物理化學在線開放課程的建設與應用

郭琳，侯文華

南京大學化學與化工學院，南京 210023

物理化學課程是為化學、化工、化學生物學、環(huán)境科學等相關專業(yè)本科生開設的重要基礎課程[1]。通過該課程的學習，可以為學生今后的學習、研究和工作提供重要的化學理論基礎。南京大學物理化學課程是首批國家級精品課程，所在的物理化學基礎課程教學團隊2009年被評為國家級教學團隊。傅獻彩先生等人[2]編寫出版的第1版至第5版《物理化學》(上、下冊)教材，在國內(nèi)高等院校中有非常廣泛的影響力，是迄今為止累計發(fā)行和使用量最多的一套教材。其中第3版曾獲國家教委優(yōu)秀教材一等獎(1987年)，第4版和第5版分別入選教育部普通高等教育“十五”及“十二五”國家級規(guī)劃教材。

2015年4月，教育部出臺了《關于加強高等學校在線開放課程建設應用與管理的意見》。該意見指出，要緊緊圍繞立德樹人的根本任務，遵循教育教學規(guī)律，深化高等教育教學改革，主動適應學習者個性化、多樣化發(fā)展和終身學習需求，立足國情建設在線開放課程和公共服務平臺，推動信息技術與教育教學深度融合，促進優(yōu)質(zhì)教育資源的應用與共享，全面提高教育教學質(zhì)量。因此，物理化學在線課程的建設勢在必行。

本文結合南京大學物理化學教學團隊的物理化學在線開放課程建設，結合疫情期間進行線上教學的實踐經(jīng)驗，介紹了物理化學在線開放課程建設的內(nèi)容、特點以及應用。

1 物理化學在線開放課程及相關教學資源的建設

在中國高等教育學會和高等教育出版社等相關部門的支持下，南京大學作為牽頭負責單位，聯(lián)合天津大學、大連理工大學、武漢大學、山東大學、揚州大學、吉林大學、西北大學、北京師范大學等，共同完成了中國高等教育學會“十三五”高等教育科學研究重大攻關課題“‘互聯(lián)網(wǎng)+’課程——在線開放課程群建設的創(chuàng)新與實踐”子課題“物理化學在線開放課程群建設的創(chuàng)新與實踐”，分別建設了多門不同類型的物理化學在線開放課程，包括理科多學時(南京大學)、理科少學時(武漢大學)、工科多學時(天津大學)、工科少學時(大連理工)、師范類(北師大)等，從而形成了物理化學在線開放課程群，可滿足各類學習者的不同需求。

南京大學還作為牽頭負責單位，聯(lián)合天津大學、大連理工大學、山東大學、揚州大學、吉林大學、西北大學、武漢大學、華中師范大學等，共同完成了物理化學在線開放課程群資源建設項目，內(nèi)容包括：理科和工科物理化學試題庫、“典型課堂演示錄像”“應用案例及典型案例剖析”“物理化學家小傳及物理化學發(fā)展史”“物理化學前沿、熱點”和“若干典型物理化學研究方法專題”。

另外，南京大學還作為牽頭負責單位，聯(lián)合揚州大學、陜西師范大學、大連理工大學、山東大學、華中師范大學和南京師范大學，共同翻譯了國際著名的物理化學教材《Atkins物理化學》第11版，即將由高等教育出版社出版，使課程的國際化邁出了堅實的腳步。

2 南京大學物理化學在線開放課程的特點

2017年9月，南京大學物理化學(上)在線開放課程于愛課程網(wǎng)正式上線(http：//www.icourse163.org/learn/NJU-1001754342)，隨后物理化學(下)課程也于2018年2月正式上線(http：//www.icourse163.org/course/NJU-1002580002)。該課程于2017年11月獲得南京大學“百”層次優(yōu)質(zhì)課程獎，2019年1月物理化學(上)被評為教育部國家精品在線開放課程，相關項目“全面提升物理化學教學質(zhì)量的實踐與探索”也曾獲江蘇省教學成果一等獎。該課程具有如下特點。

2.1 教學科研相結合的教學團隊

南京大學物理化學教學團隊目前主要由7名教師組成，其中教授5名，副教授2名，全部具有博士學位，教師隊伍年富力強，結構合理。另外，陳懿院士和沈文霞教授是團隊的顧問，提供指導和建議。侯文華教授是本課程的負責人，具體負責本課程的整體規(guī)劃、內(nèi)容設計和方向把握。團隊成員不僅長期工作在教學第一線，同時還長期戰(zhàn)斗在科研第一線，大都承擔了國家自然科學基金等大量的科研任務，是一支教學科研相結合的教學團隊。因此，在上理論課的同時，可以結合授課教師自身研究方向，將相關領域國際前沿和最新進展與學生進行分享，開拓視野，為提高學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)研究型人才提供了良好的條件。

2.2 系統(tǒng)深入的教學內(nèi)容

與傳統(tǒng)線下課堂教學不同，在線開放課程的學習可以不受時間、場地的限制，具有時間靈活和碎片化的特點，還可以針對性地選擇自己想學的內(nèi)容進行學習，隨時回看和復習。因此，針對在線開放課程的特點，我們改變50分鐘一節(jié)課的線下教學模式，首先根據(jù)南京大學第5版《物理化學》教材中的教學內(nèi)容，將物理化學知識點進行合理劃分，并將這些知識點有機串聯(lián)起來，確定知識樹，然后每位授課教師根據(jù)知識點的內(nèi)容，進行教學視頻的錄制和剪輯制作，每個教學視頻控制在3–15分鐘。教學視頻一般都是由授課教師自己錄制并剪輯完成，再更新上傳至在線開放課程的在線教學平臺。

在知識點內(nèi)容的準備上，盡量做到全面和深入。例如，《物理化學》上冊中第一章的內(nèi)容，如果在線下課堂教學中，由于受時間以及課時的限制，一般讓學生自學。但是在線開放課程由于具有時間靈活性、自由選擇性的特點，可以不受這些條件限制。因此，在物理化學在線開放課程中，對所有知識點內(nèi)容均進行系統(tǒng)的視頻錄制，并配套錄制相關知識點例題講解視頻，便于學生自主學習，深入理解和掌握所學知識點內(nèi)容。到目前為止，物理化學在線開放課程上下冊一共錄制了315個教學視頻，其中上冊177個，下冊138個。另外還錄制了配套例題講解視頻87個，教學內(nèi)容豐富且深入。課程內(nèi)容不僅可以滿足本校學生的教學需求，其他院校及專業(yè)的學生也可以根據(jù)需要進行選擇和學習。

2.3 立體的測試和評價體系

為了提升學生自主學習能力，全面檢測學習效果，物理化學在線課程采用了從點、線到面的全方位立體測試體系。首先，在每個教學知識點的視頻后面，配套給出相應的課堂討論題和隨堂測試題，讓學生及時鞏固和消化教學視頻中的關鍵知識點，加深理解。在每一章節(jié)結束后，還配有相應的單元測試和作業(yè)，其中單元測試以選擇題等客觀題為主，做完后系統(tǒng)當場給分，考核學生對章節(jié)知識點的整體掌握情況。單元作業(yè)以計算題和問答題等主觀題為主，以學生互評的方式給分，培養(yǎng)和考查學生綜合解決問題的能力。在所有章節(jié)學習完后，進行線上期末考試，期末考試以客觀題及選擇題為主，做完后系統(tǒng)即時評分，全面考核學生學習情況。目前，物理化學在線開放課程最后成績占比為：課堂討論占10%，單元測驗占70%，期末考試占20%，單元作業(yè)不計分。雖然單元作業(yè)不計入最后總分，但是如果要取得最后的總成績，必須要完成所有單元作業(yè)并且合格，也就是說單元作業(yè)的完成是有最終成績的必要條件。最終成績按百分制計分，80分至100分為優(yōu)秀，60分至79分為合格。通過這些從點、線、面全方位立體的測試和評價體系，可以全面考查學生學習效果，提升學生自主學習能力。

2.4 良好的互動和交流

除了提供大量的線上教學例題視頻供學習者自主學習外，本課程還通過在線討論區(qū)欄目建設，加強師生之間的互動和交流。討論區(qū)主要分為三大板塊，即課堂交流區(qū)、教師答疑區(qū)和綜合討論區(qū)。在課堂討論區(qū)，主要是教師針對課件中各個知識點內(nèi)容，發(fā)布相應的課堂討論；在教師答疑區(qū)，學生可以發(fā)表關于作業(yè)、測試、課件內(nèi)容等希望能夠得到教師回答的疑問，教學團隊教師會在第一時間對學生的疑問在線進行解答；在綜合討論區(qū)，學生可以發(fā)表任何想與大家分享的經(jīng)驗及想法，以及關于本課程、學習、工作、生活等一般性話題。通過在線討論區(qū)欄目的建設，不僅有助于學生進一步理解和掌握所學知識點內(nèi)容，還可以讓教師了解學生的學習情況，加強師生之間、學生與學生之間的互動和交流。

到2020年7月止，物理化學在線課程的選課總?cè)藬?shù)累計達到64787人，團隊教師累計發(fā)布1170個課堂討論題。學生在教師答疑區(qū)和綜合討論區(qū)一共提出了1860多個問題，對于這些問題，教學團隊的教師全部做出了詳細解答，形成良好的師生互動和交流，學生對此評價也比較好。

以上可以看出，物理化學在線課程上線以來，選課人數(shù)多，輻射面廣，共享效果好，不僅對本校及其他學校化學及相關專業(yè)本科教學提供了便利，也為其他希望了解和學習物理化學的學習者提供了學習平臺，還為不同學校之間師生交流和互相學習搭建了良好的溝通平臺。

3 物理化學在線開放課程的應用

由于疫情的影響，今年春季各地高校、中小學都推遲了開學，教育部也發(fā)出了停課不停學的號召。面對這種特殊情況，物理化學課程也針對性地采用了全新的線上學習的方式，充分利用已建設完成的物理化學MOOC (Massive Online Open Course)課程，進行物理化學課程的在線教學。下面，結合疫情期間物理化學課程線上教學的實踐，介紹物理化學在線開放課程的應用，為物理化學課程線上教學提供參考。

3.1 同步SPOC方式組織教學

首先，物理化學在線開放MOOC課程已經(jīng)建設完成，不需要再將大量的時間和精力用于教學視頻錄制和剪輯等內(nèi)容，可以充分利用已有的物理化學在線課程資源，將更多的時間和精力投入到教學本身，如交互式教學設計、個性化教學的開展等。另外，考慮到SPOC (Small Private Online Course)課程和MOOC課程具有不同的特點，MOOC是一個開放性的課程，全國甚至全世界想學習和了解物理化學的人都可以參加，也不需要實名認證，而SPOC課程則是封閉課程，只針對本校選了這門課的且實名認證過的學生開放，便于在線教學的管理和個性化教學的開展，因此，本課程選擇采用同步SPOC課程的形式進行線上教學。

3.2 慕課堂等方式實現(xiàn)在線實時互動

利用愛課程網(wǎng)站提供的慕課堂平臺建立了慕課堂，用于與學生的實時互動。學生可以通過手機微信掃碼進入慕課堂小程序進行簽到、課堂調(diào)查、討論等，實現(xiàn)在線實時互動。通過這些方法，可以增強學生的課堂參與感，教師能及時了解學生的學習情況，有效提高課堂學習效率。

3.3 直播方式講解重難點及前沿

由于建設了物理化學MOOC課程資源，學生可以靈活安排自己的時間觀看教學課件視頻，完成預習和學習，所以在直播課堂上就可以嘗試開展對重難點的集中講解和介紹相關科技前沿。我們在上課前利用慕課堂小程序進行調(diào)查，讓學生選出本章的難點內(nèi)容，然后針對這些內(nèi)容以及相關科技前沿，利用QQ直播或ZOOM會議的形式進行集中講解和補充，幫助學生深入理解和掌握相關物理化學原理，了解科技前沿。從課前調(diào)查結果發(fā)現(xiàn)，大部分學生是愿意采用這種方式上課的。

課前調(diào)查對課堂教學有很好的指導作用，因為有時學生認為的難點內(nèi)容跟教師認為的或傳統(tǒng)的重難點內(nèi)容有可能相同，也可能不一致。以電化學部分為例，課前調(diào)查發(fā)現(xiàn)學生認為第八章難點內(nèi)容為電解質(zhì)的平均活度和平均活度因子，有95%的學生認為第九章的難點是內(nèi)電位、外電位和電化學勢，認為第十章難點內(nèi)容為極化作用。這就跟我們認為的不一樣，因此，我們在課堂上就主要針對學生認為的重難點內(nèi)容從概念到應用，配合例題進行詳細講解，實現(xiàn)在線課程教學的精準化和個性化。

另外，我們還注意與科技前沿熱點相結合，激發(fā)學生的興趣。例如，講到電化學中二次電池相關內(nèi)容時，就介紹了2019年諾貝爾化學獎獲得者美國固體物理學家約翰·巴尼斯特·古迪納夫、英國化學家斯坦利·威廷漢和日本化學家吉野彰在鋰離子電池開發(fā)方面做出的杰出貢獻。不同于前幾年諾貝爾化學獎，2019年的諾貝爾化學獎授予了開發(fā)鋰離子電池的三位科學家。那么，鋰離子電池究竟有何過人之處呢？它是如何工作的呢？這樣就可以自然地引入鋰離子電池的原理和應用[3]，并進一步介紹鋁離子電池[4,5]、鈣鈦礦電池[6]等相關領域的最新進展。通過相關前沿知識介紹，學生不僅能領會教材內(nèi)容，而且還能了解當今科技的最新發(fā)展，從而愿意主動參與課堂學習，增強科研興趣。

3.4 翻轉(zhuǎn)課堂形式進行互動教學

教學的目標之一就是培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和創(chuàng)造性地解決問題的能力，學生主動與積極的參與是教學成功的關鍵。因此，本課程在教學過程中采用翻轉(zhuǎn)課堂以及互動式、討論式的教學方法，讓學生主動參與課堂學習。首先，讓學生在SPOC課堂觀看教學及例題視頻，進行自主預習、學習，然后讓每位學生選擇自己感興趣的知識點內(nèi)容，自己去尋找并設計一至兩個問題，獨立查閱文獻，在課堂上讓學生自己以直播的形式對相關知識點的背景、原理等進行講解，再提出問題，組織大家進行在線討論，并回答問題，引導學生對所學知識進行內(nèi)化和拓展。講完后，還可以利用慕課堂小程序，讓其他學生對他的表現(xiàn)進行不記名評分，這個評分結果可以計入平時成績。通過這種學習，不僅可以充分發(fā)揮學生的主觀能動性，培養(yǎng)學生自主學習能力和解決實際問題的能力，還可以讓學生接觸和了解科研活動中從問題提出、文獻查詢、論文撰寫到最后報告及回答問題的整個過程，提高學生的科研素養(yǎng)和興趣。

3.5 傳統(tǒng)考試與綜合素質(zhì)考查相結合

傳統(tǒng)的考試方式一般是閉卷形式，以選擇題、問答題、計算題等筆試的方法來考查學生對知識的掌握和運用，而素質(zhì)考核則更注重考核學生的創(chuàng)新能力、實踐能力等綜合素質(zhì)。我們在最終成績考核時，將傳統(tǒng)的考試與綜合素質(zhì)考核相結合，適當降低閉卷筆試分數(shù)的比例，增加課程論文、口頭報告和答辯等考核方式，并計入考核成績，全面考核學生掌握知識的水平和綜合素質(zhì)。

4 結語

南京大學的物理化學課程，設計理念系統(tǒng)先進，資源建設豐富，使用效果好，在全國處于先進水平，在引導學生自主學習和綜合發(fā)展等方面產(chǎn)生了積極成效。今后，我們將持續(xù)更新課程資源，不斷開發(fā)課程應用，為學習者提供更加優(yōu)質(zhì)的資源和學習體驗。

致謝：感謝高等教育出版社陳琪琳、鮑浩波和李穎等的大力支持、幫助和指導！