翻轉課堂環境下《物理化學實驗》的教學研究
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【摘 要】針對《物理化學實驗》課程對學生實驗操作能力及理論知識理解的要求，結合教學實踐，錄制物理化學實驗微課視頻，開發學生線下學習資料庫，在實驗教學過程中要求學生利用學習資源將課前預習、課堂實驗操作及課后數據分析進行良好結合，并對教學效果進行分析總結，以期為智慧學習環境下物理化學實驗翻轉課堂教學實踐提供一定的借鑒作用。
【關鍵詞】物理化學實驗;翻轉課堂;教學探索
中圖分類號： G642;O64-4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）16-0076-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.16.033
Teaching Research of Physical Chemistry Experiment Course Under Flipped Classroom Environment
LIU Zhen1 JIA Yuan1 LOU Po-yu2 YANG Ju-xiang1
（1.College of Chemical Engineering， Xi’an University， Xi’an Shaanxi 710065， China;
2.Teachers’ College， Xi’an University， Xi’an Shaanxi 710065， China）
【Abstract】Aiming at the requirement of physical chemistry experiment course for students experiment operation ability and the theory knowledge understanding， combined with the practical teaching experience， the related micro lesson video library and the offline learning materials are set up. Students were asked to combine the preview， experimental operation and data analysis efficiently. Analysis of teaching effect is employed to further develop a more effective way of teaching.
【Key words】Physical chemistry experiment; Flipped classroom; Exploration of teaching
0 前言
《物理化學實驗》作為物理化學課程教學中的重要組成部分，既是對物理化學理論的驗證與探索，又是對學生實驗技能與科學分析能力的鍛煉，是一門綜合理論性、實踐性的課程。該課程的主要目的在于：通過訓練學生最基本的物理化學實驗技術，使學生初步了解物理化學的研究方法，熟悉常見物理化學性能的測定，并熟練掌握物理化學實驗現象的觀察記錄、實驗條件的正確判斷與選擇、實驗數據的科學測量和處理，從而能夠根據所學知識合理設計實驗方案、正確使用儀器，靈活運用物理化學相關知識研究相關化學問題，培養學生解決實際問題的科學素養。
《物理化學實驗》課程與化學化工類專業其他實驗課程一樣，要求學生具有良好的實驗操作能力與鉆研問題的能力，對培養學生獨立從事科學研究工作的能力具有重要作用[1]。然而，《物理化學實驗》具有自身的特殊性，如知識內容較多、所涉及物理化學的理論知識抽象，較難理解;實驗過程中使用的精密儀器較多，對學生的儀器操作水平、儀器的維護與保養等知識的掌握提出了較高的要求;實驗數據繁多，學生處理起來較為復雜，且部分情況下需要借助電腦軟件對數據進行分析，對學生數據記錄及處理的科學能力要求較高[2]。因此，提高物理化學實驗教學水平，提高教學效果，對學生綜合試驗能力的提高有著重要的作用。
1 傳統《物理化學實驗》授課方式的優點與不足
目前化學化工類各專業均開設物理化學實驗課程，實驗內容涵蓋相圖、二級反應、飽和蒸氣壓、熱力學函數等實驗，涉及多個物理化學的抽象理論。在實驗課整體開課之前，教師開設相關的講座，將實驗中所涉及的理論知識、數據處理方法等向學生進行一一講授。教學方式主要采用傳統的認知型教學方法，選用自制PPT向學生展示實驗的操作流程、實驗過程中可能遇到的問題及解決方案，使學生對即將開始的實驗充滿興趣，從而最大程度地提高學生學習的自主性。在正式開始實驗之前，教師將學生分成若干組別，每組學生不超過三人，并要求學生對實驗進行預習，完成實驗報告。在實驗課教學中，教師針對學生預習情況進行隨機提問，檢查學生預習情況，并根據學生預習情況現場向學生進行實驗演示，給學生較為直觀的實驗操作指導，使學生能夠全面掌握實驗過程中所要注意的操作要點。在學生實驗過程中，教師采取整體觀察，個別點評指導的方式，對學生的正確操作予以肯定和表揚，激發學生學習熱情，同時對與學生操作不當的地方及時糾正，確保實驗的正常進行。在實驗之后，對學生實驗報告進行詳細批改，并針對學生的問題進行記錄和整理，在第二次上課之前進行統一講解。目前該實驗課程的授課方式已得到了學生的認可，絕大部分學生認為通過實驗操作及課后的數據處理，對課堂所學的相關定理知識等進行驗證，不但是對物理化學相關知識的再次學習，更是對課堂上理論知識的凝練和總結，通過實驗，學生對物理化學抽象知識的理解更為深刻。然而，由于該門課程的實踐性和理論性都很強，涉及的相關知識點較為抽象，且學校實際實驗條件的限制，在實際授課中也遇到了一定的困難。 （1）相對于實驗課學生人數而言，物理化學實驗儀器臺套數總體相對偏少。由于物理化學實驗中所需的大部分精密儀器價格昂貴，且儀器維護費用成本較高[3]，因此，在合理使用實驗儀器的基礎上，為了使每個學生都能夠在最大程度上享有教學資源，本實驗往往采用循環實驗的方法進行教學。這樣的方法能夠使每個學生都能夠最大程度地使用儀器，熟悉儀器，在實驗過程中掌握相關實驗技能。然而教師在授課過程中會遇到一些困難，例如循環實驗需要學生分組實驗，每組學生所做實驗不同，因此在上課前教師無法進行集體講授，難免對個別實驗小組輔導不足，學生在實驗過程中遇到的問題較多。
（2）學生做實驗的積極性低。目前，我?；瘜W化工類專業學生在做物理化學實驗的同時，也在學習物理化學相關知識。然而由于物理化學知識較為抽象，學生對大部分知識掌握不足，因此在物理化學實驗課程中，產生了一定的抵觸心理，未能對實驗進行全面預習，造成實驗無法成功進行。
?。?）學生基本實驗操作技能差。學生在物理化學實驗中，需要掌握的儀器操作技能較多，在第一次講座之后，很多學生往往會發生遺忘現象，因此在實際操作過程中顧此失彼，手忙腳亂，甚至有些學生由于對儀器的使用不熟悉，在實驗開始之后茫然不知所措。
?。?）實驗數據繁雜，學生處理困難。物理化學實驗數據相對于其他化學實驗課而言較為繁雜，大量的數據出現對學生數據處理的能力提出了較高的要求。由于對所學知識掌握地不夠透徹，很多學生在課下進行數據處理的時候覺得困難，無法熟練使用計算機相關軟件對數據進行處理，很多同學甚至出現實驗報告抄襲的現象，為教師全面掌握學生學習情況帶來了困難。
2 翻轉課堂在《物理化學實驗》教學中的實踐
針對《物理化學實驗》課程的學習特點以及互聯網時代學生對新興事物的好奇和熱情，我院《物理化學實驗》課程組對線上線下相結合的“翻轉課堂”新模式進行了深入的探索，以全面調動學生自主學習熱情。“翻轉課堂”的主要模式是：教師提前將教學內容及需要學生提前掌握的知識制作成學習資料、學習視頻等，課前分配給學生，提出學習任務，讓學生帶著問題有目的地進行預習，并要求學生將學習中遇到的問題在線上平臺上進行反饋;在面授過程中，教師針對學生線上學習情況，整理出大部分學生所遇到的問題集中解決，全面指導學生，使學生展開主動、協作學習的基本模式。大量的研究表明，“翻轉課堂”能夠將教師課堂講解和學生自主學習良好地結合起來，并在一定程度上提高學生自主學習的積極性。
我院《物理化學實驗》課程組在我?，F有的教學模式下，對原有的物理化學實驗內容進行細分，重新實驗課程中需要進行線上和線下學習的部分。主要實行的翻轉課堂教學改革的方法如下：
（1）理論知識預習方法改革： 物理化學實驗課的特殊性在于，實驗課程與理論課程并駕齊驅，物理化學理論知識較為抽象，且知識點較多，學生對理論知識掌握不足，從而造成對部分實驗原理知識陌生，大部分學生將物理化學實驗理解為一門獨立課程，在不理解實驗原理及理論知識的情況下，機械性地按照實驗步驟的要求進行，使物理化學實驗課失去了加深理論知識的作用。因此，教師需要針對實驗過程中所涉及的理論知識，選擇性地上傳至線上學習資料庫中，并要求學生將理論知識和實驗方案相結合，完成實驗預習報告。同時，對于實驗中需要推導的復雜公式，選用多樣化的手法如動畫錄制、PPT講授等方式制作為微課，由淺入深，讓學生能夠更加清楚地掌握每個反應方程式及實驗機理。在這個學習過程中，教師也會配合一定數量的習題來掌握學生對理論知識的學習情況，并將大部分學生掌握不好的部分在課堂面授部分進行再次講解。
（2）實驗操作教學改革：在翻轉課堂教學過程中，教師不再在課堂上進行實驗演示，而是提前將教學大綱內要求的實驗操作錄制成為視頻，在視頻中講解相關精密儀器的使用規范，強調實驗過程中可能遇到的各種問題，并演示正確的操作方法，給學生較為直觀的學習體驗，讓不同分組的學生能夠根據課上所要進行的實驗有針對性地進行課前預習。在線上學習過程中，教師也將根據實驗內容向學生發送思考題，并在課上實驗開始前進行提問，加深學生對所學知識的理解。
?。?）課堂教學方法及課后復習改革：在實驗課堂中，正式實驗開始前，教師要求每組學生對自己所做實驗進行簡短的講述，并對錯誤部分進行糾正，使學生準備充分后再進行實驗。實驗過程中，教師將對每組實驗進行觀察，及時指導，并對學生實驗中所遇到的問題進行詳細解答。在實驗結束后，對于學生所得數據進行檢查，對于數據錯誤的小組重新布置實驗，保證每個學生都在實驗中得到較好的鍛煉，使學生對物理化學理論知識形成較為深刻的印象，從而激發學生對課程的興趣及學習的積極性。課程結束后，要求學生在規定時間內完成實驗報告，并在線上學習平臺對每個學生實驗報告中的問題進行反饋及指導，適時進行網絡互動，最大程度實現學生學習個性化管理。
3 總結
本文主要從我校物理化學實驗課程中所存在的問題及課程特點出發，對課程內容進行碎片化和結構化處理，采用翻轉課堂的方式，錄制相關視頻，存進學生重新使用互聯網資源，理論聯系實際，提高學生實驗熱情，期待對當前物理化學實驗的教學模式進行改善。
【參考文獻】
[1]姚成立，李紅英，朱金苗，田燕.翻轉課堂與大學生創新訓練在化學實驗教學中的應用與研究[J].合肥師范學院學報，2018，3：84-86
[2]舒紅英，陳萍華，鐘勁茅，吳美鳳.物理化學實驗的教學改革與實踐[J].江西化工，2018，5：30-33.
[3]陶亞奇，徐江艷.“翻轉課堂”在高等農業院校短學時物理化學實驗教學中的實踐[J].教育教學論壇，2018，43：268-269.
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