“雨课堂+翻转课堂”的物理化学实验微课教学

肖谷清 王姣亮 谢 丹 孟秋冬

(湖南城市学院 材料与化学工程学院,湖南 益阳 413000)

物理化学实验是材料、化学、化工等专业开设的实验基础课[1]。开设物理化学实验课有利于促进学生对物理化学理论知识的理解和应用，有利于学生掌握物理化学实验方法，有利于培养学生严谨的科学态度[2]。尽管不同高校有不同的办学水平，但物理化学实验由于其本身的难度和特点，表现出共同的教学困境：(1)物理化学实验原理抽象，逻辑思维性强；(2)实验需现学现用的仪器多。在有限的物理化学实验课时内，要求学生掌握实验原理、实验方法、仪器使用方法、数据处理，完成实验任务，学生感到困难。将物理化学实验教学分散录制成微课[3]，将微课教学视频上传到雨课堂平台[4]，借用翻转课堂优势[5]，采用“雨课堂+翻转课堂”教学模式，将传统的“教师实验课堂讲解”移至课前，课堂解决学生提出的物理化学实验中的问题和完成实验任务，提升学生的学习效果，解决物理化学实验的教学困境。

1 物理化学实验的教学困境

1.1 物理化学实验原理抽象

物理化学实验原理抽象、公式多，这些公式都有特定的应用条件。以“凝固点降低法测定蔗糖摩尔质量”为例，尽管实验做完了，学生数据处理也正确，但问学生“为了提高实验的准确度，是否可用增加溶质浓度的方法?”，学生不会从“凝固点降低是稀溶液的一个依数性”原理去分析回答问题。学生能够用外推法求ΔTf，可是当问学生“如不用外推法求凝固点，一般ΔTf会偏大还是偏小?”，学生却回答不出来。在物理化学实验中，大多数学生只会“照方抓药”地操作实验，根本不会从实验原理分析问题。

1.2 物理化学实验需现学现用的仪器多

物理化学实验需现学现用的仪器多，学生预习时只看教材文字描述，很难掌握仪器的操作方法。水饱和蒸汽压的测定需要用到真空泵、真空稳压包、饱和蒸汽压测量仪；乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定需要用到电导率仪；挥发性双液系沸点-组成图的绘制需要用到沸点测定仪和阿贝折光仪。物理化学实验中有些仪器的讲解需要的时间长，例如蔗糖水解反应速率常数的测定需用到的旋光仪。如果按传统教学课堂讲解旋光仪原理、使用方法、三分视界(三分视野视场亮度相一致的暗视场，图1中B时读数)和读数(图1中F旋光仪读出的旋光度为+9.30°)，仪器现学现用，又必须讲解实验原理和数据处理，学生一下子难以掌握。

图1 旋光仪三分视界和读数

2 雨课堂平台的物理化学实验微课

在物理化学实验原理、仪器使用方法学生学习困难处，设计微课，突破物理化学实验教学困境。物理化学实验原理的微课，采用雨课堂4.1版语言+ppt屏幕录屏，并在雨课堂平台配备一定量典型习题。仪器使用方法的微课，采用语言讲解和操作示范，直接录像拍摄。每节微课控制时间，精心设计突出重点。例如，蔗糖水解反应速率常数的测定实验，实验原理学生感到困难。微课教学中，教师讲解实验原理时结合蔗糖水解方程式，提问①：蔗糖水解反应中H+为催化剂，其浓度在水解前后变化吗？学生回答“不变”。提问②：与蔗糖比较，反应物H2O过量，H2O的浓度可认为不变，蔗糖水解反应的速率由那种反应物浓度决定？学生回答“由蔗糖浓度决定”。提问③：蔗糖水解反应的速率由蔗糖浓度决定，反应为几级反应？学生回答“作为一级反应处理”。提问④：由于反应物蔗糖、产物葡萄糖和果糖均有旋光性，如何测定反应物浓度？学生回答“通过测定旋光度来间接测定反应物浓度”。提问⑤：结合一级反应速率方程，如何推导旋光度与速率常数的表达式？启发、推导旋光度与速率常数的表达式lg(at-a∞)=-(kt/2.303)+lg(a0-a∞)，at、a∞分别为蔗糖水解时间t和完全水解后的旋光度，k为速率常数。提问⑥：如何求速率常数k？学生回答“lg(at-a∞)对时间t作图线性拟合，由斜率求速率常数k”。蔗糖水解反应实验原理采用雨课堂4.1版语言+ppt屏幕录屏，制作微课教学视频于实验课前发给学生反复学习。

3 “雨课堂+翻转课堂”的物理化学实验微课教学

3.1 物理化学实验课前

如图2，物理化学实验课前教师将物理化学实验微课视频在雨课堂平台发布，将传统的“教师实验课堂讲解”作为实验预习任务，规定实验预习任务、时间和预习要求。雨课堂平台自动记录学生的预习情况，将学生预习情况按比例(如20%)作为实验成绩，调动学生预习实验的积极性。例如，乙醇-乙酸乙酯双液系温度-组成图的绘制实验，可制作3个微课教学视频：①实验原理与实验步骤教学视频；②沸点测定仪和阿贝折光仪使用方法教学视频；③数据处理教学视频。实验开课前，统计预习情况并算出相应得分，统计学生提出的问题。

图2 “雨课堂+翻转课堂”的物理化学实验微课教学

为了检验学生预习效果，教师可根据实验原理、仪器使用方法、数据处理、实验步骤和注意事项，精心设计预习题，雨课堂可提供多种形式的测试题。将预习题上传到雨课堂平台，规定学生定时线上测试，通过测试掌握学生学习的困难。例如，乙醇-乙酸乙酯双液系温度-组成图的绘制实验的预习题：①如何判断乙醇-双液系已达气液平衡？②沸点仪中平衡气相和液相如何取样？③测定气相和液相折光率时为什么要将待测液冷却？④一次气液平衡后蒸馏瓶内液体倒出不彻底，是否影响下一次乙醇-乙酸乙酯双液系样品的测定？⑤乙醇-乙酸乙酯的折光率-组成工作曲线为一直线，理论上两点即可确定一条直线，实验中为何还要进行多点测定？⑥简述用阿贝折光仪测定样品折光率的步骤？⑦简述阿贝折光仪如何读数？⑧乙醇-乙酸乙酯双液系实验测得的沸点和标准大气压下的沸点是否一致？为什么？⑨如果要测定纯乙醇、纯乙酸乙酯的沸点，蒸馏瓶必须洗净，而且烘干，而测定混合液沸点和组成时，蒸馏瓶则不洗也不烘，为什么?⑩双液系的沸点-组成图有哪几种类型？乙醇-乙酸乙酯双液系属于哪一类？

3.2 物理化学实验课中

物理化学实验课中学生扫码进入雨课堂，课堂上教师不再按传统实验课堂教学模式系统地讲解实验原理和步骤，而是重点就预习中出现的疑难问题，组织学生交流讨论，在教师的指导和同学的交流协助中解决实验中的疑难问题和实验注意事项。这部分课堂教学用雨课堂“语音+录屏”，支持教学过程回放。例如测定蔗糖稀溶液的凝固点实验，当析出固体较多时测得的凝固点数据是否准确，实验结果偏大还是偏小?教师引导学生分析：①析出的固体是蔗糖还是溶剂水？学生回答“溶剂水”。②析出的固体多会使凝固点下降(ΔTf)变大还是变小？学生回答“变大”。③引导学生根据蔗糖分子量计算公式M=(Kf×mB)/(ΔTf×mA)，其它物理量不变，ΔTf变大时会使测定结果蔗糖分子量M偏小。

3.3 物理化学实验课后

物理化学实验课后，教师要求学生书写实验报告。实验报告除了实验原理、误差分析、结果与讨论等常规要求外，教师可要求学生用origin软件作图，要求学生上传实验报告到雨课堂，教师在雨课堂评阅和修改学生的实验报告。教师在评阅学生实验报告中发现，有部分学生origin作图不美观，实验报告中物理量没有单位。教师把物理化学实验报告中的问题总结归纳，在雨课堂中以“语音+屏幕录屏”与学生交流，促进学生实验能力更上一层楼。教师也可将优秀的实验报告选出来上传到雨课堂平台，发挥榜样的示范效应。

4 教学效果

采用“雨课堂+翻转课堂”教学模式的物理化学实验微课教学，能解决物理化学实验的教学困境，提升学生的学习效果。调查学生后，“雨课堂+翻转课堂”教学模式的物理化学实验微课教学效果具体表现为：(1)实验预习更具有针对性和有效性。传统物理化学实验教学尽管也有实验预习，但学生在预习时无法把握实验预习的重点和难点，学生对实验教材内容“平均用力”，预习效果差。采用“雨课堂+翻转课堂”教学模式的物理化学实验微课教学，学生反映微课视频中教师“声情并茂”的启发、讲解和演示，比“无声”的实验教材，实验预习更具有针对性；雨课堂可提供多种形式的实验预习测试题，检验和校正学生的实验预习效果，提高实验预习的有效性。(2)课堂讨论学生“成竹在胸”，思维活跃。把传统实验课堂讲解的实验原理、仪器使用方法通过教学视频上传到雨课堂平台，在实验前已经被学生反复学习，又有雨课堂习题的巩固和提高，学生已“成竹在胸”。大多数同学在物理化学实验课中能积极主动参与到教师组织的疑难问题的交流讨论中来，学生表现思维活跃。而传统实验教学中疑难问题的交流讨论，大部分学生无法参与进来，往往“启而不发”。(3)实验操作规范。传统物理化学实验教学尽管也有教师演示实验和操作示范，由于实验时人数多、部分学生短时走神、部分学生记忆能力不强，常常造成老师刚刚完成演示和示范，学生马上实验操作就不规范或错误的问题。雨课堂教师操作演示和示范的教学微课视频可反复观看，学生普遍反映比传统课堂教师“一次性”操作演示和示范的效果好。例如水饱和蒸汽压的测定，传统课堂教师“一次性”现场操作演示和示范后，许多学生在装置安装、实验时多个阀门的开启或关闭时操作错误，而使用雨课堂平台的翻转课堂的物理化学实验微课教学，由于学生能够多次反复观看教学视频，学生操作时没有错误，实验操作规范，实验过程顺利。

5 结语

利用雨课堂平台优势，针对物理化学实验的教学困境，设计微课并上传到雨课堂平台；采用“雨课堂+翻转课堂”教学模式的物理化学实验微课教学，在物理化学实验教学中取得良好的教学效果，学生在掌握物理化学实验原理和仪器使用方法、实验数据处理方法、实验结果分析等方面的能力有显著的提高。