基于翻转课堂的无机化学实验教学内容的优化与重构*

郑胜彪，唐 婧，汪徐春

(安徽科技学院，安徽 蚌埠 233030)

实验教学的三大任务就是使学生掌握实验的基本知识、基本理论和基本操作技能。具体到《无机化学实验》课程，就是元素性质验证类的实验项目(基本知识)，常数测定、化学反应速率和化学反应平衡类的实验项目(基本理论)以及无机化合物提纯制备类的操作训练实验项目(基本技能)。这些实验内容根据不同学校的人才培养目标分别编排进验证性实验、操作性实验、综合性实验、设计探究性实验项目中以供教学选择。在建设高水平应用型大学背景下，原有的实验课教学模式已不能充分支撑新的人才培养方案，我校应用化学专业《无机化学实验》课程，结合翻转课堂，对教学模式做了初步的探索和实践。

1 当前我校无机化学实验教学面临的问题

1.1 新人才培养方案对实践技能的要求更高

作为新生最早接触的第一门独立设课的专业实践基础课程，在一开始就严格地培养学生良好的实验习惯和正确规范的操作技能至关重要[1]。基本实践技能的规范扎实掌握，也有利于后继设计探究类、创新类实践课程的更好开展。尤其是在建设地方高水平应用型大学的背景下，我校新修订的人才培养方案对学生实践技能的要求越来越高[2]。学生熟练规范的实践技能一方面离不开实验教师的细致指导，另一方面也需要增加学生在实验课堂内的有效训练时间。

1.2 新人才培养方案中基础实践课程学时减少

在建设地方高水平应用型大学的背景下，人才培养方案里的无机化学实验学时不断被压缩，由上下两学期64学时到现在48学时。实践操作技能的提高需要一定量规范训练时间的保证，在总学时减少的现实情况下，可能的教学选择就是，为了保留操作训练类的实验项目，只能把一些实验基本操作技能训练少的验证性实验项目减少或者删除，即便如此，也难以达到新人才培养方案中对实践技能的更高要求。

1.3 课程知识系统性、完整性面临的挑战

无机化学实验与理论课程既有联系，但作为独立设课的实验课程也有自己完整、系统的教学内容体系和教学目标。无机化学实验的基本知识(元素性质验证实验的各种现象)、基本理论(酸碱解离平衡、沉淀溶解平衡、配位平衡和氧化还原平衡等)和基本操作技能(各种玻璃仪器、pH计、光度计等仪器的规范操作)构成了无机化学实验的教学目标，三者系统完整、缺一不可。化学基本知识是支撑基本理论的基础和证据，基本理论是基于基本知识(各种化学现象)的抽象总结，而基本技能又是正确完成实验的根本保证。比如元素化合物验证性实验项目里，(氧族与卤族)、(硼、碳、氮族)、(铬、锰、铁、钴、镍)等实验项目所涉及到的化学反应现象等基本知识，与氧化还原平衡理论、沉淀溶解平衡理论等基本理论密切相关，并且彼此印证。在总学时减少的现实下，为了加强实践技能的锻炼，在原有的实验教学模式下，可能的选择就是删减实验项目，这就必然破坏了无机化学实验课程教学目标和教学内容的系统性、完整性。

2 实验教学内容的优化与重构

在保证课程知识系统性完整性的前提下，在更少的教学课时内提高学生实践操作能力，是当前我校无机化学实验教学所面临的难题。胡敏[7]、李健军[8]、李海霞[9]、高秀文[10]等尝试在实验教学中引入微视频、利用QQ群信息平台，以提高实验课教学质量，也取得了较好的教学效果，给我们有益的启发。但是这些探索，没能够从信息化新技术的视角来系统地优化和重构实验教学体系和实验教学项目，并不能够完全解决授课学时减少与实践技能提高之间的矛盾。

近年来，“翻转课堂”教学模式兴起，运用网络信息手段，共享丰富的网络学习资源，可以不受时间空间限制学习交流。但是“翻转课堂”更多地应用在理论课程的教学中，实验实践课程的教学应用还很少见。2018学年安徽科技学院化学与材料工程学院应用化学实验室，借助超星学习通APP平台首次尝试把“翻转课堂”应用到《无机化学实验》课程的实践教学中来。通过结合超星学习通APP的使用，启发我们可以借鉴智慧课堂建设模式，根据实验项目负载的教学目标任务，梳理、优化实验教学内容，调整、重构实验教学项目，结合线上线下、课内课外教学模式，布置课外线上学习任务，增加学生课外学习时间，合并操作简单的实验项目，建设“翻转课堂”专题，把有限的课堂教学时间用来强化训练学生掌握正确规范的实践操作，从容化解实验教学课时有限和操作训练不充分之间的矛盾，取得了较好的教学效果。

2.1 基本知识与操作技能教学目标的梳理

要基于翻转课堂视角充分利用信息化新技术和网络平台，优化、重构实验教学内容和教学过程，首先要对无机化学实验课程的教学目标有明确的认识，梳理不同实验项目所承载的知识和技能的教学任务(见表1)。

表1 实验项目操作技能任务梳理

通过对现有的实验教学项目的化学知识和操作技能这两类教学任务的系统梳理，我们发现部分验证性实验项目中操作技能较少且重复。在这些实验项目里，操作技能上主要涉及到的试管、胶头滴管的正确使用等简单操作，可以通过多媒体课件形象展示，在一个专题里充分讲解演示，学生能够快速掌握；实验项目里涉及到的化学基本知识和化学基本理论可以通过网络平台，要求学生在实验课前线上学习课件，在实验课堂内进一步通过实验现象的验证，加深学生对于这部分基本知识和基本理论的认识和理解。

2.2 “翻转课堂”专题实验项目的建设

基于以上基本知识和基本技能的梳理分析，我们建设了三个实验项目“翻转课堂”专题：“四大平衡”基本理论实验专题；主要元素性质验证实验专题；元素性质综合运用实验专题(见表2)。如表2所列，每一个专题都将包含2～3个原有的化学基本知识的验证性实验项目，这些验证性实验项目的教学重点是元素性质知识，包含的操作技能很少，可以将原本8个实验教学项目合并成三个专题，在不减少验证性实验项目的基础上，通过学习通App，要求学生提前在课下线上自学，在一次实验课的时间内完成实验操作的学习任务，提高学习效率，更多的课时用来强化技能操作训练，切实提高实验技能训练的教学效果。

表2 建设的三个“翻转课堂”专题

在第一专题里，我们把(酸碱解离平衡和沉淀溶解平衡)、(氧化还原反应和电化学)、(配位反应和配位平衡)合并为一个“翻转课堂”专题，称为“四大平衡”基本理论。把相关实验项目的原理、内容、注意事项等上传到学习通App里，安排学生提前课下线上自学，通过学习课件、观看视频以及正确回答相关的检验问题之后，再来到实验室里通过实验操作观察现象，总结规律，得出结论。

类似地，我们把(氧族与卤族)、(硼、碳、氮)、(铬、锰、铁、钴、镍)合并为主要元素性质验证“翻转课堂”专题。把(常见阴离子的分离与鉴定)、(常见阳离子的分离与鉴定)合并为元素性质综合运用“翻转课堂”专题。

这三个实验项目“翻转课堂”专题，在学习通APP里以学习任务的形式发布，每个专题安排1课时以上的课外线上自学，学生通过对学习课件、观看视频完成实验的预习，正确回答相关实验的问题之后才可以申请进入实验室完成相关实验项目。这就把可以在课外线上完成的学习任务从紧张有限的教学课时中剥离出来，而且还可以把前期合并删减的实验内容给丰富充实起来。

这三个专题的实验内容，主要都是化学实验基本知识与基本理论的范畴，对于操作技能的训练很少，但是又与理论课程联系紧密，是知识系统完整性必不可少的一部分，占用了一定的课时。通过建设“翻转课堂”专题实验项目的方式，可以把节省出来的课时用于加强化学实验基本操作技能的训练，提高学生动手操作能力和规范性，为设计创新探究课程打好基础。

2.3 优化与重构实验教学体系和教学过程

通过建设三个“翻转课堂”专题实验项目，可以合并操作相同的性质验证性实验，有效地利用实验室内的教学课时，用于强化基本操作技能训练的实验项目。通过学生课外线上自学，减少教师课堂讲解时间，提高课堂有效训练时间，增加操作示范与指导时间，提高学生掌握实践技能的水平。优化重构后的无机化学实验，总课时由56减少为48学时，但是实践操作技能训练的实验项目没有减少，占比由原来的40%提升到56%，更重要的是，每个学生可以针对自己的不足，有针对性的选择学习观看录制的操作视频，满足学生个性化的学习需求。优化重构后的实验项目如表3所示。

表3 优化重构后的实验项目

在教学过程上，课前教师提前制作好实验课件，上传相关的学习资料，录制操作步骤视频并上传学习通平台，提前一周在学习通APP里发布学习任务，学生在课前线上通过对相关实验项目的课件、操作视频、文档的学习，理解实验原理，注意实验的安全注意事项，正确回答相关实验的问题之后才可以申请进入实验室完成相关实验操作内容；在实验课堂里，教师主要是巡视指导学生实验操作，现场解决学生实验中的问题，更多地和学生沟通交流，不再花费大量时间去讲解原理、步骤等内容，学生在实验课堂里练习规范的操作技能，观察实验现象，记录实验结果和数据；课后，教师反思实验教学，持续改进双眼课件和资料，改进实验操作视频，批改学生实验报告，学生在课后实验现象解释，处理实验数据，完成实验报告。具体教学流程如图1所示。

图1 实验“翻转课堂”教学流程图

经过近三年的教学实践，利用“翻转课堂”开展实验课的教学模式，不单可以在总学时减少的条件下更好地训练学生的操作技能，而且激发了学生对实验学习的兴趣，提高了学生课外线上学习时间，提高了学习效率。

3 结 语

通过建设线上“翻转课堂”专题实验项目，有效整合优化实验教学内容和实验项目，借助超星学习通APP平台，制作课件、录制视频，发布学习任务，让学生在线上利用课外时间预习、学习实验原理和注意事项，观看操作视频，在课堂内教师更多地关注学生实验操作的规范性，有利于提高学生操作技能。通过重构与优化无机化学实验教学内容和教学过程，充分利用课内课外的学习时间，线上线下的学习平台，进一步提高创新人才的实践动手能力，探索新的实验课程教学模式，更好地支撑高水平应用型大学人才培养方案。