翻转课堂教学法在无机化学实验课中的实践——以离子的鉴定和未知物鉴别实验为例*

苗金玲，于洁玫，朱沛华，杨红晓，陈 洁

(济南大学化学化工学院，山东 济南 250022)

1 翻转课堂介绍与教学目标

课堂教学方法的选择、设计和应用直接关系到学生的学习积极性和对知识的掌握程度，无疑是决定教学效果的重要环节之一。目前已形成的教学方法有十几种[1-3]，每一种教学方法都有其优势，但不是每一种教学方法都有普适性，需要教师根据教学内容选择合适的教学方法。翻转课堂教学法是本世纪初自美国流行起来的、以学生为中心的一种方法[1]。这种教学法经典的做法是学生在课前或课外观看教师的视频讲解，自主学习，教师不再占用课堂时间来讲授知识，课堂变成了老师学生之间和学生与学生之间互动的场所，包括答疑解惑、合作探究、完成学业等，从而达到更好的教育效果。翻转课堂教学法引进中国后，因为学生特点的多样化，经历了本土化过程，呈现多态发展，但以学生为中心的理念均得到体现。

无机化学实验是化学化工相关专业学生的必修课，其教学目的是验证无机化学理论，加深学生对理论内容的认识；展示无机化学知识的应用，培养学生的应用能力；练习实验操作，培养学生的操作技能。此课程一般在大学一年级开设。课程学习效果，不仅关系到本门课程目标的达成度，还关系到学生对后续课程学习的积极性，甚至是对专业的认同和热爱度。因此，这门课的任课教师需要站好岗，守好渠，发挥好主导作用，争取最佳的教学效果。为达此目的，需要从多方面进行精心设计，其中教学方法的选择，无疑是最重要的环节之一。

在教学过程中，我们发现翻转课堂法对于那些实验操作学生已经较为熟练，原理利用无机化学理论知识容易理解的一些实验，非常适用。离子鉴定和未知物鉴别实验正是这样的一个实验，其教学目标是自主运用所学的元素及化合物的基本性质，进行常见物质的鉴别；进一步巩固常见阳离子和阴离子重要反应的基本知识；养成实事求是的科学态度；培养自主探索能力和创新意识；提高团队合作能力。我们将翻转课堂教学法应用于此实验课，较好了达成了教学目标，取得了良好的教学效果。

2 翻转课堂教学实践过程

2.1 教学内容及要求

实验内容为：设计方案，完成下面三项任务[4]：

(1)鉴别三种黑色或近黑色的氧化物：CuO、MnO2、PbO2。

(2)不借用其它化学试剂(水、pH试纸除外)鉴别四种白色固体：SnCl2、BaCl2、Na2CO3、NaCl。

(3)鉴别四种硝酸盐溶液：AgNO3、Pb(NO3)2、Zn(NO3)2、Al(NO3)3。

2.2 学情分析

本实验涉及到的操作包括试管使用、水浴加热、离心操作，这些操作在之前的“仪器认领及简单操作训练”实验中都已经练习过，学生已经熟练掌握。学生已完成无机化学理论知识的学习，有了相关的知识积累。学生需要做的是综合所学知识，用于具体离子的分离和鉴定，设计出切实可行的方案并实践。

2.3 教学过程

图1 教学活动过程Fig.1 Process of teaching activities

为了各种教学活动能够顺利进行，我们依托学校的网络教学平台，创建了丰富的网上教学资源。整个教学实施过程如图1所示。我们以最新一期教学活动为例，阐述教学实施过程。课前教学活动有三部分，首先以宿舍为单位将学生自然分组，每组6～8人。这样的安排有利于学生之间的讨论，也有利于目前的疫情防控。然后，教师在课程QQ群内发布学习任务，要求学生观看线上离子鉴定和鉴别概论的讲解视频和设计要求，查阅无机及分析化学课本和网络资源，以小组为单位设计实验方案，于实验前24 h 在QQ群内提交，并准备课上分享和讨论。教师整理学生方案，制成PPT以备课上展示讨论。

课堂上，教师通过腾讯会议共享屏幕展示学生的设计方案，引导学生以小组为单位讲解自己的设计思路，其他小组参与讨论设计方案的可行性。对于确定不可行的方案直接舍弃，对于不能确定的方案和可行的方案，则进一步讨论实验操作细节，然后进行实验验证，完成未知物的鉴别。如果有小组的设计方案是不可行的，可以参考教师给的方案进行未知物的鉴别。同学们对这种形式的课堂非常欢迎，讨论热烈，气氛活跃。

通过讨论，同学们为第一组三种黑色物质的鉴定，选择了六种可行和较可行的方案进行实验验证，第二组物质的鉴定因为鉴定要求的限制，可发挥的余地不大，设计方案比较统一。对于第三组的鉴定，我们也筛选了四种设计方案，进行了实验确定。

实验结束，学生们对实验验证结果进行汇报。第一组的六种方案中，只有第一种方案(图2A)与预期的完全相同，图2B～图2E方案的实验现象与预期有出入，而图2F方案不可行。出乎我们的预料，图2B方案中未发现PbO2与Na2SO3的明显反应，而PbO2是强氧化剂，Na2SO3是强还原剂，两者的反应理论上容易进行，但即使大量的Na2SO3加入PbO2也未见明显反应，可能是此反应的速率较小。图2C方案中，CuO与浓盐酸反应后的溶液是绿色，而非预期的蓝色，可能是反应生成的CuCl2进一步与Cl-反应，生成CuCl4-的缘故。并且，PbO2与浓盐酸的反应液因溶解部分Cl2而呈现黄色。图2D和图2E方案都利用了双氧水，双氧水与PbO2的反应产生大量的气泡，并生成红色沉淀，说明PbO2与双氧水的反应，不同于MnO2对双氧水的催化分解，而是发生氧化还原反应生成PbO和氧气，这个反应很少出现在教科书中，学生通过实践获得新的知识，很兴奋，学习热情高涨。有资料阐明PbO2具有一定酸性，可溶于浓碱[5]，但实验过程未见PbO2和40%氢氧化钠溶液反应，甚至饱和氢氧化钠溶液也未明显反应，说明图2F方案是不可行的。

图2 学生设计的第一组物质的鉴别方案Fig.2 Identification scheme of the first group of substances designed by students

第二组化合物的鉴别方案如图3所示，实验证明是可行的，实验和理论得到相互印证。

图3 学生设计的第二组物质的鉴别方案Fig.3 Identification scheme of the second group of substances designed by students

通过教学，学生不仅通过实践学到了课本上没有的新知识，也切实感受到了理论与实践的相互依存关系，理论可以指导实践，但理论要成立也需要实践的支持。课后，教师将切实可行的有新意的设计方案上传网络学习平台，并进行置顶展示，以起到榜样示范作用。学生整理实验设计和结果，撰写实验报告并提交，教师及时批改实验报告，并将实验报告情况反馈给学生，便于学生查缺补漏。

图4 学生设计的第三组物质的鉴别方案Fig.4 Identification scheme of the third group of substances designed by students

3 教学效果、和传统课堂教学的比较

我们将翻转课堂教学法应用于“离子鉴定和未知物鉴别”实验教学已经经历了两个学期的实践，最直观的教学效果是学生的实验报告成绩得到大幅提升。对两个学期132名学生的成绩统计显示，实验报告平均分高达95分，而传统教学法，每年平均分为85左右。让我们惊喜的是，所有学生报告的物质鉴定结果都是正确的，而采用传统教学方法时，总有大约20%学生的鉴定结果是错误的，出错的原因是对鉴定原理理解不透彻。翻转课堂教学，学生的设计方案在课堂上通过充分讨论和验证，学生对问题的认识更加深入，与传统教学方法相比，学生的认识已经高了一个层次，实践起来自然游刃有余。也就是说，翻转课堂教学实现了教学的高阶性。

第二学期课后，我们对64名学生的学习情况做了问卷调查(表1)，从调查结果可见本次教学充分调动了学生的学习积极性，课前和课上讨论参与度均达87%以上。在讨论过程中，学生明确了实验方案、操作更有针对性，自然得到合理的鉴别结论。课堂充分体现了学生的主体地位，学生通过自己的努力，解决了实际问题，获得了极大的成就感，也就对课堂具有较高的满意度。同时正如同学们在实验报告中所总结的，“本次课锻炼了自己对知识的应用能力，促进了对问题的探索和思考，锻炼了交流表达能力和创新思维”。

表1 课堂效果问卷调查Table 1 Questionnaire survey of teaching effect

4 结 语

作为化学化工相关专业的必修基础课，无机化学实验的教学效果至关重要。为呈现灵活多样的课堂，达成教学目标，我们根据各个实验项目的特点，设计了不同的教学方法。对于部分实验内容，我们采用了翻转课堂教学法。本文展示了翻转课堂教学法在“离子分离和未知物鉴别”实验中的应用。该教学法的应用取得了良好的教学效果，在提高学生学习成绩的同时，锻炼了学生对理论知识的应用能力，促进了他们对问题的探索和思考，也培养了他们实事求是的科学精神和创新思维。