混合式教学在物理化学实验课程中的探索与实践
雷雪峰 马军现 刘建庄 李琳 王悦辉
摘 ?要：以提升大学生的综合能力、创新思维和科学素养为目的，以泛雅网络教学平台为依托，探索混合式教学在物理化学实验课程中的实践模式。课程对传统的实验授课模式和评价方式进行改革，建设完善的线上教学资源;通过“三阶段四环节”的混合式教学模式展开实验教学，重在培养学生的自主学习和高阶认知能力，加强学习深度;采用“线上+线下+实践”的课程评价模式，以能力产出为导向，对学生的综合能力进行评价，通过实践推动理工科实验课程由传统课堂向智慧课堂的转化。
关键词：混合式教学;物理化学实验;自主学习;高阶认知能力
中图分类号：G642 ? ? ? 文献标志码：A ? ? ? ? 文章编号：2096-000X（2021）13-0112-07
Abstract： For the purpose of improving comprehensive ability， innovative thinking and scientific literacy of the college students， blended teaching model in physical chemistry experiment course was explored based on Fanya online platform. Rich network-based teaching resources were built， and the experimental teaching activities were carried out through the blending teaching model of three stages and four steps. The cultivation purpose was focused on improving the students' abilities of self-learning， high-order thinking and in-depth learning. The course evaluation system was guided by output of abilities and constructed by three modules of online， offline and practice to evaluate comprehensive abilities of the students. It is hoped that the reform could promote the transformation of science and engineering experimental courses from traditional classroom to wisdom classroom through practice.
Keywords： blended teaching; physical chemistry experiment course; self-learning; high-order cognitive ability
随着“互联网+”教育时代的到来，数字化学习已经成为一种常见的学习方式，而慕课教育理念的兴起，使得移动学习、混合式教学、翻转课堂等教学方式在高校教学中已渐趋普及[1]。2019年至今，随着国家“双万计划”的逐步推行，针对混合式教学的研究与探索热度激增[2-12]。混合式教学的优势在于将传统课堂和网络化教学平台有机结合，以信息技术为支持，采用新型教学模式，突出以学生为中心，实现个性化与智慧化的教与学。其目的不再是低阶知识的传授，而更注重于高阶能力的培养。教育部在2018年《加快建设高水平本科教育 全面提高人才培养能力的意见》中提出了“积极引导学生自我管理、主动学习，激发求知欲望，提高学习效率，提升自主学习能力”的要求。可见，通过OBE理念对混合式教学进行设计，以学习产出为目标，培养学生的自我管理与自主学习能力、批判性思维、交流合作能力及创造性思维，引导其由“浅层学习”迈向“深度学习”，是提升高校教育教学质量的重要途径[13-14]。
物理化学实验是应用化学、材料化学、环境工程等专业的基础实验课，课程内容及研究方法能够为相关行业的生产实践和科学研究提供理论指导，对学生的逻辑思维、科学素养、实践动手能力等方面的培养起着至关重要的作用。鉴于课程的重要性以及学校培养应用型人才的目标，将混合式教学引入物理化学实验课程，通过教学资源建设，教学模式設计及评价方式的构建，利用多渠道激发学生的学习动力，将其变被动为主动，更大程度地参与到教学活动中，培养和提升其自主学习能力、信息与数据的加工处理能力、逻辑思维能力、创新意识、团队合作意识等综合素质，提升教学质量，培养满足社会需求的高层次应用型人才。
一、教学资源建设
在实施教学改革的过程中，结合课程自身特色、学生实际情况和学校人才培养的目标，重构教学内容，以泛雅网络教学平台为依托，建设完善的平台资源。
（一）编制讲义
我校开设的物理化学实验共48学时，含11个实验，教学内容及学时安排如表1所示。选定教材时虽尽量贴近本校实验内容，但仍然在药品、仪器以及实验方法上存在不少差别，甚至有些实验需要额外给学生补充资料。教材是学生学习的一手“武器”，其重要性不言而喻。因此，编制了与本校实验内容完全配套的讲义，并将其上传至泛雅教学平台，以方便学生的课前预习和线上学习。
（二）编制学案
我校选取的实验内容涵盖了热力学、动力学、相平衡、表面化学、胶体化学等各大模块，每个实验的特点和侧重点都不同，为了让学生能够快速把握学习要点，在课下高效地完成学习目标，我们为每个实验编制了相对独立的学案，内容包括“预习报告”和“结果报告”，以替代传统的预习报告和实验报告。
在预习报告中，针对每个实验项目的内容和特点设计预习问题，以填空、简答、绘图和讨论的形式引导学生开展课前学习，内容囊括了实验原理、实验步骤和实验中需要注意的事项，提倡并鼓励学生用思维导图、流程图等能够体现个性化思维的方法对实验过程进行梳理，并在与他人讨论分享的过程中启发思维，不断完善作品，进而明确进入实验室后需要完成的工作。
结果报告则分为三大模块：实验数据的记录与处理、问题和反思讨论。模块一中设计好数据记录的表格，引导学生利用Origin、Excel等专业软件处理实验数据，绘制图形，并计算结果;模块二就实验中易出错的环节和注意事项设计问题，引导学生通过语言梳理与书面表达，强化对实验原理、实验步骤和实验操作的理解;模块三发出“灵魂拷问”，一是针对本次实验的结果讨论：本次实验结果是否理想？哪些环节需要改进？应该怎么做？二是拓展思维的 “五问反思”：通过问题引导，让学生对学习和实践过程进行反思，总结经验，拓宽思维方式，并进一步完善学习策略。“五问反思”的具体问题如下：
1. 我学到了哪个知识点或技能？
2. 针对这个知识点或技能，实验之前我是怎么想的？（要求展示自己真实的知识背景）
3. 我之前的想法怎么样？（要求说明之前想法的不足之处）
4. 我应该怎样想才对？（说明经过实验之后观点、想法的改变）
5. 这个知识点和其它知识有什么联系，或这一技能还可以用来做哪些工作？
学生在完成学案的过程中，不必反复抄写讲义内容，而要将时间和精力放在解决问题上，避免传统报告中大篇幅抄写和学习效果不佳的弊病。
（三）拍摄演示视频
为了让学生更好地开展线上学习，拍摄了与实验内容完全配套的11个实验操作演示视频和5个仪器操作视频，共计68分43秒。实验操作演示视频的制作可更好地帮助学生预习并掌握整个实验流程及正确的实验操作，为顺利开展教学活动提供极大的便利（如图1所示）。
完善的泛雅网络教学资源是顺利开展混合式教学的前提（如图2所示）。除上述资源之外，泛雅平台还通过多媒体课件、仪器设备使用说明、思维导图、流程图、练习小测、参考文献等多种形式，将抽象、复杂的物理化学实验以多样化、多维度的方式全面、生动、形象地展示出来，为学生的线上学习提供丰富的资源，为线下翻转课堂的顺利开展奠定坚实的基础。课程平台自2018年建成至今，学生访问量已逾34万余次，在课程的混合式教学过程中发挥了重要作用。课程PC端网址：https：//mooc1-1.chaoxing.com/course/201756356.html.
二、线上线下混合式教学
鉴于实验场地和仪器资源的限制，我校的物理化学实验一直采用理论讲解与实践操作分开进行的模式开展教学，即：先集中学时一次性讲解3-4个实验，然后在接下来的课时同时开展3-4个实验的实操。具体开展流程如图3所示。
在这种情况下，采用传统的教学方法开展教学，存在如下问题：
1. 采用集中讲解的方式，短时间传授的信息量过大。教师需要同时讲授3-4个实验，讲解时间长，教授内容多，教学难度大，学生被动地接受知识，不易消化和理解。
2. 理论讲解与实践操作时间间隔长。学生容易遗忘实验步骤及操作细节，因此在实操过程中加大了教师的指导难度。
3. 无法有效监控和评估学生的预习效果，教师也无法准确诊断学情并做出相应反馈。
在教学改革实践中，我们通过混合式教学有效地解决了传统教学中存在的上述问题。
（一）教学设计
物理化学实验课程的混合式教学设计（如图4所示）兼顾线上、线下和实践三个层面。1. 线上自主学习。以丰富的泛雅线上资源为后盾，定时发布预习任务单，引导并组织学生开展线上预习活动。同时，线上资源也有助于学生随时随地复习、回顾。2. 线下翻转课堂。在线下的理论讲解过程中，突出以学生为中心，通过小组协作的方式，交流任务单的完成情况，分享对实验原理的理解，对实验步骤的梳理以及实验仪器的操作流程，通过生生互助和师生交流推动教学活动的开展。在线下课堂中，教师是“导演”，学生是“主角”。3. 实践和拓展。实践环节包含实验操作及实验报告的完成。这一环节不仅反映出学生在前两个环节中的学习效果，而且也锻炼了学生的基本技能、分析问题和解决问题的能力以及对信息的加工处理能力。此外，以问题为契机，鼓励学生开展探究式学习，通过毕业设计、创新创业训练及各类学科竞赛等方式进一步提升其综合能力、创新能力及科学素养。
为保障混合式教學的顺利开展，课程以能力为导向、以过程为依据建立评价体系，由线上、线下和实践三个模块构成，以此来提升学生的学习动力，监控各环节的学习效果。
（二）教学模式
物理化学实验采用“三阶段四环节”的混合式教学模式开展教学：整个教学过程分为“课前-课中-课后”三段式进行，每个阶段的教学过程均由四个环节构成，各环节之间环环相扣，循序渐进地推动整个教学活动的进行（如图5所示）。下面以“二元液系相图的绘制”为例讲述该教学模式在物理化学实验课程中的应用与实践（部分学生预习作品见图6）（如表2所示）。
三、以能力为导向的评价方式
课程评价体系（如图7所示）以能力为导向，采用“线上+线下+实践”的综合模式对学生的综合能力进行考核。
线上成绩占比30%，由课前任务（过程性评价）与预习作品（表现性评价）两部分构成，重点关注学习能力的培养与考察。考核指标为：讲义、PPT、视频、拓展材料等平台资源的访问与学习、预习作业、个性化预习作品的完成情况及效果等。学生在课前利用泛雅教学平台提供的资源开展自主学习，完成课前学习任务，以培养其自我管理和自主学习能力;利用思维导图软件、PPT等工具对预习过的内容进行梳理和深加工，完成预习作品的制作，训练其逻辑思维能力和信息加工处理能力。
线下成绩占比30%，由课堂翻转（表现性评价）和期末考试（总结性评价）两部分构成，重点培养和考察学生对理论知识的掌握和应用。考核指标为：考勤、课堂分享内容的品质、语言表达的准确性与流畅性、课堂讨论积极性、回答问题的全面性与准确度等。课堂翻转以学生为主，通过讲解实验内容，锻炼学生的语言表达、内容组织与课堂调控能力;通过交流互助，锻炼和提升学生的语言表达能力和沟通交流能力。期末考核则考察学生对知识的灵活应用能力。
实践成绩占比40%，由实验操作（过程性评价）与实验报告（表现性评价）组成，注重考查学生的实验技能和对实验结果的分析处理。考核指标为：实操技能、实验完成度、小组合作程度、桌面整洁情况、实验报告的完整度、数据计算与绘图的准确度、实验结果处理与分析的正确性与科学性等。通过实验操作训练、强化和提升学生的基本技能、解決问题的能力及小组协作能力;通过实验报告训练学生的数据处理能力、结果分析能力和报告撰写能力。
四、教学效果反馈
针对混合式实验教学，对材料与食品学院16级材料化学和应用化学的学生（共计135人参与）开展了问卷调查，结果显示：学生认为：1. 自主学习能力;2. 逻辑思维能力和信息加工能力;3. 沟通交流与团队协作能力;4. 语言表达能力;5. 实验技能得到提升的比例分别为71.2%、81.0%、74.2%、82.0%和71.3%。
此外，通过混合式教学实践，发现更多的学生在后续的学习过程中更愿意尝试和参与一些具有开发性、研究性和创新性的工作。参与了混合式学习的学生在创新创业项目、互联网+、挑战杯、节能减排大赛、攀登计划等各项学科竞赛中的参赛及立项数目均有大幅攀升。学生对“氢氧化铁胶体的电泳”“乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定”和“粘度法测定高聚物分子量”的实验探索获得2020年学院优秀毕业论文;与课程配套的实验视频的拍摄、后期剪辑、配音、字幕等制作均由16级学生在老师的指导下自主完成;以“云端教学技术研发中心”为题的项目获得学院互联网+大学生创新创业大赛青红赛道三等奖并获得校级创新创业项目立项……。实践证明，采用混合式实验教学对于提升学生的综合能力、创新能力和科学素养起到了极大的推动作用。
五、结束语
在物理化学实验的混合式教学改革中，建立了内容完整、形式多样、全面系统的泛雅网络教学资源，从多方面、多维度、多环节为学生的线上自主学习提供支持，同时也为混合式教学的开展提供了更多的可设计性和创造性;从学生的实际能力与水平出发，设计混合式教学活动，提出“三阶段四环节”的混合式教学模式，使学生在实验开展前做好充足的准备工作，更好地理解实验原理、步骤及操作注意事项，从而降低面对面授课的难度，增加线下实验的成功率;根据教学模式，科学构建课程评价体系，突出以能力为导向，注重学生综合能力与素养的培养与评价。同时，在开展正常教学活动的基础上，以问题的拓展为契机，将探究式学习引入到教学模式中，通过毕业设计、创新创业训练项目和学科竞赛等活动，进一步锻炼学生的综合能力和创新思维，取得了令人满意的教学效果。该课程同时获得了西浦ILEAD教育研究院微信公众号的专题推送，在教育一线开展了实验在线化教学的讨论，取得了较为深远的影响。在后续的课程推进过程中，需要根据学生特点对平台资源进行调整，加入微课的录制;根据实践情况对课程评价体系进行适当调整，使之更加契合能力考核的目标，同时考虑设立虚拟仿真实验平台。
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基金项目：2018年广东省教育科学“十三五”规划项目“基于元认知的数字化学习能力提升策略研究”（编号：2018GXJK241）;2018年广东省高等教育教学改革项目“基于泛雅网络教学平台的《物理化学实验》混合式教学研究与实践”（编号：S-JY201802）;2018年电子科技大学中山学院质量工程建设项目“物理化学实验”（编号：ZXKC201803）
作者简介：雷雪峰（1977-），女，汉族，河南南阳人，博士研究生，副教授，研究方向：混合式教学与研究导向型教学。
