物理化学实验线上线下一体教学实践

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摘要:信息化网络时代，科技日新月异，催生了许多的网络教学平台，使得线上线下混合教学模式得以蓬勃发展。探索将线上线下混合教学推广运用至到物理化学实验的教学中，培养学生的学习自主性，实现以教为主向以学为主的变革。混合教学的模式使得学生的自主学习能力得以锻炼，还加强了他们认真、严谨的科学素养，创造了积极的课堂氛围和良好的教学效果。

关键词:以学生为中心;线上线下;物理化学实验

物理化学实验是许多综合类、理工类、师范类普通高等院校和高等职业院校开设的一门专业基础实验，覆盖了化学、应用化学、化学工程、材料科学、生命科学、食品科学等诸多的专业。物理化学实验与物理化学理论课程相配合，是物理化学理论课程不可或缺的实践、运用和拓展环节。通过物理化实验操作，使学生巩固物理化学知识的基本理论，使学生接受科学的实验研究方法训练，为日后的从业工作或者继续深造培养锻炼严谨的科学思维、科学作风。因此，物理化学实验课程在化学化工类等相关专业人才的培养中发挥着非常重要的作用。

1物理化学实验教学实践中遇到的问题

传统物理化学实验课程遵循的基本教学模式是:学生首先在课前时做好实验预习工作，然后在课堂中听教师的讲解或看教师的演示实验操作，而后再由学生自己独立或分组完成操作并数据记录，最后课后学生们处理实验数据并完成实验报告，提交给教师并由老师评阅实验报告并给出成绩。在多年的具体教学过程中发现，基于传统教学模式的物理化学实验教学突显出一些问题［1－4］。1)物理化学的理论课程和实验课程是不衔接，非同步开展。物理化学教研室承担的物理化学理论课程和实验课程是分别开设，常常由物理化学课程组里不同的老师分别授课。理论课程教学内容相对均匀地安排在一个学期内，而实验课程往往集中安排在一个学期的特定几周，造成物理化学的理论课程和实验课程严重脱节。典型的是，有些实验项目的理论原理知识还没有学习到就已经提前安排了，而有些实验项目很久之后才安排实验操作，虽然所对应的理论原理知识部分已经教学完成。2)实验场所有限、仪器设备短缺。受经费和场所的限制，每个实验项目所需的专业实验仪器有限。为了实验课程的正常、高效运作，一个学期所安排的八个物理化学实验项目分散到四个实验室中，每个实验室安排两个实验项目。每次实验课时八个实验项目同步开展，而学生进行分组操作，一组学生一次实验课只开展其中的一个项目，下次实验依次循环、滚动至另一个实验项目，直至完成八个实验项目。八个实验同步开展，一方面给学生课前预习造成一定的困难，每次实验不同组学生预习内容不一样，不方便学生彼此交流相互学习，另一方面给老师的讲演造成极大的挑战，每次课前八个实验都重复讲演一遍。这也是造成实验课程和理论课程脱节的重要原因之一。3)教学方法缺乏多样化。仍以教师为中心，学生听完老师讲解，机械地重复老师的实验操作，参与了实验过程即完成实验课程。学生的学习积极性没有得到促进、科学创新性没有得到培养。每次实验，学生都是课前照着实验教材预习一遍，课堂上按照实验教材机械操作一遍，课后撰写实验报告时照着实验教材“照本宣科”抄写一遍并处理一下实验数据，缺乏理解、思考，严重阻碍了学生学习自主性的培养。

2物理化学实验教学改革概述及启示

为了适应国民经济、社会发展对高素质的专业人才需求，国内许多高校对物理化学实验课程进行了层出不穷的探索和实践。许多的物理化学实验老师针对传统实验教学模式所突显的问题，提出了诸多卓有成效的改革创新措施。结合自身多年的教学经验，许多工作者们从高等院校差异性(理科类、工科类、师范类、综合类等院校)、专业差异性(化学、化工、食品、环境、材料、生命、医药等专业)以及学生差异性的角度，提出了对物理化学实验课程的模式、方法、内容、技术、设备、考核等方面针对性的探讨和改革措施，包括但不限于分层次、多层次的实验教学;改革实验内容，删减不适合时展的实验项目，增设开放实验、综合实验、自主实验;采取双语教学;优化、改良实验设备、实验步骤、数据处理方法;学生成绩综合评定机制，等等。虽然这些改革探索取得了良好的成效，但是这些改革措施仍然固守以教师为中心的思想，仍然没有跳出传统的实验教学模式的范围。以教为主，过多地强调老师所发挥的传道授业的作用。老师通过讲解、演示引导着学生完成实验，学生跟在教师指引后进行操作，忽视了学生的主体地位，妨碍了学生的学习自主性。学生听、看教师的实验讲演之后，实验操作，处理数据，撰写实验报告，一个实验项目也即结束完成。而对于实验方案的设计、实验仪器设备的原理和操作运用、实验细节把握和理解等，学生缺乏自主的认识和思考，不利于学生学习自主性的锻炼，不利于学生创新能力的培养。当今信息技术、网络教学平台的发展和运用，催生了以发展学生学习自主性为目标的线上线下教学课程。现阶段关于线上线下混合教学的探究与实践主要集中在诸如“大学物理”、“公共英语”等基础理论课程或公共课程的教学中，对实验课这类的实践教学课程涉及较少［5，6］。我们探讨物理化学实验的线上线下混合教学模式本土化。在物理化学实验教学中开展线上和线下混合教学的改革探索，坚持“以学生为中心”的教学理论，推动学生自主学习能力的提升。

3线上线下物理化学实验混合教学的尝试

信息技术的发展引发人们对教学信息化的思考，促进了教学理念从“教师中心”变革到“学生中心”的变革。我们将针对物理化学实验课程实施教学改革探索，包括物理化学实验的线上课程建设、课堂教学、综合考评，课程改革的核心在于培养和锻炼学生的学习自主性。

3.1物理化学实验线上课程建设

物理化学课程是同时面向化学类、食品类、生命类专业的学生开放。通过调研，认真分析不同专业学生的学习特征、知识储备、学习要求，有助于更好地掌握这些学生的理论知识基础、实践操作能力和网络自主学习能力。结合各专业学生的学习特点及专业方向的科学研究和社会需求，因材施教，合理选择契合专业、契合知识能力的实验教学项目。例如，对于反应动力学的实验设计，给化学类专业的学生安排的是乙酸乙酯皂化反应，设计为所需综合知识背景较强的反应动力学实验，电导法测定该反应的速率系数，要求学生综合应用有机化学和物理化学的知识原理。而对于非化学类专业，我们安排的是过氧化氢分解反应经过简化处理，设计成验证性的实验，通过量气法测量反应速率系数，旨在让学生了解原理。遵循教学大纲要求、学生知识背景，拆分并模块化重组各个实验项目的目的、原理、材料、步骤、数据处理和讨论。对于实验项目涉及的原理知识、仪器和试剂、实验操作、数据处理等，精心制作成图文并茂、形式多样的教学资源，包括但不限于PPT、视频、音频、文本、图片、动画、测验、拓展资料等，上传至学校的网络教学平台。核心是录制实验原理的讲解、实验操作的演示视频，将知识点拆解成一系列的学习任务点。对于其中涉及重要的实验原理知识点，特别设计辅助知识模块，以微视频形式制作成视频资源供学生学习，或网络链接至我们网络教学平台已经开通运行的物理化学理论课程对应的知识模块。这在一定程度上可以弥补实验教学与理论教学不同步的问题，有助于暂未学习过该理论知识点的同学提前预习，亦可方便已经学习过的同学可以巩固加深理解。对于一些学校虚拟实验室中已有的实验项目，如电池电动势测定实验，开放给学生提前预习，网上虚拟操作实验。利用网络教学平台，搭建、管理和组织物理化学实验课程题库。针对实验原理、目的、操作细节、数据处理等设计思考测验题。题目形式多样化，可以选择、填空、简答、思考、推理、计算等;题目难易层次多样化，包括识记、领会、简明和综合应用等层次。组合题量适当、难易合适的测试套题，可以通过网络教学平台直接发放给学生，或是通过微信、QQ班级群发放给学生。课前发放给学生，旨在掌握学生提前预习的效果;课后发放给学生，旨在检验和巩固学生对实验的了解和掌握。

3.2物理化学实验课堂教学

课堂教学之前，安排组织好实验预习。将传统实验教学的讲解和演示迁移至网络教学平台，供学生自主式学习。通过网络学习平台布置预习要求，利用网络学习平台组织和跟进学生的实验预习情况。学生登录网络学习平台打卡学习，观看实验课的教学资源，重点是实验目的、原理、操作、数据处理等的讲演微视频。学生完成设定学习任务点之后，组织学生参与思考讨论，利用网络学习平台题库自动按预测的难易比例、题型比例随机组合生成预习测验套题，保证不同学生抽到的测验题不尽相同，自动推送给学生并提醒学生及时完成。运用网络教学平台分析学生线上学习的行为、效果，统计学生线上学习时间、进度、讨论参与积极性、测验题错误率等详细情况，征集学生线上预习的共性问题，设计有针对性的课堂引导，进行精讲，引导学生讨论思考。利用网络教学平台的教学预警功能，提醒和督促学习进度未达标的学生及时完成学习任务点。课堂教学时简要讲解实验内容，“蜻蜓点水”，作重引导学生自主讨论学习平台反馈的共性问题，使学生把握实验原理和操作。学生实验操作过程时，观察学生操作规范，针对实验具体的步骤，或就实验细节、或实验原理，抛出新问题组织学生探讨交流，归纳总结，解答问题。此过程中，如遇共性问题，或课堂引导学生由浅入深思考，或预留线索，督促学生课后积极调研文献，相互讨论，解决问题。课堂教学结束之后，及时布置课后的巩固和拓展内容，加深学生的理解。线上推送实验测验并督导学生完成，线下学生提交实验报告，教师及时批阅。及时跟进课堂翻转效果，研究物理化实验在线课程的质量规范和标准，科学优化教学环节，针对不同的实验项目，弹性调整实验教学中的课堂翻转的“度”，保证学生参与的积极性。

3.3物理化学实验的综合考评

结合平时的学生网络平台参与程度、翻转课堂的表现和期末总成绩分析综合考核教学效果。在此基础上，探索线上线下混合教学模式下物理化学实验课程的成绩考核方式，充分考虑学生参与混合教学过程的各个环节，制定科学合理的成绩评价机制，对于不同专业设置不同的线上线下成绩权重。线上成绩来源于学生在网络教学平台的学习任务点的完成情况，作业，分组任务，讨论，互动，测验，考试等方面;线下成绩来源于学生课堂操作，课堂讨论互动，以及实验报告。

4结语

通过此次探索与实践，开展物理化学实验课程线上线下混合教学，实现二者优势互补。整个教学过程，师生线上线下交流频繁，共同探讨。教师构建、优化学生自主学习的教学资源，引导和监督学生自主学习，及时解答学生给出的问题，实现从知识传播的灌输者向知识学习的引导者。学生利用网络教学平台，独立学习，能够提出疑问，共同探讨交流，相互学习，实现从知识的被动接受者向独立自主的学习主体转变。此次教学实践，能充分体验到学生学习兴趣的提升，知识点理解层次的加深，运用知识能力的增强，观点表达水平的提高，课堂氛围好，教学效果佳。

参考文献:

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［6］张立华，王思怡，张清然，等.物理化学实验线上线下混合式教学［J］.中国冶金教育，2020，(03):55－57.

作者：刘志凌 单位：山西师范大学化学与材料科学学院