线上线下混合式教学模式在高校化学实验教育中的应用

摘  要：全新时代下的经济发展让各行各业都面临着创新改革的挑战，高校教育中的工科人才培养也一样，为了更好地应对教育发展要求，需要借助“互联网+教育”模式，将线上线下混合式教学模式应用到高校化学教育中，成立精品资源共享课。文章以高校化学实验教学为例，探究线上线下混合式教学模式的具体应用。

关键词：线上线下;混合式教学模式;高校化学;教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）06-0112-04

Abstract： The economic development in the new era has challenged all trades and professions to face the challenges of innovation and reform. Similarly， the training of engineering talents in higher education is also the same. In order to better cope with the development of education， we need to use the Internet plus education mode to apply the blended teaching mode of online and offline education to the chemistry education in colleges and universities， and establish a resource sharing course. This paper takes the chemical experiment teaching in colleges and universities as an example to explore the specific application of online and offline hybrid teaching mode.

Keywords： online and offline; hybrid teaching mode; college chemistry; teaching reform

高校教育在全新經济时代下面临着转变教育模式的重要课题，需要基于以生为本的原则，发展以学生为中心，以培养综合型人才为目的的全新教育模式。因此有必要跟随信息时代发展步伐，基于先进的教育理念和科学教学技术探索以学生为中心的线上线下混合教学模式。

一、大学化学课程开展线上线下混合式教学的研究背景分析

在大数据时代背景下，互联网技术的出现和有效应用让愈来愈多的线上开放课程、在线视频课程和高质量共享课程等出现在教育领域中。各种形式的线上教育与共享资源冲击着传统教学模式，为了更好地适应社会发展，满足当代学生学习需求，传统课堂教育有必要进行改革，于是线上线下混合式教学模式就出现在了大学教育阶段，该模式有效结合了网络教学和传统课堂面对面的教学方式。混合式教学模式在大学化学课程中的应用为专业性人才的培养奠定良好基础[1]。将混合式教学模式应用于大学化学教育的目的是为了构建精品资源共享课程，以在线的方式录制大学化学基础实验的基本内容，进而让学生获得自主学习、复习的高质量教学资源，这也是符合现代化教育发展基本要求的做法，同时还能深度融合线上教育与传统课堂教育。

此外，并不是所有学生都能快速跟上大学讲课节奏和步伐，这些都成为了影响整体教学质量的因素。有效实现化学专业教学模式改革，就要从传统教学模式入手，在保留传统课堂授课模式优势的前提下，将线上授课方式合理地融合进去，构建线上线下混合式的全新综合教育模式，致力于解决课程学时与课程容量安排之间的问题，让不同阶段学生对知识的需求都能通过精品共享课程得到满足，这也是大学化学教学现代化改革的要求之一[2]。

二、线上线下混合式教学

（一）线上线下混合式教学定义

线上线下混合式教学指的是有效结合传统教学模式与网络在线学习模式的优势，并保证整个教学活动中在线学习部分的占比在30%～80%之间。线上线下混合式教学的具体过程，一方面可助力教师体现引导、启发、监督教学过程的主导作用，另一方面又对学生在学习中的积极性、创造性和主动性体现出了尊重和保护。

（二）在线学习教育平台

线上学习平台是“互联网+教育”的产物，是近年来普遍应用的一种在线课程模式。在线教育环境中出现的真实学习活动与学校、课堂中的真实学习在设计上有着很高的一致性和关联性，所有在传统课堂教学情境中被证实有效的学习策略都可迁移应用到在线学习环境中，助力学生拓展知识、提升能力。

（三）线上线下混合式教学的优势

化学是一门以实验为基础的学科，化学实验混合式教学过程既要让学生掌握化学知识点，还要激发学生对实验学习和具体操作的积极性和创造性。在线上学习平台进行的实验探索环节，可让学生预先了解相关的实验知识，将教师制作的重难点操作视频反复观看后，直接在课堂上进入实验操作、交流讨论和知识拓展环节，在很大程度上解决了学习课时紧张的问题，预留更多的师生讨论空间。

三、线上教学资源及平台的建设

（一）建设预习测试系统并构建题库

预习考试系统的构建要充分考虑到组卷和评判的便捷性，具体有以下几点需要注意：第一，系统管理员和指导教师具有修改题目、导入题库和设置组卷模式的权限;第二，基于对题型、题量以及分值的调整让系统实现自动生成试卷，每位学生的试卷内容不尽相同;第三，以统一管理为目的设置调整考试入场和退场时间[3];第四，系统于在线提交试卷后自动生成测试成绩;第五，学生可自行查看成绩与错题详情，从而进行改正和知识点巩固;第六，教师可随时查看并导出学生成绩进行汇总。

针对系统自动生成测试成绩，题库建设环节的一个注意事项就是确保每个实验主题中的选择题数量不低于30题，系统从中随机选择20～25题让学生进行线上限时测试。与每一个实验项目相关的选择题在内容上一定要全面合理，需涉及实验基本原理和知识、关键实验步骤、实验试剂安全性及操作安全性、实验废液的产生和处理方法、实验风险及防范和实验室应急知识这六个方面，以均衡性原则，每个方面必选3～5题。在合理的考题设置基础上，让学生们通过预习测试进一步加深对实验基本理论、实验仪器、操作步骤以及安全性的理解，强化学生的安全应急处理能力，提升学生绿色化学理念。

（二）确保教学视频资料的制作质量

根据基础化学实验构建高校化学教学微视频资源，将其分为两个不同的类型，一是基本操作，二是实验讲座。

第一种，基本操作。围绕实验项目的主要操作步骤，确定视频单元的重难点，即“基本操作”和“数据处理/制图”，确定好内容框架后设计拍摄脚本。“基本操作”分为无机制备操作和化学分析操作两大板块，无机制备操作涉及减压过滤、取用试剂等小板块;化学分析操作涉及滴定管的使用、容量瓶的使用、分析天平的使用以及移液管的使用等小版块。“数据处理/制图”共由四个板块组成，标准曲线、吸收曲线、ORIGIN制图和EXCEL制图[4]。为了确保操作的规范性和解说的精准性，视频脚本和字幕的设计必须建立在查阅大量资料的基础上。以“移液管的使用”视频制作为例，取液环节移液管下端尖嘴停靠时长以及停靠位置都需要等待多番论证。有一点需要注意，制作“基本操作”视频的校本、剪辑和拍摄等，教师都可以带着学生一并完成。实验讲座板块的关键，在于充分考虑因实验项目更新导致的讲座视频内容过时，同时为了让学生在查询和观看时更加方便，关于“实验讲座”视频的制作一定要对知识点进行分类剪辑和制作[5]。比如，课程教学实验项目中的“反应速率常数及活化能的测定”[6]就可剪成实验原理、测定条件选择、实验内容和酸式滴定管的使用等多个视频。

（三）做好教学课件资料制作与建设

大学化学基础实验专业每学期的开学第一讲主要内容就是安全知识和基础知识，其中还包括课程框架介绍、数据记录与整合以及实验室安全等内容。如若以线下讲解的方式完成不仅会耗费大量的时间，还无法取得满意的开课效果，所以可将其制作成PPT教学课件，明确合理的划分成几个部分：课程简介、学习要求、数据记录与整合。以“二元合金相图的绘制”实验为例[6]，具体的实验步骤有配置不同组成的试样、加热熔融、冷却降温及记录温度等，一般情况下课堂讲解的时长在90分钟左右，当将其制作成教学课件预先发布到校内化学实验教学中心网站上让学生们进行自主预习，将大大节约讲解时间。

（四）建设辅助线上教学的在线平台（如学习通）

为了进一步强化学生的课前预习考核以及实验室管理意识，学校化学专业教师组可合作建设在线平台（学习通），将其以三大菜单模块进行划分，分别为测试系统、用户中心和任务发布，在这三大菜单运营顺利后再增设开发线上实验室安全准入考试、线上预习考试、线上签到-签退或线上整合数据提交与评分等多个系统，这种既能在电脑端操作也能在手机端操作的系统，为化学专业基础实验的教学工作搭建了一条便捷、智能、人性化的桥梁。

四、教学结构设计与教学实践

（一）教学结构

根据课程教学目标设计混合教学模式，如图1所示。

（二）教学实践

1. 课前环节之线上预习

教师要提前三天将有关资源发布在线上学习平台，并提醒学生进行视频预习并完成测试题。教师在线了解学生学情，测试成绩不理想或学习进度落后的学生要进行重新学习和测试，预习过程中遇到疑惑都可在“答疑/讨论”区向教师请教交流[7]。对于一些实验基础较差的学生来说，为了让学生更加透彻地理解实验项目的相关内容，教师可以利用预习环节有目的的引导学生观看讲座视频并做好归纳总结。以“反应速率常数及活化能的测定”实验为例[6]，观看相关讲座视频后回答问题：（1）测定反应速率及活化能的方法。（2）在什么条件下，才能把实验中的反应当作一级反应来处理？（3）如何把反应溶液变成蓝色与H2O2浓度变化联系起来？

学生可根据自身知识薄弱点自行选择刷屏反复观看内容，兼具灵活性和自主性的预习环节让学生学习状态从被动变为主动。例如“C+CO2=2CO平衡常数的测定”实验[6]，具体的实验步骤设计装置安装、检查气密性、通气反应及取气分析等，这是大学化学的一个经典基础实验，实验操作繁琐、步骤多、失误率高，尤其是取气分析时很容易旋错开关而使反应气体中混入空氣，或者将反应后的气体排入空气而导致实验失败。传统教学模式中不管教师多么费心的做演示都难以让学生把握细节，而线上学习平台以推送高清短视频的方式实现了一对一的手把手教学，有效降低了实验失误率。

2. 课中环节之线上监管和线下互动

线上监管与考核：既是为了检测也是为了巩固学生的预习情况，在进行线上讲解前再次进行线上预习考试，时长在8分钟左右，题量在20道左右，比如通过在线平台（学习通）进入考试，提交测试后即刻看到评分和错题。学校可根据实际情况调整线上预习测试在总评成绩中的占比，旨在最大化地激发学生课前学习积极性。

线上数据提交与评分：完成实验后需要学生根据学习平台的提示做好数据录入与上传，交由系统自动评分。执教教师在后期工作中可导出班级学生的实验评分结果，在平日成绩统计中按照一定比例融入进去，另一方面又刺激了学生参与化学基础实验的积极性;另外，还大大降低了执教教师批改实验报告的工作量。

在线教学过程中，教师可使用线上平台的随机选定功能，抽选学生来演示实验操作并讲解实验原理，以此提升学生对教学活动的参与度，同时活跃教学氛围。对于学生讲解不准确或不清楚的情况，教师和其他学生可适当给予辅助讲解与补充分析。这种基于问题推动和角色转换的教学方式有助于让实验教学的重难点更加清晰、明确，让学生更为深刻、透彻地理解并掌握实验原理及相关操作要点[8]。课前的线上预习让课堂实验拥有了更多时间，让教师可以对学生独立实验的细节和流程进行指导，开展细致化的个别指导，更好地保证实验效果。

3. 课后环节之线上辅导

关于线下教学设计，学生对课堂讲解的依赖性随着线上学习资源和平台预习测试要求的出现慢慢减弱，已逐渐养成提前预习的良好学习习惯，大致掌握实验原理、基础知识和操作要点，带着知识储备走入实验室。所以线下课堂教学的设计要打破原有的固定式常规设计，不要重复讲解实验原理和关键实验步骤，最好是设计一些更具针对性的问题，通过小组讨论或自主提问的方式去强调实验的安全要点、关键步骤和知识上的重难点，在节约讲解时间提升教学效率的同时，将更多的课堂时间留给学生，让其开展一些探究式实验项目。

在实验报告的撰写过程中，学生可以通过线上教学平台与教师一起温习基础性理论知识，就操作中的不足及原因展开分析和讨论。教师在线上指导学生如何使用Chem Draw、Origin、Excel软件完成数据处理和关系图绘制，确保实验数据的精确性，同时强化学生对问题进行分析、思考和解决的能力。

五、对教学改革的启示与总结

（一）合理安排板块学习资源以提升访问率

学习平台易用性的提升在很大程度上取决于在线学习板块划分的清晰性以及内容组织的合理性，这些能保证学生更加快速地找到所需资料。针对不同类型的学习资料，教师可按照用途、格式的不同将其划分在对应的模块中。其中视觉型学习资料在自学模块视频资源中占比较高，对课时内容补充材料的视频资源浏览占比却很低，而语言型学习资料中的课时内容补充材料则在视频资源浏览中占比较低。基于这一点，教师可以分散的将视频资料放在对应的自学板块中。

（二）提升学习资源类型丰富性

现阶段的学习资源已不再是从前以报告、书本形式为主的文本性材料，而是直观性的动画、视频材料。学习习惯和学习需求有较大差异的学生群体，他们对学习资源类型的要求也是不同的，要想让学习者拥有良好的学习探究体验，就要尽可能地保证学习资料与学习者需求的匹配性[9]。因此，为了更好地满足众多学生不同的学习偏好，教师最好提供多样化的学习材料，视频图片、图表、流程图、报告、论文等直观性学习资料和文本性学习资料都要包括在内。另外，在线学习平台除了存放讲义，还要将更多生动的应用实例融入其中，进一步激发学生的学习兴趣。

（三）强化学习资料的可视化程度和逻辑性

学习资料组织结构的合理性、逻辑性都将在一定程度影响学生对知识的掌握。有的学生学习习惯倾向于从整体入手再深入到局部，具体来说就是先构建一个整体的知识框架;而有的学生学习习惯倾向于从局部着手慢慢过渡到整体，具体来说就是先进行有逻辑性的具体知识点学习，再逐步构建属于自己的完整知识体系。针对这种情况，教师需要科学组织学习资料，比如通过知识框架、知识图谱形式呈现教学内容，提升学习资料的逻辑性;或者引导学生善用思维导图开展知识梳理和体系构建，助力学生深入理解知识点，有效把握知识整体。

（四）适当增加在线学习小组研讨板块内容

结伴学习所具有的积极作用是不可忽视的，甚至有时会超出教师的指导作用。线上线下混合式教学模式一直就是围绕以生为本的理念应用于教学活动中的，学生个体之间的差异性是客观存在的。活跃型学生更喜欢在小组模式中进行学习交流和讨论，通常会表现出较高的活跃度，喜欢独立思考的沉思型学生也会在小组模式中主动将自己的学习疑问提出来，问题的共享就是推动同伴交流讨论的一个重要因素，小组研讨对学生知识的生成与构建有积极促进作用[10]。在线教学过程中，教师要充分利用开展小组教学的各种功能和工具，引导学生进行同伴互动，同时教师也尽可能地积极参与到互动讨论中，为学生们答疑解惑。

六、结束语

总而言之，线上线下混合式教学模式是一场信息技术与教学的深度融合，通过技术让教学方式和教学环境得到优化和改善，在此基础上开展深层次的教育系统结构性改革，不过这不能完全替代传统教学模式，其只是互联网时代下对传统教学模式的一种辅助和补充。高校化学基础实验课程应用混合式教学模式，有效结合了实验室教学和线上教学的优势，促进了学生科学思维的拓展，提升了学生学习的积极性，同时在线上线下互动讨论中培养了学生的创新能力和自主性学习习惯。

参考文献：

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[2]钱泳君，安雪碧，宋红岩，等.一种线上线下结合的教学系统及其教学方法：CN111507876A[P].2020-08-07.

[3]余瑞金，龚宁，单丽伟，等.线上线下混合教学的无机及分析化学实验课实践与探索[J].广东化工，2020，47（20）：135+129.

[4]邱海霞，杨秋华，曲建强，等.在线课程与翻转课堂相结合的大学化学混合式教学实践[J].大学化学，2020，35（2）：10-13.

[5]秦川丽，范乃英，李光明.高校“化学实验安全”课程混合式教学探索[J].黑龙江教育（高教研究与评估版），2020（6）：1-2.

[6]杨琴，党方方，陈利君.物理化学实验[M].北京：科学出版社，2018.

[7]姚婉清，彭梦侠，曾育才，等.基于移动终端的混合式学习实践探索——以高校实验课程为例[J].大学教育，2020（4）：100-102.

[8]王洪伟，佘希林，孙瑾.信息技术下有机化学线上线下混合式教学初探[J].中国多媒体与网络教学学报（上旬刊），2020（9）：32-34.

[9]張明亮，吴冬青，徐海云，等.关于疫情防控期间高等学校化学类课程网上授课的几点思考[J].河南化工，2020，37（4）：59-60.

[10]马亚杰，于泓，廖志刚.基于混合式教学模式的高校仪器分析实验教学改革[J].知识窗（教师版），2020（2）：35.