檢索式學習在分析化學教學中的應用探究*

韋健華，陳正毅，黃日鎮，鐘 亮

(廣西壯族自治區桂林醫學院，廣西 桂林 541199)

在醫藥院校中，分析化學作為一門是以奠定學生堅實基礎理論知識和培養熟練的實驗操作技能為教學目標的專業基礎課，在藥學、醫學檢驗以及生物技術等學科專業課程體系中具有舉足輕重的作用。以下就目前分析化學課程現狀與學生對專業基礎課程的學習態度現狀分析如下：

隨著社會發展速度的增快，學生需要學習的專業知識逐漸增多，原有課程在不斷地被縮減學時，而需要講授的內容又涵蓋了化學分析與儀器分析兩大部分。同時化學分析課程涉及大量有機化學、物理化學和無機化學等多門化學學科內容，這些現狀使“分析化學”課程具有知識點多、內容跨度大、學時少等特點。為了節省課時，傳統的以教師講授為主的教學方法在課程中還是占了很大的比重[1]。

良好的學習態度是成功的關鍵，豐富的校園生活、快速發展的網絡科技以及日益繁重的學習任務等諸多客觀因素對大學生學習效果的影響變得越來越顯著，這些因素都影響著大學生自主學習習慣的培養。大部分學生認為學習只需要考前突擊或根本無所謂分數高低，這說明多數學生沒有學習動力，自制力差，以至于產生消極的學習態度；消極的學習態度最終導致一系列負面情況的發生，例如完全無視課前預習，課堂上被動思考甚至不思考，課后不認真完成學習任務。雖說教師授課的質量并不是學生學習好壞的關鍵因素，學生如何對待學習才是根本原因，但在課堂上教師可以通過如提問、創建互助學習小組以及個性化一對一輔導等方式充分調動學生的學習積極性，引導學生思考問題，建立自信[2]。隨著教學改革的不斷深入，如何激發學生的學習動機，培養良好的學習習慣，是需要教育工作者不斷探究的關鍵性問題。綜合“分析化學”在教學上存在的這兩大障礙，如何有效地利用有限學時，既能講透知識點，又能從根本上改變學生的學習態度以及激發其學習動機，同時開闊學生視野、鍛煉學生的邏輯思維能力和創新能力成為了分析化學專業所有授課教師關注的重要問題。

1 翻轉課堂教學方法的優勢

針對以上情況，對傳統教學模式進行改革，提高教學效率勢在必行。在“互聯網+”的大背景下，基于網絡及數字資源的“翻轉課堂”教學模式成為一線教師研究的熱點。翻轉課堂(flipped classroom)是化學教師Jonathan Bergman和Aaron Sams于2007年開創的一種新型教學模式，以學生課前自學代替教師的課堂講解，課堂上集中精力完成作業并與其他同學及教師交流[3]。由于翻轉課堂教學顛覆了傳統教師主導課堂的模式，可以極大地調動學生的自主學習動力，并充分利用課外時間。在傳統課堂中，布魯姆教育目標分類法中低層次的活動總是在課堂上完成，學生課后要在沒有專業指導的情況下完成課后練習、項目與論文，從而沿著布魯姆教育目標分類法的階梯完成中高層次的活動。在翻轉課堂中，布魯姆教育目標分類法中較低層次的活動布置給學生個人課后完成，這有利于學生獲得成功的體驗，鼓勵學生的自我強化；然后課堂時間專門用于應用、分析和實踐，在老師在場的情況下，糾正錯誤觀念，掃清存在的問題。在面授課之前，學生已完成相關知識點的簡單內容[4-5]。一旦來到課堂上，重新調整的課堂時間使得學生能參與更為高階的思考活動。翻轉課堂的實施也充分的體現了孔子“不憤不啟，不悱不發。舉一隅不以三隅反，則不復也”這一啟發式教學方法。

2 檢索式學習的重要性

2002年，美國密蘇里州圣路易斯市的詹姆斯·麥克唐奈基金會批準贊助由亨利·羅迪格與馬克·麥克丹尼爾兩位認知科學家申請的“通過認知心理學強化教育實踐”這一科研項目，該項目的研究目的是把認知心理學中有關學習的基礎知識應用到教育實踐上[6]。直到目前為止，不管在什么領域，人們在學習一項技能或是一門知識的時候，都是傾向于反復閱讀課本，并進行集中練習，而兩位認知心理學家認為這是效率較低的一種學習方式；與反復閱讀相比，回想事實、概念或事件會更有效，他們將這一方法稱為檢索式學習，這一方法的具體實施是上述科研項目的研究重點。從認知心理學的角度出發，檢索會強化記憶，并阻止遺忘。我們在閱讀一段文字或聽過一堂課后，只需用一道簡單的小問題檢測自己，就可以鞏固所學、強化記憶，因為這是在強化我們學習的神經回路[7]。

通過反復閱讀使學生對一段文字很熟悉，認為自己已掌握了閱讀的內容，這種自以為掌握了所學，是元認知欠佳的一種表現。在翻轉課堂當中引入檢索式學習，從最開始的通過教師引導改變學生的學習行為模式到習慣養成，最終將改變學生的學習態度，這也是筆者將檢索式學習引入翻轉課堂的最根本原因。翻轉課堂第一階段即課前準備，教師對學生觀看教學視頻提出三點要求：首先教師要求學生將視頻中的知識要點轉化成2～3問題，并且在學習視頻后試著去解答這些問題，其次記錄一個與視頻知識點相關，且自己沒有理解的問題。最后將已經理解的知識要點，用自己的語言進行總結歸納。在最初的被動階段主要是改變學生的學習行為模式。第二階段即課堂教學，以“四步法”作為課堂教學方式創新的基本模式：課前自學與檢測、課堂練習、協作及展示。筆者將檢索式學習引入“四步法”中的每一步具體實施過程。

3 分析化學“翻轉課堂”的教學設計

3.1 教學內容的選擇

筆者從事化學類課程教學已有2年，對“分析化學”理論課內容較為熟悉，所教授的藥學本科專業分析化學課程為36學時[8]，內容包括：緒論、誤差及分析數據的統計處理、滴定分析法、酸堿滴定法、絡合滴定法、氧化還原滴定法、沉淀滴定法及重量分析法、電位分析法、分光光度法和定量分析的一般步驟等知識點。其中，酸堿滴定法、絡合滴定法、氧化還原滴定法、沉淀滴定法和重量分析法是36學時“分析化學”的重點內容，每章包含了相應的理論基礎、滴定曲線、指示劑選擇、滴定條件和應用實例等，4個章節均和實際應用密切相關，因此本文作者設想主要以這4個章節內容進行翻轉課堂教學模式，結合桂林醫學院目前教學要求翻轉課堂教學模式不能超過總學時的三分之一，故選擇其中12課時進行翻轉課堂教學。

3.2 教學視頻及課件的選擇

目前國內針對“分析化學”教學視頻相對較少，筆者查詢到大連理工大學制作的“分析化學”教學視頻主要以單一知識點的形式呈現，時長為10～15 min左右，符合微課的要求，故以此系列作為教學視頻的主要來源，但考慮到該視頻的主要對象是化學專業的學生，對于藥學專業的學生并非完全適合，因此，在已有的PPT課件上，利用錄屏軟件(Camtasia studio)制作講課課件，并在對應的PPT課件上勾畫筆記，而且每個知識點制作為一個單獨的講課課件，同樣具有微課的授課效果，學生也能在短時間內集中精力選擇學習的知識點，效果可以滿足授課要求。

圖1 翻轉課堂教學設計總體思路Fig.1 General idea of teaching design in Flipping Classroom

3.3 翻轉課堂教學設計

以酸堿滴定法為例，進行翻轉課堂教案的設計[1]：該章節分為六大教學板塊：酸堿平衡及弱酸的分布曲線(視頻4.1)、溶液中的其他平衡及pH計算(視頻4.2)、酸堿滴定曲線(視頻4.3)、酸堿指示劑(視頻4.4)、酸堿滴定分析法的應用(視頻4.5)、強酸(堿)，一元二元弱酸(堿)及緩沖溶液等各種溶液體系下的pH計算(視頻4.6)；相對應的會有6個主要教學視頻以及每一個教學視頻下都會有一份相對應的學習任務單，課前一周發給學生進行自學學習。學習任務單主要以問題的形式呈現，以問題導向的自主學習的關鍵要求教師把教學基礎知識點、重點與難點轉化為問題提出來，使學生在解決問題的同時除了掌握基礎知識外，能把握教學重難點，從而培養學生解決問題和舉一反三的能力。下面以酸堿滴定章節中酸堿滴定曲線這一知識模塊為例：

(1)自學與檢測

檢測學生自主學習的成效，進一步讓學生體驗學習的成就感，所以，檢測的難度不超過自主學習任務單給出的任務難度。在檢測環節，除了讓學生收獲學習成就感的同時，也有利于發現自主學習中存在的問題，以便教師及時調整教學策略，保證內化取得實效。其中學習任務單中包含兩個層次的問題，首先是認知層次上的問題，即根據學習目標考察學生對知識的回憶與確認；其次是理解層次上的問題，即考察學生對概念、規律的理解，讓學生進行知識的總結、比較和證明某個觀點。

圖2 學習任務清單與作業清單示例Fig.2 Examples of learning task list and assignment list

(2)課堂練習(15 min)

課堂練習是在翻轉作業基礎上的進階學習，是內化知識的重要環節。根據課前自學后，學生的問題反饋，教師及時對課堂練習題目進行調整與補充。課堂3 min讓學生快速閱讀題目，教師開始提問某一學習小組當中的同學(在自學階段，該同學反饋不理解這一知識點)，在這名學生努力整理思緒和答案的過程中，教師通過知識點提示的方式引導學生得到正確的答案。整個過程學生不能翻看課本，必須進行檢索式回憶。以酸堿滴定曲線為例設置的課堂練習如下：

①在酸堿滴定中被測物質與滴定劑濃度各增加10倍，引起的突躍范圍的變化為( )

A.增加1個pH B.增加2個pH C.2個pH D.減小2個pH

②用NaOH標準溶液滴定鄰苯二甲酸氫鉀(Ka1=1.3×10-3，Ka2=2.9×10-6)時，會出現幾個pH突躍( )

A.無突躍 B.無法確定 C.1個 D.2個

③強酸滴定弱堿體系，影響滴定突躍范圍的因素有哪些：

A.弱酸解離常數KaB.弱堿解離常數KbC.強酸解離常數KaD.弱堿濃度cbE.強酸濃度ca

④通過目測指示劑變色來確定終點，假設指示劑的變色點與化學計量點一致，根據滴定突躍范圍與指示劑選擇原則兩個角度來考慮，這樣是否就能準確滴定？

(3)協作(10 min)

進階作業中難免會遇到種種疑難和困惑，這時，開展協作探究是非常必要的。采取“測驗小組”為單位而進行協作活動。大致形式如下：教師提出兩個分析與應用型題目，讓小組所有成員一起討論，整個討論階段不能翻開課本。“每個人都懂一點，要通過交流把知識弄明白”，這一過程的重點在于探索與理解。

對于分析化學這門學科，較復雜的數學計算占據整個學科知識體系的一半，幾乎每一章節都會涉及到，甚至貫穿于整個學期的學習過程。這對于以記憶和案例分析為主要認知模式的藥學專業學生來說，單純的記憶知識點并不難，但是將相關知識點運用到復雜的數學計算卻是一個較難克服的認知障礙，筆者將檢索式學習模式應用到分析化學課堂中。在翻轉課堂第三部分小組協作中，主要以復雜計算題為討論重點。同樣是以酸堿滴定曲線這一模塊知識點為例，將班級同學分為若干個學習小組，用10 min討論以下兩道計算題，鼓勵小組中的每位同學通過檢索大腦的方式將知識點拼湊起來。這一類型的題目考查的知識面較廣，涉及酸堿滴定整個章節幾乎所有的重難點知識。因此，所有學生能夠在課堂上有專業教師在場的情況下和同學們一起進行高階思維能力培養的活動。翻轉課堂設計中的第二第三部分，筆者將會利用大部分時間用于進行應用與分析類性題目的協作與講解。

①用NaOH標準溶液(0.0900 mol/L)滴定50.00 mL濃度為0.07416 mol/L的一元弱酸(HA)溶液，計算當NaOH標準溶液滴加到8.24 mL時(此時未達化學計量點)，溶液的pH值。(已知：HA的Ka=1.26×10-5)

②取某一元弱酸(HA)純品1.250 g，制成50 mL水溶液，用NaOH溶液(0.0900 mo/L)滴定至化學計量點，消耗41.20 mL。在滴定過程中，當滴定劑加到8.24 mL時，溶液的pH為4.30。計算HA的摩爾質量；HA的Ka值；化學計量點的pH。

(4)展示(20 min)

利用25 min進行翻轉課堂的最后階段——展示，即小組代表以板書的形式對討論成果進行展示，并闡述小組在解題過程中存在的質疑，這一過程能很好地發展學生創新思維能力、解決問題能力和語言表達能力。

最后教師對正確解題過程進行簡單講解，并且根據每一小組的成果展示情況，進行綜合評分(占70%)，同時小組之間進行互相平分(占30%)。每次翻轉課堂的展示階段評分最終折合到期末總評成績當中，這一反饋形式將有利于翻轉課堂的實施，能最大程度的調動學生的主動性與積極性。

4 傳統課堂中的檢索式學習

對于整個學期的分析化學教學，除了三分之一的翻轉課堂教學外，仍然有三分之二的課時是采用傳統教學模式，這就使得筆者開始思考“傳統課堂教學要怎么實施，才是對學生最有益的？”薩爾曼·可汗在描述自己的教育理念時說道：我希望幫助學生了解每堂課都是相互關聯的，知識的難度和深度會隨著課程的推進層層深入，我還希望培養學生敏銳的洞察力，即使每次只掌握一個概念，也能在其后將這些簡單的信息進行融合、擴展，進而真正掌握一門學科的邏輯，這與檢索式學習理念有異曲同工之妙[9]。檢索式學習要求學生在學習中必須作出的6點“努力”，其中3點為：(1)重新鞏固記憶即專注的回憶學過的知識，使其重新變得具有可塑性；(2)打造心智模型即下足功夫練習大腦檢索，使彼此相關的復雜理論融合為一個整體；(3)舉一反三即在不同時間段進行檢索練習，其間穿插不同的學習資料，建立彼此關聯的能強化學生對所學專業的精通程度的知識網絡[10]。基于薩爾曼可汗的教育理念與檢索式學習方法，筆者將在傳統課堂中引入漸進式的低權重小測驗和模擬測驗，且測驗的分數與學分掛鉤。設計的小測驗會涉及本學期早先講解的概念和知識，保證檢索練習貫穿于整個學期的教學過程，讓學習成為一個不斷積累的過程，這將有助于學生建立更復雜的心智模型，強化概念性的學習，更深刻地理解概念與原理間的聯系。