SPOC混合学习模式下的有机化学教学实践

尤蕾蕾

摘要：“混合学习”指将传统学习方式的优势和E-Learning（即数字化学习）的优势结合，其中SPOC混合学习模式能与班级化教学相衔接，有利于实现个性化教学目标，提高校内教学质量。有机学习是化学学习中的重要组成，本研究通过构建 SPOC 混合学习的教学模型，调查并分析高中生有机化学的心智模型，以“甲烷”为例进行SPOC 混合学习教学实践研究。关键词：SPOC 混合学习;心智模型;有机化学

文章编号：1008-0546（2022）03-0022-07     中图分类号：G632.41     文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03.005

混合学习是注重发挥传统教学和数字化学习优势的学习与教学方式。《地平线报告》中肯定了混合学习的优势。“互联网+”背景下，混合学习如何与班级线下授课相衔接，是本研究探讨重点，本文以“甲烷”为例，对提升学生核心素养的 SPOC混合学习模式进行探索和思考。

一、SPOC混合学习概念界定

混合学习源于英文的“Blended learning 或 Hybrid learning”。依据ASTD（美国发展与培训协会，2002）混合学习是把不同情境下的学习活动，如面授学习、在线学习、自定步调学习等相结合的学习解决方案。

国内混合学习指将传统学习方式的优势和 E- Learning（即数字化学习）的优势结合，发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用的同时，又要充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性和创造性。

SPOC（Small Private Online Course）即小规模限 制性在线课程，作为“后 MOOC 时代”的一种典型混合学习课程范式，在融合 MOOC 教育思想的同时，也把微课、小众教学、集约化教育等融合在一起，形成了 SPOC 混合学习特有的教育模式。小众教学也与线下班级授课相匹配，能更好地与班级线下授课相衔接。

本研究中 SPOC：Small 指一个行政班级的学生， Private 指班级学生分享、交流内容不对外发布，仅限于班级内部进行交流，教师全程对内容进行关注。 SPOC小众化和限制性的特点有助于提升学生的学习参与度和互动性，赋予学生个性化的、完整的、深度的学习体验，也使教师有更多精力洞悉学生的各方面信息，有利于实现个性化教学目标，提高校内教学质量。

本研究中“SPOC混合学习”是指线下班级授课与线上学习的混合，是自主学习、协作学习、接受学习、发现学习的混合。本研究构建的SPOC混合学习的框架具体见图1。

二、SPOC混合学习教学模型

混合学习教学有网络平台来提供支持，常见的如 MOOC（大型开放式网络课程）、上海市微校平台（https：//smile.shec.edu.cn/）等，但无论何种网络平台，混 合学 习教 学模 型核 心是 一致 的。 Josh Bersin （2002）研究认为混合学习过程主要包含四个基本环节，见图2。

本研究结合混合学习基本环节、SPOC课程模式图等，构建 SPOC 混合学习化学教学的研究模型，见图3。

本模型包含前端分析、学习活动设计、实施评价三个阶段。

前端分析阶段，要从学生认知、化学知识和教学资源三个角度对教学内容进行分析梳理来构建教学，通过探查学生相关知识的认知情况，并根据已有化学知识进行分析，完成教学设计，SPOC 混合学习还需要了解学习者对于在线教学平台的熟练程度、个人对学习的期望、对混合式学习模式的态度，以确定教学起点。

学习活动设计阶段，是混合式学习模式设计的核心内容。学习活动由线上学习活动和班级授课活动两个方面构成，依据前端分析中的教学设计，分析教学目标及知识类型，以确定教学形式（线上或线下）。学生在线上完成教学视频的观看、在线反馈和交流讨论。班级授课时选择“翻转课堂”教学模式，在创设情境的基础上，将重难点和线上交流讨论中的易错点进行小组讨论和解析，通过课堂反馈后进行线上反馈评价。

实施评价阶段，采用多元评价方法，注重形成性评价和总结性评价相结合。结合线上和课堂的学生反馈构建形成性评价。SPOC混合学习教学研究模型聚焦于教师与学生两个主体的主动性，希望通过 SPOC混合学习教学能够激发学生的学习兴趣。

三、重构 SPOC混合学习模式下的有机化学教学

本研究选择有机化学进行SPOC混合学习模式研究，有机化学是高中化学教学中的重要内容，有机化学涉及有机化合物的结构特点、典型有机化合物（如甲烷、乙烯、乙炔、苯、乙醇、乙醛和乙酸）的性质等方面。有机化学知识点多、关系密切，学生容易混淆相关概念。前端分析阶段，首先需要学生相关知识的认知情况，本研究通过对学生有机化学心智模型的探查，来了解学生对有机化学的理解。

1.探查学生有机化学的认知情况

本研究选择静安区重点高二年级3个等级考班级共 56名学生作为研究对象。实施于高二下半学期6 月份，学生已学完高中阶段所有有機概念。利用改编自胡相的《二阶式诊断问卷》来探查高中生有机化学的心智模型及分析其原因。

研究发现，学生的有机化学的心智模型较为相似，基本上能够从结构和性质出发构建心智模型（具体见表1），但是学生往往忽视有机物的来源及用途。其中具有代表性的心智模型如图4。

以甲烷为例，学生的心智模型的统计如表2。可以发现：学生对新知识的建构受其已有知识经验的影响较大，且易出现知识的负迁移现象。例如：学生对取代反应的理解上，学生通常更容易把取代反应的4步根据以往的学习经验理解为反应是分步分别进行到底才进行下一步的。

学生能系统构建从乙烯至乙酸乙酯的概念关系图，但是经常会忽视溴乙烷与其它有机物之间的联系。利用心智模型解决问题的能力有待进一步提高。研究发现以下原因造成有机化学心智模型的差异：

A.复杂而繁多的有机物阻碍了心智模型构建的系统化

学生单独学习各个有机物，但是繁多的有机物、复杂的化学性质、各异的反应条件都使得学生更加倾向于单独构建单一有机物的心智模型，除了教学中多次强调的乙烯至乙酸乙酯的概念关系图之外，其它概念关系图就比较杂乱。访谈中学生表示：“要记忆的 有机物太多了，每个有机物反应也很多，特别复杂。”大部分学生能够构建结构化的心智模型，但建构出的 知识体系会因为知识的缺失造成错误和遗漏。

B.有机物的学习脱离日常生活

有机物在日常生活中随处可见，但是教学及教材中更多聚焦于结构和性质的学习，往往使得学生忽略了“有机物用途”这一个激发有机学习兴趣的关键点，以苯为例，同学们都忽视了苯是常见的有机溶剂，苯在生产生活中的应用也往往被忽视。教学中需要注重化学与生活的联系，加深对知识点的认知，体现有机学习的意义和价值。

C.变式问题解决能力有待提高

有机物结构复杂，对学生的空间思维能力、化学符号表征能力有较高要求。教学中重复对官能团的强化让学生有深刻的印象，但是对于官能团如果决定化学性质的理解还有待提高，学生不能灵活利用结构指导性质的学习。访谈中学生表示：“不太理解加聚和缩聚反应中结构如何变化和乙醇各个反应羟基的断键方式。”

基于对有机化学心智模型的研究，发现有机化学教学中，需要培养学生从结构和信息中寻找相联系、相匹配的概念来解决问题;培养学生从已有的模型进行迁移，从单一物质发展成为一个类别的物质的能力;结构化、模型化的有机化学教学将帮助学生细化心智模型;强化有机化合物的来源与用途有助于完善学生的心智模型。

基于学生心智模型的研究，在 SPOC混合学习模式的有机化学教学设计时，笔者聚焦于模型的构建，也与核心素养中证据推理与模型认知相符。从教材中来分析有机化学学习的模型，沪科版高二教材发现（见图5）：本单元从石油分馏开始，介绍石油馏分中汽油及石油液化气等燃料引出甲烷;所有烃类都从生产生活中实际意义出发，选取代表物进行系统学习后迁移到同类物质。本节课关注培养学生迁移能力，以更好地形成心智模型。

2.SPOC混合学习模式下有机化学教学设计

鉴于心智模型研究，需要构建有机学习的模型，本研究选取有机物“甲烷”，依据 SPOC混合学习教学模型进行教学设计。根据《普通高中化学课程标准（2017年版）》内容标准为“知道甲烷是有空间结构的;以甲烷认识碳原子的成键特点”，学业要求为“能描述甲烷的分子结构特征;能搭建甲烷的立体模型”。根据《上海市高中化学学科教学基本要求》属于“14.1甲 烷与烷烃”，要求：甲烷的分子结构（B）;甲烷的物理性质（A）;甲烷的化学性质（B）。

学生在初中化学已学习甲烷的化学式、可燃性及存在，高一化学键的教学中对甲烷的电子式和结构式的一定认识。学生已系统学习元素化学，对物质结构有初步认识，但是学生没有建立空间立体的构型，对取代反应等有机反应非常陌生。本节课学生重点学习甲烷的空间构型和取代反应，并为之后乙烯、乙炔等有机物的学习形成有机学习思路。

基于 SPOC混合学习模式对知识进行梳理，将已学习过的知识、描述性知识通过制作教学视频，让学生线上进行学习;班级授课聚焦于重难点知识和科学探究。

甲烷作为第一个系统学习的有机物，需要明确有机物学习思路，即“有机物意义→有机物结构→有机物化学性质（化学方程式书写）→有机物用途”并结合微观探析、宏观辨识、符号表征进行学习。SPOC混合学习模式下本研究教学设计与流程如图6。

四、SPOC混合学习模式下有机化学教学实践

本教学设计中依据有机物学习思路，从有机化合物的来源与用途结合真实情景，故选择可燃冰开采意义出发，通过可燃冰稳定存在来分析甲烷结构→对比甲烷大气含量低来探究甲烷的取代反应→最终讨论可燃冰开采现状与挑战，再分别迁移到烃类燃烧化学方程式、烷烃结构特点、取代反应特点等有机反应特点，最后归纳烷烃结构和化学性质，具体见图7。

1.SPOC 混合学习下有机化学教学过程

【线上学习】上传“甲烷”微课教学视频到线上学习平台，回顾甲烷的存在、物理性质和可燃性;并教授“可燃冰”的构成、存在及形成;甲烷热化学方程式及 燃料热值的含义;甲烷的稳定性（不与酸性高锰酸钾、氢氧化钠、HCl反应）;甲烷的取代反应。

【班级授课】

模块1：可燃冰开采的意义

【引入】新闻：《中国油气产业发展分析与展望报告蓝皮书（2018—2019）》显示：我国油气消费持续增长，2018年超过日本成为世界最大天然气进口国。继2017年我国成为世界最大原油进口国之后，2018年又超过日本，成为世界最大的天然气进口国。如何解决常规化石燃料短缺的困境。

【学生活动】结合甲烷的燃烧化学方程式和课前测试的计算数据来说明甲烷是一种高效清洁的燃料。

设计意图：通过运用定性和定量的数據，让学生进一步理解甲烷是一种高效清洁的能源，让学生学会分析的科学方法，开展化学学习。

模块2：甲烷的结构探究

【化学史话】道尔顿发现了甲烷，奥斯汀通过燃烧确定并计算得到 CH 的个数，范霍夫探究了甲烷的结构。

【过渡】可燃冰在南海的稳定存在，体现甲烷的稳定性，从原子结合方式探究甲烷空间结构

【学生活动1】搭建甲烷可能的分子结构

【学生活动2】搭建一氯甲烷、二氯甲烷可能的结构

【实验验证】测定二氯甲烷的熔、沸点的实验和X 射线衍射实验

设计意图：通过学生自主搭建甲烷分子模型，从键角、二氯取代物等多角度论证分析甲烷结构的可能性，最终结合史料，实验确定甲烷的空间结构。让学生了解化学工作者不懈的努力和通过实验对化学原理的不断探究。搭建甲烷分子模型过程中，通过不同组之间的交流形成甲烷正四面体和平面四边形两种可能的结构，培养学生分析及交流的能力。

模块3：甲烷的取代反应

【学生活动3】在分析取代反应现象的基础上，小组合作设计实验方案证明取代产物中含有HCl。

方案1：将氯气吸收，在将HCl气体通入AgNO3溶 液，若产物白色沉淀，则含HCl

方案2：做氯气溶于水的空白实验，若酸性较强，则含HCl，通过DIS实验进行验证。

反应中有 HCl 产生，HCl 中的 H 原子由谁提供？ Cl原子由谁提供？从元素原子的角度分析，推测另外一个有机物。

【化学故事】1953年，美国诺贝尔奖得主米勒模拟原始地球的条件和大气成分，利用甲烷、水、氢气、氨气，在高温、紫外线及雷电的条件下，经过长时间形成了氨基酸和蛋白质，氨基酸和蛋白质是生命的基本组成。请结合米勒的实验，总结有机反应特点。

设计意图：通过学生设计实验探究取代产物中是否含有HCl，即HCl 中含有 Cl，通过定性和定量DIS 实验，使学生养成辩证看待物质变化的习惯，并培养学生通过定性与定量并重，分析与综合的科学方法，开展化学研究。最后进行微观分析，从宏观和微观角度对取代反应进行分析，得出结论。

模块4：可燃冰开采现状与挑战

【情景1】根据甲烷的取代反应，分析制备氟利昂的原理和反应类型

【情景2】2017年5月10日至7月9日，由国土资源部中国地质调查局组织实施的南海可燃冰试采工程取得完满成功。连续试采60天，累计产气超过30万立方米。此次试采成功表明，我国在可燃冰开采理论、技术、工程和装备等方面居于世界领先水平。

【提问2】若可燃冰的日开采量超过10万立方米，便可用于商业化。但现阶段开采仍面临着挑战，你认为在开采过程中应考虑哪些因素？

设计意图：通过取代反应的应用，让学生了解氟利昂及其危害，树立关爱环境和可持续发展的观念。了解到我国在可燃冰开采理论、技术、工程和装备等方面居于世界领先水平，我国科学家为开采可燃冰做出的贡献。通过分析可燃冰开采的挑战，了解到发展可燃冰之后的困境，培养学生进一步学习并了解我国相关工艺和技术。

模块5：课后作业

1.线上完成巩固测试题

2.进一步利用微课进行学习

（1）合格考：甲烷的物理和化学性质

（2）等级考：烷烃的物理和化学性质

（3）拓展视野：空间构型与物质性质之间的关系

3.基于SPOC混合学习的有机化学教学实践研究笔者根据高二阶段测试成绩作为前测，从高二年级选择2个班级（共56人）进行教学实践研究，所选班级的学生学习水平、学习状况基本相当。其中一个班级实验组，另一班级为控制组。笔者在实验结束后，以自编试题为后测，来测定学生对教学内容的掌握程度。

本实验的自变量为“SPOC 混合学习”的教学，实验组采取“SPOC混合学习”教学，对照组采取常规教学。干扰变量控制包括：1.学生性别，实验组和对照组男女生比例相当;2.教师情况，实验组与对照组为同一教师授课。

在前测中对学生情况进行描述统计、F检验和t检验后，方差均不存在显著性差异，说明对照组和实验组在“SPOC混合学习”教学实验前学业成绩上没有显著性差异。

经过教学后进行后测，发现对后测进行 F 检验， p=0.3601>α=0.05，表示方差不存在显著性差异，再进行T检验（等方差假设）后，t统计量平均值为1.7454，对应概率p=0.0427<0.05，故能拒绝零假设，因此在被试样本中，这两个样本在0.05的水平上有显著性差异，说明实验组在进行“SPOC混合学习”教学实验后学业成绩上发生了显著性的改变。

通过对对照组和实验组的比较，可以得出“SPOC 混合学习”教学实验能有效地提高学生成绩。

五、结语

从核心素养层面而言，SPOC 混合学习提升了本节课的容量和思维方式，培养了学生“宏观辨识与微观探析”“科学态度与社会责任”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”等核心素养，具体分析见表3。

SPOC混合学习，充分关注了学生的已有知识，通过对已有知识的回顾，将课堂教学翻转。通过关注学生探究能力的培养，通过学生自己设计取代产物中是否含有HCl 的實验方案，对原有的知识进行迁移的同时，培养了学生的辨识问题解决能力。

甲烷作为第一个学习的有机物，要同学们感悟到有机物与无机物的区别，让学生感悟到有机物与生命的关系和有机学习的意义。SPOC混合学习中大量的素材帮助学生丰富认识，通过对可燃冰开采的意义和开采现状与挑战，甲烷作为生命构成的最简单物质与生命关系的介绍，让学生们理解有机物，了解有机物在日常生产生活中的应用，形成与环境和谐共处，合理利用自然资源的观念，认识学习有机物的意义。利用地理、生物的知识进行跨学科知识的迁移。

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