“普通化学”微课教学的方法设计与思路探讨

2022-02-12任凌霄张东平

化工时刊 2022年12期

任凌霄张东平徐威

(南京工程学院环境工程学院，江苏南京 211167)

随着社会发展和科技进步，信息化技术取得了长足发展并带动了教育方法的革新，教育技术与教学融合正呈现协同发展的趋势。一方面，教育技术发展会提高教学效率、促进教学改革，并使教师在实践中创新教学理论；另一方面，教学理论的深入研究会加深人们对于教育技术实效性和发展方向的思考，并进一步促进技术的推广和应用[1]。

微课是当前我国教育信息化发展的热点，它是指“为支持翻转学习、混合学习、移动学习等多种新型个性化学习方式和网络教研方式，以短小精悍的教学视频为主要载体，针对某个知识点或教学环节而精心设计开发的一种数字化学习资源包”[2]。尽管高校微课教学的快速发展有其时代背景和切实的现实需求，但是也有一些人对其存在质疑，比如微课会导致知识碎片化、微课的教学效果缺少统一评判标准等。本文基于“普通化学”课程中的电化学章节中的原电池内容，通过实际微课教学过程中的学情和重难点分析，开展翔实的教学设计与思路探讨，为相关学科的教育技术发展和教学改革提供参考。

1 从不同角度明确教学目标

1.1 知识目标

使学生明确传统原电池和双室原电池的基本结构，掌握判断原电池正负极的三种方法；使学生明确锌铜原电池以及其他不同类型原电池的工作原理，能够准确描述电流和电子的运动方向；使学生清楚盐桥的重要作用；初步知晓当前电化学的国际研究热点。

1.2 能力目标

学生能够了解典型原电池案例中的技术瓶颈问题，以及生态可持续发展方面的方针政策和管理条例；提高学生开展电化学方面工程设计的知识水平和实践能力。

1.3 情感目标

激发学生对电化学和相关技术难点的深度认知和学习热情；理解原电池在新能源开发和我国生态文明建设进程中的重要性。

2 开展科学全面的学情分析

2.1 教学对象分析

在进行正式微课教学过程前，本教学组从已知、未知、能知、想知、怎么知这几方面进行分析，从“以学生为中心”去落实教学理念。首先，“普通化学”是面向理工科相关专业学生的基础课程，而本科生在中学时代对于化学知识也已经有一定的掌握，因此他们具备了必要的理论基础、自学能力和学习方法，乐于接受专业且逐渐深入的知识。其次，尽管很多学生理解大多数化学反应的具体过程，但是对具体科学问题尚缺乏系统机理的理解，而当前高校课程建设趋向实际应用，学生已通过课程实践或虚拟仿真等过程了解到大量日常生活和生产建设的实际工程问题，因此学生们对于实际工作需求的知识更为渴望。最后，在我国大力推进生态文明建设、发展新能源发电的背景下，理工科专业本科生的知识储备需求呈现出新的特点，相关课程需要在内容上紧贴时代需求，激发学生储备相关知识和学习电化学的兴趣和热情，因此教师们在教学载体和形式上需进一步创新。

2.2 授课知识点分析

“原电池的基本组成和工作原理”是理工科所有专业的学生都必须掌握的重要知识点。很多理工科学生在高中时代或其他课程中已经学习了电化学的相关知识，但是它们在知识深度上偏低。因此教学组在微课的设计过程中须在深度上有一定拓展，让同学们切实了解“原电池的工作过程和技术难点”；此外为了符合当前“科学育人”和“培养复合型人才”的迫切需求，教学组也在广度上进行了大量的延展，为学生的后续学习奠定基础。

此时学生已经学习了氧化还原反应，这将有助于他们理解并掌握原电池的本质——氧化还原反应。

原电池的学习难点在于根据实验现象总结电池的内在工作机理。掌握原电池如何产生电流能有助于学生解释身边的诸多电现象，微课可以促使他们形成判断、分析、设计电池的思维模型。

2.3 教学困难分析

“普通化学”多开设于本科生的大一或大二阶段，他们的思维还是受到高中学习的影响，擅长形象思维，学生注意力的深度、广度和持久性尚显不足，因此需要多引入一些形象化的教学资源。然而大量教师仅借助PPT进行机械单向灌输，而忽视了“电化学”章节教学内容概念多、机理深且抽象的特点，这会降低学生的主观能动性和学习效果。

基础化学类课程往往包括诸多化学反应和实验现象，然而目前大多数化学类课程的教学计划中理论课和实验课所占比例仍差别较大，实验课的内容也多为通识理论内容的佐证，而学生们对具有专业特色实验内容的学习热情更大[3]，因此需要以其他形式将基础实验、专业实验、研究性实验、创新性实验等科学灵活地引入教学过程。

“普通化学”课程涉及热化学、电化学、水溶液化学等知识点，还包括与生物、材料等学科的交叉知识点，内容相对繁杂。同时，课程目标之一便是在先行课的基础上，运用物理和数学的有关方法理论进一步研究化学反应的普遍规律，对化学现象从理论上给予更深刻、更本质的说明，一些章节中的公式推导和概念内容相对枯燥。因此，学生掌握知识的过程和实际结果存在较大的差异，传统或者单一的教学手段容易挫伤部分学生的学习热情，而大学里积重难返的评价体系也会影响老师教学改革的积极性，这迫切需要教师增加更多样和更高效的教学方法。

由于本门课程的基础地位，大多数教材的更新速度较慢，某些章节的内容与当前社会的最新发明和前沿成果联系不够紧密，它们未能反映基础理论知识与实际应用产出间的紧密联系。此外，当前“普通化学”教学过程中课程思政内容相对不足，需要教师探索如何将教学过程与思想德育教育有机结合，“润物细无声”地实现课程思政教育目标。

3 基于微课的教学方法与设计

3.1 情境教学法

情境教学法是指在教学过程中有目的地引入或创设具有一定情绪色彩的场景，这些场景通常生动具体并能引起学生的态度体验，从而帮助学生理解所选知识点，并使学生心理机能得到发展[4]，教学组在进行原电池内容微课设计时包括问题情境和实验情境。

问题情境主要体现于微课教学起始阶段，所选场景需体现时效性和普适性，教学组通过引入学生在中学时代就涉及的“柠檬电池”和电动车锂电池的专业拆解过程，激发同学们学习原电池的兴趣，通过对电池的广泛应用和发展前景介绍，激发学生的学习兴趣，引导学生对章节课程目标进行思考。

随后，教学组在模拟实验情景中通过科学的设计进行实际模型构建：将柠檬和小灯泡换为电解质溶液和灵敏电流计，这种方法的可控性更强、适用性更高、更生动有效，也便于系统引出专业术语和科学知识。接着，考虑到学生们对于实验的浓厚兴趣，我们在微课制作过程中采用正交实验设计对多种工况下的实验进行操作和分析，通过不同实验现象引出原电池的工作要素，为学生提供专业知识和学习内容指示。

3.2 多媒体辅助的启发式教学法

将多媒体教学手段与传统教学结合旨在促进学生主动思考、主动探究、主动创造，在较短的时段内成为信息加工的主体和专业知识的评判者。教学组在制作“普通化学”微课过程中将多媒体手段与传统教学策略相互渗透、从而形象立体地展示“原电池”的知识点。但是也需明确，不合理的多媒体组合教学易导致其“娱乐性功能”被放大，并进一步引发学生“缺少独立思考”和“快餐式学习”的弊端，这不利于专业知识的成果产出[5]。

教学组精心选取和设计多媒体教学素材，以优化课堂教学结构为目标，形象生动地为学生提供学习指示。首先以模拟实验弥补理论教学无法深入实验室的缺陷，通过仿真动画直接展示单室和双室原电池，在此过程中引出教学重难点。教学过程侧重启发和互动，在此过程中引导学生主动思考和分组讨论，并在随后的教学中对学生的总结给予回应。在这个过程中，微课能自然地将多媒体以组合模块化的形式展现出来，并避免学生长时间阅读文字产生的视觉疲劳。结合教师的讲解、归纳和引申，可以实现“实物-虚拟-教学”的统一，从而正确引领学生思维，而非是简单地将书本知识电子化[6]。

3.3 小组合作自主探究教学法

微课教学容易使部分教师产生过分依赖课件并忽视学生探究能力是否提高的反馈，而一部分学生也会陷入“填鸭式信息”的误区。为了解决教学过程中的种种不足，小组合作自主学习模式是高校课程改革中所倡导的有效学习手段，但是传统课堂教学中的“小组合作学习”常呈现形式主义过重的特点[7]。

针对上述问题，本教学组在微课教学过程中做到“以学生为中心，加强小组学习实效性，让专业课程的课堂焕发出生命活力”，具体方法包括如下几点。

科学构建合作学习小组：教学组会综合考虑知识基础、学习能力、学习态度、个人性格特点等因素，尽可能让不同层次的学生均匀分配在各个组内，这样有利于形成互帮互助、彼此鼓励和监督的氛围；同时，在合作过程中需要明确学生角色、强化个体责任。

明确并优化学习规则和要求：学生课前准备不足往往是导致课堂混乱的重要原因，而微课具有短小精悍、结构主题情景化的特点，因此教学组会要求每位同学在课外充分自主预习微课内容、初步形成自己的“专业思想”，从而避免课上讨论时出现人云亦云和滥竽充数的现象；在组员发表观点时其他成员要学会倾听和二次思考，正式讨论交流应当聚焦具体问题并在教师暂停或讲解结束后进行；同时，本教学组在正式授课时尽量营造平等愉悦的讨论环境和民主宽松的学习氛围，充分发挥个体探究能力。

通过科学的评价机制和适当的重点讲解积极引导：鉴于一些教师在课程资源建设中常存在的“重建设、轻应用”的不足，本教学组在微课教学过程中认真总结微课的应用价值和教学模式，将教学过程分为自学探索课和讲解点拨课；在此过程中教师小结对于分组探究具有画龙点睛的作用；此外，电化学章节中的很多知识点和问题都是开放性的，相互展示和评价能促进学生们进一步开拓思维、深化对专业知识的理解。

3.4 课程思政融入法

近年来我国大力开展课程思政建设[8]，高校和教师们也已进行了大量课程思政改革工作，目前仍有一些亟待解决的问题。如相比于人文学科，教师们对于如何在自然科学类课程教学中挖掘思政点尚存疑惑，关于如何站在“政治性与学理性相统一，价值性和知识性相统一”的角度将专业知识与思政元素融合也不熟练；而当前许多教师的课程思政教育也更多地停留在“浅层次教育”[9]。本教学组在进行电化学章节原电池内容的微课教学过程中紧密结合核心知识要点、典型工程案例和内在思政元素，遵循基于学习产出的教育模式(OBE)[10]，遵循“扣紧培养主线、聚焦培养目标、融合培养资源”的步骤，将思政元素潜移默化地融入教学。其中，“扣紧培养主线”是指在化石燃料污染较大和国家不断鼓励新能源技术的背景下，能引导学生树立“学习原电池可以更好地发展技术、改善民生、保护环境”的正面价值观，不断增强他们的生态文明意识。“聚焦培养目标”是指本教学组在进行原电池内容微课教学时严格参照环境工程专业人才培养方案，具体包括问题分析能力、工程和社会能力、环境和可持续发展能力，充分调动学生的学习热情和积极性。“融合培养资源”是指本教学组充分发挥课堂教学育人的主战场作用，在传授专业知识的同时挖掘通识课程的育人内涵，力求促进学生能力培养和价值引领的有机统一和快速推进。为了实现这一过程，我们在教学中不断积累资源并形成独立的专业知识库、工程案例库和思政元素库，并在微课制作和教学过程中整合资源。

教学组在采用上述四种主要教学方法时，始终站在学生的角度进行思考，注意系统设计和整体推进。此外，微课教学也遵循学生掌握知识过程“由浅入深，循序渐进，由感性到理性”的认识规律，将原电池的知识分层优化学习，提高学习效率。同时，教学组在微课教学过程中虽然提出了大量的思考问题，但是同学们均能在视频中找到相应的答案或解答过程，让学生清晰感受到学到的知识，易于他们及时反馈学习成果。

4 教学总结

4.1 教学素养

教学组深刻认识到专业课在内容和形式上不能是课本的简单复制，而是需要考虑到专业知识的具体用途。尤其电化学知识是生态文明建设背景下学生的迫切需求，这要求教师构建更加贴近实际和深入机理的知识体系，更好地为学生营造学习场景和知识框架。这对教师的专业素养要求较高，因此教学组的老师会经常深入工程一线，关注新技术和相关政策，讲授当前形势下最贴近实际应用的知识。

4.2 教学理念

微课教学不能简单依赖视频放映，教师们要对微课的产生背景、核心本质、优势短板、发展趋势等问题进行必要的理性思考和实践探索。我们在教学过程中要改变“线上教学是简单的课堂实录”的观念，而是要将微课作为课程改革的“新战场”和学生发挥主观能动性的“根据地”。此外，在微课教学过程中我们要从微课走向微课程，在每个章节从聚焦单个知识点的片段视频走向专题课程的开发。