基礎化學實驗翻轉課堂教學模式的研究和實踐

王 紅， 曾秀瓊， 劉秋平， 梁秋霞， 強根榮

(1. 浙江工業大學 化學實驗教學中心， 浙江 杭州 310014；2. 浙江大學 化學實驗教學中心， 浙江 杭州 310058)

基礎化學實驗翻轉課堂教學模式的研究和實踐

王 紅1， 曾秀瓊2， 劉秋平1， 梁秋霞1， 強根榮1

(1. 浙江工業大學 化學實驗教學中心， 浙江 杭州 310014；2. 浙江大學 化學實驗教學中心， 浙江 杭州 310058)

“翻轉課堂”模式是一種新興的課堂教學模式，它顛覆了傳統教學過程中包括的知識傳授和知識內化2個主要階段，體現以學生為主體的教學理念。依托國家精品資源共享課程的開放平臺，根據化學學科和實驗類課程的特點，研究了將“翻轉課堂”教學模式應用到基礎化學實驗教學中，設計了翻轉課堂教學模式的具體流程，闡述了具體的實施案例。

翻轉課堂； 教學模式； 實驗教學； 教學改革

1 “翻轉課堂”模式的基本特征

“翻轉課堂”模式FCM(flipped classroom model)是一種新興的課堂教學模式，自本世紀初該教學模式被首次提出以來，就被廣泛地應用在美國的課堂教學中，并產生了一系列的研究成果。其基本思路是把傳統的學習過程翻轉過來，顛覆了傳統教學過程中包括的“知識傳授”和“知識內化”2個主要階段[1-2]。知識傳授通過信息技術的輔助在課前完成，而知識的內化則在課堂上經教師的指導與學生的協助而完成。課堂變成了教師與學生之間互動的場所，主要用于解答疑惑和討論，其基本特征是[3-4]：

(1) 教師角色的轉變。翻轉課堂使教師從傳統課堂中的知識傳授者變成了學習的促進者和指導者，教師不再是知識交互和應用的中心，他們只是學生進行學習的主要推動者。

(2) 課堂時間的重新分配。在課堂中減少教師的講授時間，留給學生更多的學習活動時間，在不減少基本知識展示量的基礎上，增強課堂中師生的交互性。

(3) 學生角色的轉變。借助于豐富的網絡資源，學生可以進行自我知識延伸，學生可以自我控制學習時間、學習地點、學習內容和學習量，真正成為了學習的主體。

2 基礎化學實驗翻轉課堂模式教學目標

2.1 現存問題

基礎化學實驗是一門將基礎理論與實驗技能融為一體的綜合性實踐課程，在鞏固理論知識、培養動手能力、激發創新性思維等方面都起到了非常重要的作用。傳統的基礎化學實驗教學模式基本上是以“課前預習、教師講解、學生模仿、完成實驗報告”為主，忽視了學生在學習中的主體地位和自主學習能力的培養，導致學生對實驗原理、實驗方法不求甚解，正確地分析問題、解決問題的能力較弱。盡管各個高校想盡辦法，進行了各種各樣的教學改革，但其效果與期望還是相差較遠。目前，基礎化學實驗教學中存在問題的主要根源在于：

(1) 整個教學過程中，教師依然是教學的中心，起著主導作用，學生基本上處于被動學習的狀態，很難真正激發學生的學習興趣。

(2) 學生的知識基礎、學習能力存在差異，教師在組織教學活動時，短時間內難以滿足不同水平學生的需要。教學問題的提出缺乏針對性，不能滿足學生個性化、自主化的學習需要。

(3) 實驗前的預習環節流于形式，一部分學生懶于查閱資料和思考，對實驗中出現問題的預見性很差。同時，學生的預習情況不能及時反饋給教師，使得實驗前的講解只能按部就班地進行。

(4) 學生預習不充分，直接導致教師必須花較多時間對實驗內容進行詳細的講解，學生做實驗的時間有限，整個實驗過程就是在趕時間，實驗中出現的問題不能及時和教師進行深入探討，實驗的印象不深，學生系統的思維能力和組織能力不能有效地得到鍛煉。

2.2 教學目標

為尋求基礎化學實驗教學模式和教學體系改革的有效路子，我們也進行了各種探索，如在基礎實驗中開設綜合設計性實驗、系列化實驗，采用了專題實驗訓練法、PBL教學法等。為充分發揮“基礎化學實驗”國家精品資源共享課程資源的廣泛作用，根據化學學科和實驗類課程的特點，考慮到實踐教學的主體本就應該是學生，我們設計將“翻轉課堂”教學模式應用到基礎化學實驗教學中，以期能增強基礎化學實驗教學中的一些薄弱環節，達到以下2個目標：

(1) 根據翻轉課堂的特點，解決目前基礎化學實驗教學中存在的學生課前預習流于形式、照抄書本、教師課堂講解缺乏針對性和互動性，以及課后實驗報告(論文)學生不能回答實驗教材的思考題，不能真正地思考實驗中出現的各種問題、現象。

(2) 在真正意義上實現教師和學生角色的轉換，使學生逐漸由知識的被動接受者轉變為主動探索發現者，使教學逐漸走上“學生為主體，教師為主導”的軌道上，促使學生主動學習，積極思考，學會批判性學習，切實有效地提高學生“發現問題―提出問題―分析問題―解決問題”的能力。

3 基礎化學實驗翻轉課堂教學模式研究

3.1 流程設計

縱觀翻轉課堂的已有研究可以看出，翻轉課堂的基本教學流程是學生“提前看材料—做練習—教師指導—總結提升”[5-6]。為此，針對大學基礎化學實驗教學的要求，我們設計了翻轉課堂教學模式的具體流程(見圖1)。

圖1 基礎化學實驗翻轉課堂教學模式流程圖

除“課前自主學習”、“課堂知識內化”、“課后評價反饋”3個階段外，增加了“師生協同發展、提高”環節，教師根據實驗中暴露的問題，進行批判性反思，優化實驗方案，補充課程資源，進一步促進課程建設，實現自身的發展，最終促成學生發展，實現良性循環。

3.2 實施過程

3.2.1 課前自主學習階段

學生通過文獻、書本、網絡、精品資源共享課網站等多種學習載體，掌握本次實驗的原理、方法、注意事項等，預測實驗中可能發生的問題、存在的困難等，并根據教師發布的要求，做針對性準備。這一步是翻轉課堂教學模式有效實施的前提，其關鍵是教師對實驗項目知識體系的構建、視頻的制作以及學習問題的設置，另外，還牽涉到學生的學習熱情、自主學習能力和自我約束力。具體要求是：

(1) 教師。實驗課前一周的時間，教師在分析實驗內容和學生學習程度的基礎上，將實驗項目所包含的知識細化為相對較小、較完整且相互關聯的知識單元，如化合物結構與性質、反應機理、主反應和副反應、實驗裝置設計與安裝、實驗操作、產品分離純化等，并把實驗裝置安裝、實驗單元操作錄制成視頻，構建完整的學習支持體系。然后把相關的課程資源借助網絡平臺共享給學生，引導學生學習。同時提出相關的學習問題，督促學生對自己的學習及時進行檢測。

(2) 學生。實驗課前，學生根據自己的時間規劃、認知風格和學習習慣安排學習進度，借助于課程資源，就實驗基本原理、反應特點等問題進行學習，并隨時隨地利用各種終端設備觀看視頻，進行形象化的學習。學生在自主學習的基礎上，還可以和同學在交流平臺中進行討論，解決教師提出的問題，并將答案及時反饋給教師，便于教師及時收集、了解學生的學習情況。

3.2.2 課堂知識內化階段

教師組織課堂活動，學生完成實驗，實現師生互動，并有針對性地學習。這一步是翻轉課堂教學模式實施的關鍵，其中課堂教學的重新構建和師生面對面的交流起了決定性的作用。

(1) 教師。根據學生學習反饋的情況和暴露的問題，依據學情和經驗，對課堂時間進行重新分配，優化課堂講解內容。對學生感到疑惑的知識點以問題的形式進行針對性的討論答疑，縮短講解時間，把更多的時間留給學生進行實驗和對問題的思考與討論。教師還可設計一些需要實驗驗證的問題，讓學生帶著著問題進行實驗探究。教師在實驗進行過程中，可以利用在實驗課堂巡回的時間，根據學生的預習情況和具體實驗操作中出現的問題，和學生進行一對一的輔導和答疑，發現并解決學生在學習過程中存在的個性化問題。

(2) 學生。在自主性預習和教師針對性講解的基礎上，獨立操作實驗，并對教師提出的驗證性問題進行思考，尋求答案。實驗過程中有疑惑或難點，學生可以再次有針對性地學習相關微視頻等課程，或直接與教師進行溝通。學生也可以就實驗過程中出現的新問題，及時和教師展開討論。

3.2.3 課后評價反饋階段

教師解惑答疑，拓展問題，學生完成報告，討論交流，實現知識固化和提升。這一步是基礎化學實驗翻轉課堂教學模式的延續，關鍵是通過課下師生的討論交流，實現學生能力提升。

(1) 教師。對學生提交的實驗報告進行批改，把存在的問題及時通過交流平臺和學生進行溝通和討論。通過實驗探究、解決實驗中的問題并不是教學的最終目的，教師還要將各類問題進行歸納和總結，設計一些拓展性的問題或上傳一些和實驗有關的綜合實驗微視頻，引導學生總結提升。

(2) 學生。實驗結束后，學生要在課下認真完成實驗報告，對所學知識進行有效的復習和鞏固，并通過觀看教師上傳的綜合實驗微視頻，就一些拓展性問題和教師、同學在交流平臺上進行討論，尋求答案，擴展知識，提升能力。

4 基礎化學實驗翻轉課堂模式教學案例設計

基礎化學實驗教學過程中，化學合成實驗一般按化合物或化學反應的類型來進行，由于教學時數的限制，不可能完成所有類型化合物或化學反應的實驗，因此實驗與實驗之間是獨立的，學生做完實驗后，印象不深、收獲不大。為提高實驗教學效果，我們嘗試在翻轉課堂教學過程中，根據同系物或實驗方法、實驗條件、實驗裝置等，將每一批學生分成幾個組分別進行實驗。實驗結束后，各組相互交流實驗情況，評判實驗結果，得出實驗結論。

4.1 案例1 考察不同實驗手段對反應結果的影響

隨著科學技術的迅猛發展，大量的新技術、新手段不斷出現，許多已轉入到實驗教學中，如微波加熱、超聲波加熱、離子液體介質、超臨界萃取等。在翻轉課堂的先行學習中，學生通過網絡資源、查閱資料等手段，了解這類反應的特點、方法，準備好課堂實施的方案。例如，由甲苯氧化制備苯甲酸是基礎有機合成實驗中最常規的實驗，我們將微波加熱應用到該實驗中，實驗效率大大提高。在翻轉課堂教學中，學生分成常規加熱和微波加熱2組，一方面讓學生了解先進的實驗手段，另一方面縮短反應時間，提高實驗效率。再如，以苯甲醛為原料進行Cannizzaro反應得到苯甲醇與苯甲酸的實驗中，大多數實驗教材采用苯甲醛在濃堿條件下，振搖成蠟狀后放置過夜，然后進行后處理等方法，實驗時間長，實驗效率不高。我們在教學中，讓學生在反應過程中采用機械攪拌和加熱回流的方式，同樣達到良好的實驗效果，既增強了學生基本實驗技能，又縮短了實驗時間(不需要放置過夜)，提高了實驗效率[7]。這些手段和方法，都要求學生在課前了解清楚，教師在課堂中只講解這些實驗的發展情況，否則，到了課堂學生只能“照葫蘆畫瓢”，實驗效率低下。

4.2 案例2 以專題的形式組合實驗

以產品為主線，組成以項目為主的專題式實驗，比較產品制備過程及分析方法的異同點。實驗前要求學生預習專題實驗內容所涉及的理論知識和實驗基本操作。在實驗過程中必須利用基礎理論知識解決一些常見的問題。實驗結束后，根據文獻查閱、實驗情況進行討論，比較實驗方案的利弊，解釋實驗結果，并對實驗結果進行比較和評價。以過碳酸鈉合成的專題實驗為例，翻轉課堂教學實施方案見圖2。

圖2 基礎化學實驗翻轉課堂教學模式案例圖

實驗過程采取項目組的形式，按實驗產品的不同分成若干小組，分工合作，歸納總結，從而加深對化學理論的理解。要求學生通盤考慮實驗進程，在實驗訓練中學會設計實驗方案，利用理論知識去分析實驗過程中出現的現象和結果，啟發和激勵創新意識，鍛煉實際動手能力及初步科研能力[8]。

5 結束語

翻轉課堂這種新興的教學模式被稱為對傳統教學模式的“破壞式創新”，真正實現了“以學生為中心”的教學理念[9]。目前，國家大力開展的精品資源共享課、視頻公開課建設，為翻轉課堂教學提供了很好的平臺。但要使這種教學模式能夠在教學實踐中更好地應用，還有很多問題需要去解決，既有客觀的因素，如學校的教學設施、學科特點、學生的時間分配等，又有主觀的因素，如教育改革理念、教師的教學能力、學生的自我約束力等[10]。這些都需要我們不斷地探索與總結，在持續的教學實踐中完善翻轉課堂教學的各個環節。

References)

[1] 錢保俐. 翻轉課堂教學模式在高等院校實驗課程教學中的應用設計[J]. 中國教育技術裝備，2014(6)：114-115.

[2] 鐘曉流，宋述強，焦麗珍. 信息化環境中基于翻轉課堂理念的教學設計研究[J]. 開放教育研究，2013，19(1)：58-64.

[3] 張金磊，王穎，張寶輝. 翻轉課堂教學模式研究[J]. 遠程教育雜志，2012(4)：6-11.

[4]卜彩麗，馬穎瑩. 翻轉課堂教學模式在我國高等院校應用的可行性分析[J]. 軟件導刊，2013，12(7)：9-11.

[5] 汪曉東，張晨婧仔. “翻轉課堂”在大學教學中的應用研究[J]. 現代教育技術，2013，23(8)：11-16.

[6] 徐妲，鐘紹春，馬相春. 基于翻轉課堂的化學實驗教學模式及支撐系統研究[J]. 遠程教育雜志，2013(5)：107-112.

[7] 強根榮，金紅衛，范錚，等. 苯甲醇與苯甲酸制備實驗的改進[J]. 實驗室研究與探索，2003，22(4)：100-101.

[8] 強根榮，孫莉，王海濱，等. 理論與實踐貫通專題式有機化學實驗教學改革[J]. 實驗室研究與探索，2013，32(11)：180-182,192.

[9] 張金磊. “翻轉課堂”教學模式的關鍵因素探析[J].中國遠程教育，2013(10)：59-64.

[10] 王紅，趙蔚，孫立會，等. 翻轉課堂教學模型的設計[J]. 現代教育技術，2013，23(8)：5-10.

Study and practice on flipped classroom teaching mode offundamental chemical experiment

Wang Hong1， Zeng Xiuqiong2， Liu Qiuping1， Liang Qiuxia1， Qiang Genrong1

(1. Chemistry Experiment Teaching Center, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China;2. Chemistry Experiment Teaching Center, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China)

The ‘flipped-classroom’ mode is a new teaching mode, which overturns the traditional teaching process, including teaching and internalizing knowledge, embodies the ‘student-centered’ teaching concept. Relying on the resource sharing platform of the national excellent course, this paper studies the ‘flipped-classroom’ teaching mode on the teaching of fundamental chemical experiment, especially according to the characteristics of chemistry and experimental courses. It designs the specific process of ‘flipped-classroom’ teaching mode, and discusses the implementation of concrete cases.

flipped classroom； teaching mode； experimental teaching； teaching reform

2014- 10- 14

浙江省高等教育課堂教學改革研究項目“理論與實踐貫通的專題式有機化學實驗教學改革探索”(浙教辦高教〔2013〕109號)

王紅(1968—)，女，河南新鄉，博士，副教授，主要從事有機化學及實驗教學與研究

強根榮(1963—)，男，浙江湖州，副教授，浙江工業大學化學省級實驗教學示范中心常務副主任，主要從事實驗室建設與管理、基礎化學實驗教學與研究.

E-mail：qgr@zjut.edu.cn

G642.4

A

1002-4956(2015)5- 0196- 04