元二元弱酸(碱)及缓冲溶液等各种溶液体系下的pH计算(视频4.6)；相对应的会有6个主要教学视频以及每一个教学视频下都会有一份相对应的学习任务单，课前一周发给学生进行自学学习。学习任务单主要以问题的形式呈现，以问题导向的自主学习的关键要求教师把教学基础知识点、重点与难点转化为问题提出来，使学生在解决问题的同时除了掌握基础知识外，能把握教学重难点，从而培养学生解决问题和举一反三的能力。下面以酸碱滴定章节中酸碱滴定曲线这一知识模块为例：

(1)自学与检测

检测学生自主学习的成效，进一步让学生体验学习的成就感，所以，检测的难度不超过自主学习任务单给出的任务难度。在检测环节，除了让学生收获学习成就感的同时，也有利于发现自主学习中存在的问题，以便教师及时调整教学策略，保证内化取得实效。其中学习任务单中包含两个层次的问题，首先是认知层次上的问题，即根据学习目标考察学生对知识的回忆与确认；其次是理解层次上的问题，即考察学生对概念、规律的理解，让学生进行知识的总结、比较和证明某个观点。

图2 学习任务清单与作业清单示例Fig.2 Examples of learning task list and assignment list

(2)课堂练习(15 min)

课堂练习是在翻转作业基础上的进阶学习，是内化知识的重要环节。根据课前自学后，学生的问题反馈，教师及时对课堂练习题目进行调整与补充。课堂3 min让学生快速阅读题目，教师开始提问某一学习小组当中的同学(在自学阶段，该同学反馈不理解这一知识点)，在这名学生努力整理思绪和答案的过程中，教师通过知识点提示的方式引导学生得到正确的答案。整个过程学生不能翻看课本，必须进行检索式回忆。以酸碱滴定曲线为例设置的课堂练习如下：

①在酸碱滴定中被测物质与滴定剂浓度各增加10倍，引起的突跃范围的变化为( )

A.增加1个pH B.增加2个pH C.2个pH D.减小2个pH

②用NaOH标准溶液滴定邻苯二甲酸氢钾(Ka1=1.3×10-3，Ka2=2.9×10-6)时，会出现几个pH突跃( )

A.无突跃 B.无法确定 C.1个 D.2个

③强酸滴定弱碱体系，影响滴定突跃范围的因素有哪些：

A.弱酸解离常数KaB.弱碱解离常数KbC.强酸解离常数KaD.弱碱浓度cbE.强酸浓度ca

④通过目测指示剂变色来确定终点，假设指示剂的变色点与化学计量点一致，根据滴定突跃范围与指示剂选择原则两个角度来考虑，这样是否就能准确滴定？

(3)协作(10 min)

进阶作业中难免会遇到种种疑难和困惑，这时，开展协作探究是非常必要的。采取“测验小组”为单位而进行协作活动。大致形式如下：教师提出两个分析与应用型题目，让小组所有成员一起讨论，整个讨论阶段不能翻开课本。“每个人都懂一点，要通过交流把知识弄明白”，这一过程的重点在于探索与理解。

对于分析化学这门学科，较复杂的数学计算占据整个学科知识体系的一半，几乎每一章节都会涉及到，甚至贯穿于整个学期的学习过程。这对于以记忆和案例分析为主要认知模式的药学专业学生来说，单纯的记忆知识点并不难，但是将相关知识点运用到复杂的数学计算却是一个较难克服的认知障碍，笔者将检索式学习模式应用到分析化学课堂中。在翻转课堂第三部分小组协作中，主要以复杂计算题为讨论重点。同样是以酸碱滴定曲线这一模块知识点为例，将班级同学分为若干个学习小组，用10 min讨论以下两道计算题，鼓励小组中的每位同学通过检索大脑的方式将知识点拼凑起来。这一类型的题目考查的知识面较广，涉及酸碱滴定整个章节几乎所有的重难点知识。因此，所有学生能够在课堂上有专业教师在场的情况下和同学们一起进行高阶思维能力培养的活动。翻转课堂设计中的第二第三部分，笔者将会利用大部分时间用于进行应用与分析类性题目的协作与讲解。

①用NaOH标准溶液(0.0900 mol/L)滴定50.00 mL浓度为0.07416 mol/L的一元弱酸(HA)溶液，计算当NaOH标准溶液滴加到8.24 mL时(此时未达化学计量点)，溶液的pH值。(已知：HA的Ka=1.26×10-5)

②取某一元弱酸(HA)纯品1.250 g，制成50 mL水溶液，用NaOH溶液(0.0900 mo/L)滴定至化学计量点，消耗41.20 mL。在滴定过程中，当滴定剂加到8.24 mL时，溶液的pH为4.30。计算HA的摩尔质量；HA的Ka值；化学计量点的pH。

(4)展示(20 min)

利用25 min进行翻转课堂的最后阶段——展示，即小组代表以板书的形式对讨论成果进行展示，并阐述小组在解题过程中存在的质疑，这一过程能很好地发展学生创新思维能力、解决问题能力和语言表达能力。

最后教师对正确解题过程进行简单讲解，并且根据每一小组的成果展示情况，进行综合评分(占70%)，同时小组之间进行互相平分(占30%)。每次翻转课堂的展示阶段评分最终折合到期末总评成绩当中，这一反馈形式将有利于翻转课堂的实施，能最大程度的调动学生的主动性与积极性。

4 传统课堂中的检索式学习

对于整个学期的分析化学教学，除了三分之一的翻转课堂教学外，仍然有三分之二的课时是采用传统教学模式，这就使得笔者开始思考“传统课堂教学要怎么实施，才是对学生最有益的？”萨尔曼·可汗在描述自己的教育理念时说道：我希望帮助学生了解每堂课都是相互关联的，知识的难度和深度会随着课程的推进层层深入，我还希望培养学生敏锐的洞察力，即使每次只掌握一个概念，也能在其后将这些简单的信息进行融合、扩展，进而真正掌握一门学科的逻辑，这与检索式学习理念有异曲同工之妙[9]。检索式学习要求学生在学习中必须作出的6点“努力”，其中3点为：(1)重新巩固记忆即专注的回忆学过的知识，使其重新变得具有可塑性；(2)打造心智模型即下足功夫练习大脑检索，使彼此相关的复杂理论融合为一个整体；(3)举一反三即在不同时间段进行检索练习，其间穿插不同的学习资料，建立彼此关联的能强化学生对所学专业的精通程度的知识网络[10]。基于萨尔曼可汗的教育理念与检索式学习方法，笔者将在传统课堂中引入渐进式的低权重小测验和模拟测验，且测验的分数与学分挂钩。设计的小测验会涉及本学期早先讲解的概念和知识，保证检索练习贯穿于整个学期的教学过程，让学习成为一个不断积累的过程，这将有助于学生建立更复杂的心智模型，强化概念性的学习，更深刻地理解概念与原理间的联系。