混合式教学模式在“物理化学实验”中的探究与实践

王迎 张为超

[摘 要] 针对传统线下教学模式在“物理化学实验”课程开展中所存在的难以满足学生的个性化发展、理论课程和实验课程教学进度不一致及单一教材难以满足多元化的教学需求等问题，结合“雨课堂”应用于教学中的优势，该文探讨了一种基于“雨课堂”的线上线下混合式的教学模式在“物理化学实验”课程中的应用模式，并将该模式引入实际的教学过程中，结合具体的教学实例对教学效果进行多维度的分析。研究表明，基于“雨课堂”的混合式教学模式的引入能很好地调动学生的学习热情，提高学生的学习效率，对“物理化学实验”的教学改革具有很好的借鉴作用。

[关键词] 雨课堂;“物理化学实验”;混合式教学;教学设计

[中图分类号] G642.4   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）01-0110-04   [收稿日期] 2020-12-21

一、引言

“物理化学实验”是联系物理化学理论知识和实验操作技能的桥梁，是一门独立开设的基础性实验课程，也是化学、制药和化学工程等专业所必需的专业基础课程，对培养学生理论联系实际的思维能力、独立思考的科研素质及解决实际问题的动手能力等多项素养具有重要意义[1]。随着时代和科技的发展，传统线下教学所面临的挑战越来越多，比如设备的快速更新换代和实验教材更新的滞后性间的矛盾，现代化实验数据处理工具的普及和传统教学中教师对实验后续过程参与度的不足之间的矛盾等问题日益突出。

国际工程教育认证明确指出高校教育要逐步实现以学生为根本，以学生的学习和发展为中心，以培养复合型、综合型人才为目标的现代教育模式[2，3]。因此传统的线下教学模式必须随之调整，教育部下发的《2016年教育信息化工作要点》中明确提出：“加强高等教育中优质数字教育资源的开发和应用，并利用在线开放课程探索翻转课堂、混合式教学模式改革。”[4]由此可见，国家充分肯定并鼓励线上教学的教育模式，有机地融合线上和线下教学的资源优势，探索适用于物理化学实验的混合式教学模式，具有非常重要的现实意义。

二、传统线下教学模式在“物理化学实验”教学中的现状

（一）难以兼顾学生的个性化发展需求

大学生生源分布广泛，各地区之间教育水平存在一定的差異。此外，在大二学年开展的“物理化学实验”课程还存在一定数量的转专业学生，因此不同学生的基础知识储备差别巨大、个体化差异显著。纯线下教学中有限的教学课时使教师很难兼顾到学生的个体化差异，而教师为了追求较好的教学效果，只能增加讲解时间、细化讲解内容，进行填鸭式的知识灌输。此外在教师演示实验流程时，围观的学生存在听不清、看不见、记不住等问题，学生自主操作时依然一知半解，只能机械式地重复流程，学生参与度较低，很难提高学生的自主学习能力。

（二）理论教学和实验教学难以同步进行

物理化学实验是物理化学课程的重要环节，是理论课程的实践环节，然而作为一门独立开展的基础学课，“物理化学理论”课程和“物理化学实验”课程往往各自独立展开，因此二者存在教学进度不一致的问题。学生在进行实验教学时可能尚未学习相应的理论课程，或者早已完成相应的理论课程学习。因此学生很难将实验现象和理论知识结合起来，实验过程存在敷衍了事现象，缺乏对实验的深入思考，很难培养学生理论联系实际的思维方式。例如在讲解“电导法测定乙酸的解离平衡常数”这一实验时，部分学生的理论课程进度尚未进行到电化学部分，因此对实验中涉及的摩尔电导率、无限稀释的摩尔电导率等专业名词缺乏理解，即使教师在实验课程中对这些知识进行讲解，但是受线下教学时间的限制，很难让学生充分理解并运用到所进行的实验中。因此学生对实验所涉及的公式和原理往往依赖于死记硬背，后续处理实验数据也是生搬硬套，很难进行正确的分析，对实验中存在的问题过度地依赖教师的解答，学生独立思考问题、解决问题的能力难以发挥。

（三）教材选择的单一性难以满足教学的实际需求

传统线下教学中，学生课前预习的过程主要依赖教材，但是随着化学理论的不断发展，物理化学实验的设计理念也在不断完善，专业实验设备更新速度日益加快，而教材自身的严谨性和普适性特点决定了其更新周期较长，因此在实际教学中经常出现教材内容和实验内容不一致的情况。当学生发现预习内容和实际操作不一致时，不仅会打击学生参与教学活动的积极性，还会使学生被迫接受教师“填鸭式”教学，不利于培养学生独立思考的能力。此外，作为一门基础性学课，“物理化学实验”在化学、材料、制药工程和环境等专业均有开展，而不同专业的培养方案也存在差异，所设计的教学内容也不尽相同，纯线下教学模式中单一教材的选择很难满足层次化、多元化的教学需求。以本校为例，物理化学实验在化学和环境专业均有开展，但是对化学专业特别是师范专业学生的培养方案和环境专业学生的培养方案差异巨大，因此在实际教学中对化学师范专业的学生更注重其对理论知识的全面理解和独立准备实验、开展实验的技能培养，要求学生能够对所学知识进行融会贯通，举一反三地设计相关实验。但是由于实验教材的更新速度较慢，一些新兴的实验技术、实验设计案例等内容无法融入教学中，不利于学生创新能力的培养。

（四）教师的课下参与度不高，难以帮助学生完成知识内化过程

传统线下教学中，学生在课堂中的主要活动为完成实验操作并记录实验数据，教师对学生课后总结和知识内化的过程参与度很低，可以说是一种“教”和“学”分离的状态。这一问题的存在，一方面不利于教师准确地掌握学生的学习情况，及时调整教学内容;另一方面，教师对学生线下学习过程缺乏监管，造成学生抄袭实验报告，甚至为了追求数据的美化篡改实验数据的现象时有发生。而传统教学模式中，实验报告在学生的最终成绩考核中占了很大比例，抄袭及篡改数据的行为很大程度上影响了教育公平的原则。此外，物理化学实验常常涉及庞大和烦琐的数据处理过程，并且该过程主要为学生在线下完成，而线下教学中师生脱节的情况造成学生对数据处理过程中所遇到的问题无法及时和教师沟通，只能提交似是而非的实验结果，影响学习效果。

三、基于“雨课堂”的混合式教学模式应用于“物理化学实验”中的案例设计

“雨课堂”是一款由清华大学和“学堂在线”共同推出的智慧教学工具，可涵盖教学的课前、课中、课后三个环节，通过可视化的数据支持，帮助教师和学生实现教与学的融合统一，更好地体现“以学生为主体”的教学理念[5-8]。基于“雨课堂”设计的混合式教学模式能够将线上和线下的教学资源有机地融合起来，将实验教学从传统的课堂讲授延伸到互联网上。实施混合式教学模式的基本结构如下表所示。本文将以“旋光度法测定蔗糖的转化反应”为案例进行详细描述。

（一）课前——利用线上资源完成预习

教师将实验原理、旋光仪的构造及操作原理、实验流程演示三部分录制成三个独立的视频资源，每个视频长度控制在5～15min，并以文字的形式归纳每部分的重点内容和注意事项。提前3天将上述资源以“雨课堂”为载体推送给学生。学生在手机或电脑上利用课余时间对推送内容进行学习，对课程中遇到的难点问题可以反复观看，学习活动不受时间及空间限制，更加灵活自由。教师发布预习问题，例如：为什么蔗糖的水解反应可以按一级反应来处理？混合时为什么要将盐酸倒入蔗糖溶液中而不能逆向操作？如何正确地读取旋光仪的零度视场？组织学生进行分组讨论，并将讨论结果以小组的形式进行线上提交。学生根据线上资源完成预习报告，并记录所遇到的问题。教师通过“雨课堂”平台查看学生的学习进度，根据学生线上提交的作业掌握学生的预习程度，在上课之前完成对学生学情的收集。

（二）课中——线下课堂进行师生面对面交流并完成实验

在线下的课堂教学中，教师不再是知识的灌入者，而是将精力集中用于解答学生在预习中所遇到的普遍性问题，并对实验涉及的重点、难点进行精讲。课堂中主要采用问答的形式引导学生讨论实验中所涉及的重点及难点知识，例如：旋光度测试中为何要在恒温下进行？测定反应完全时的旋光度时为何温度不能高于60摄氏度？利用“雨课堂”的“随机点名”功能抽取学生进行实验原理、实验仪器及实验操作的演示，鼓励其他学生进行补充。学生讨论完毕后由教师进行总结。实验过程中学生如果对实验流程存在疑问，可随时再次翻看教学视频和讲稿，或者直接询问教师。教师密切关注学生情况，及时处理学生在实验操作中所遇到的问题，保证实验课程安全、高效地进行。

（三）课后——线上指导学生完成实验报告并参与课后讨论

实验完成后，教师将实验数据处理的演示视频发布到平台，以便于学生学习。学生根据教学视频处理自己的数据，对实验数据中存在的异常偏差按小组的形式进行讨论，分析其可能的原因并将其列于实验报告的结果与讨论部分。对于小组讨论仍无法解决的问题，可通过评论板块与教师互动或者直接和教师进行一对一的私信交流。教师有针对性地推送课后思考题，鼓励学生根据自己的情况进行拓展练习，以帮助学生更好地完成知识的内化过程。最后教师根据学生提交的实验报告、课堂参与度、实验操作等方面对教学活动进行评价和总结，以进一步提升后续教学。

四、实施混合式教学模式的教学效果评价

（一）学生的学习热情显著提高

混合式教学模式的引入使学生从单纯的被动听课者，转变成主动的学习者，学生要在线下主动学习教学视频、课件等资料，并通过查阅资料、小组讨论等形式完成线上作业。在线下课程中教师主要讲解学生所遇到的普遍性或无法自己解决的问题。此外，课堂上教师随机抽取学生对实验原理、仪器使用、实验操作等环节进行讲解，其他学生对讲解内容进行补充完善。这种“以教促学”的模式实现了从“以教师为中心”到“以学生为中心”的课堂角色转变，很好地调动了学生的主观能动性，提高了学生参与到教学活动中的学习热情。超过一半的学生表示在混合式教学模式下非常乐意在课堂上分享自己线下所学的知识，并参与到课堂讨论中。学生在不断完成学习任务的过程中不仅积累了丰富的知识，更提高了独立思考的能力，充分调动了学习兴趣。

（二）实验操作的失误率降低

基于“雨课堂”平台构建的混合式教学模式引入物理化学实验教学活动中后，学生在独立开展实验操作前会反复观看演示视频及课件，大多数学生能够独立、正确地完成实验操作。而传统的线下教学模式中，学生仅通过围观教师的演示来了解实验的具体操作。受空间限制，后排学生往往看不清教师演示的一些细节操作。比如装填旋光管时，为了避免气泡的产生需要将待测液体填充至旋光管表面产生凸液面，然后盖上玻璃片，封紧旋光管。有很大一部分学生因为看不清教师的演示而在该操作中浪费大量时间，部分学生甚至出现打碎旋光管玻璃片的失误。混合式教学模式的引入很好地解决了学生“看不见、听不清、记不住”的问题，学生操作的正确率显著提升，特别是对一些步骤烦琐的实验效果尤为显著。

（三）实验报告撰写的规范性提高

线上课程的引入使教师能够参与到学生的课后学习过程中，通过教师对实验数据处理过程的演示，学生能够使用Origin、Excel等专业软件来处理物理化学实验中庞大且复杂的数据，极大地提高了实验结果的精确性。此外，由于教师参与了学生在课下的知识内化活动，对实验数据中出现的异常值，学生更倾向于主动去分析原因而非简单地舍去该值，实验报告的规范性和准确性明显改善。

五、结论

结合“物理化学实验”课程自身的特点及存在的问题，本文探讨了一种基于“雨课堂”的混合式教学模式在“物理化学实验”课程中的应用。“雨课堂”的引入使得教师和学生在课前、课中、课后三个环节均能进行有效溝通，基于此设计的混合式教学模式兼具了线上和线下教学的双重优势，在提高学生自主学习的能动性、降低实验失误率、提高实验报告撰写的规范性等方面均发挥了很好的促进作用，实现了从“以教师为中心”到“以学生为中心”的转变。

但是这种混合式的教学模式在“物理化学实验”课程中的应用仍处于探索阶段，在推行中仍存在一些问题亟待解决，例如：混合式教学模式全面推行后如何合理分配学生在线下及线上的学习时间？“雨课堂”的引入使学生在课堂上可以公开地翻看手机，如何防止学生利用手机从事教学以外的活动？对此后续还需不断地探索改进，完善教育培养方案。

参考文献

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