翻轉課堂模式在有機化學實驗教學中的探索與實踐

佘能芳，曾春鋒，張栩晨，曹云鳳，張穎穎，余廣鰲，原弘

華中師范大學化學學院，武漢 430079

中華人民共和國教育部在2012年印發了《教育信息化十年發展規劃》[1]，把教育信息化擺在支撐引領教育現代化的戰略地位，傳統的教學模式已經無法滿足教育和信息相結合。2007年，美國科羅拉多州的林地公園高中的兩名化學老師最早進行了顛覆傳統課堂的嘗試，實施了“翻轉課堂”教學。隨后，翻轉課堂受到了世界各國眾多教育研究者的關注，在全球范圍內開始流行起來。近年來，國內的教育研究者和工作者也進行了大膽的嘗試，將“翻轉課堂”模式應用到各高等院校尤其是師范院校的課堂中，改變傳統“灌輸式”的教學，顛覆知識傳授和知識內化的過程，提升學生的自學能力、探究能力以及創新能力[2–4]。

1 有機化學實驗教學現狀

有機化學實驗課程是四年制本科化學專業學生的一門專業必修課程[5]，是結合理論課堂所學知識，通過相應的實驗課程加深學生對理論知識的理解，同時以培養學生動手操作能力、科研能力和嚴謹的科學素養為目的的課程[6]。學生通過有機化學實驗基礎知識、有機物的制備、分離提純等基本操作技能的學習和操練，形成嚴謹的科學態度和良好的實驗素養，提高分析問題和解決問題的能力。因此，有機化學實驗課程已經成為化學專業的學生掌握從事基礎科研工作最重要的基本技術的必備途徑，提高該課程的教學質量具有非常重要的理論和實踐意義。目前，大多數的有機化學實驗仍以傳統的“灌輸式”教學模式為主，保持著“學生課前預習–教師審閱實驗預習報告–教師課堂講授–學生進行實驗–教師檢查實驗數據–學生提交實驗報告–教師批改實驗報告”等環節構成的教學過程。學生的積極性、主動性受到抑制，缺乏學習的熱情和積極性，達不到預期的教學效果。同時傳統的有機化學實驗課程受制于課時及儀器設備的限制，存在重講授輕實驗、重驗證輕探究、重結果輕過程等弊端。為了改變課程教學中存在的諸多弊端，激發學生自主學習的能力，提升學生的課堂參與度，提高有機化學實驗課程教學質量，我們利用“翻轉課堂”這種新穎的教學理念及方法，設計合理的翻轉課堂教學模式并應用于有機化學實驗的教學中[7–10]，對實驗教學過程進行深入探索與實踐，取得了較好的教學效果。

2 有機化學實驗教學中翻轉課堂模式的設計和應用

2.1 課前師生準備

教師在實驗前借助本校的“云課堂”平臺，將相關實驗的教案以及實驗視頻提前上傳，方便學生在課前進行查看。同時也在QQ群布置相關實驗思考題，以及任務單。以“2-甲基-2-丁醇的制備”實驗為例，教師首先借助本校的“云課堂”平臺，將該實驗的教案進行上傳，學生可登錄云課堂平臺進行查看。該教案包括本次實驗的目的、實驗用品、實驗步驟、注意事項、思考題等。隨后教師在QQ群中發布本次實驗的任務以及根據實驗重難點設計的相關翻轉課堂問題，如該實驗的機理如何、該實驗的副反應是什么及如何規避副產物的生成、實驗中所加試劑的作用，以及產物處理相關事項等。

在教師提供課前資源的基礎上，學生可選擇性地查看資料，預習實驗的內容，并對教師提出的問題進行深入思考，查閱相關實驗的資料，規避實驗過程中容易出錯的地方，完成課前的自主學習。同時教師對學生進行分組，每8個人為一個小組。學生通過自主學習后，再進行小組交流討論，小組合作的方式由于小組內成員存在差異，學生在小組內能遇到在某些方面比自己更有優勢、處于更高認知水平的同學，成員之間能夠相互學習，從而照顧到絕大部分學生的最近發展區[11]，并且合作學習可以幫助和督促學習能力稍弱的學生進行預習，保證每一位學生在課前都完成實驗理論學習。最后，學生在預習的過程中若遇到難以解決的問題，可在QQ群里與教師進行交流討論，為課上進行實驗做好充足的準備。

2.2 課中師生互動

在實驗課上，采取學生自愿的方式對實驗的預習成果進行展示，展示內容主要是講授本次實驗的實驗原理和實驗步驟等，此過程可以鍛煉學生的語言表達能力，提高學生的師范生技能。

隨后，師生共同對實驗的重點問題進行研討，比如在“乙酰乙酸乙酯的制備”實驗中，學生提出自己通過課前學習還存在的疑問“如何控制操作，小鈉珠才不會再次融合？(請注意溫度、銅絲旋轉速度與小鈉珠之間的關系)”。

具體實驗操作過程中，學生先進行自主實驗操作，教師記錄學生的表現。在實驗的難點部分，教師將引導學生觀察實驗裝置和實驗現象，提出疑問，讓學生思考，拓展思維，將知識進行內化。如在“苯甲酸乙酯的制備”實驗中，教師可以通過對比“乙酸乙酯的制備”實驗的實驗裝置，引導學生提出疑問“為什么制備苯甲酸乙酯需要采用分水器，而乙酸乙酯的制備中不需要，同類型的物質制備為什么會有此區別？”引發學生的思考，加深對影響酯化反應轉化率因素的理解。另外，在“甲基橙的制備”實驗中，不同學生制備出的甲基橙顏色會有些許差別，可以引導學生提出疑問“為什么一樣的實驗操作得到的甲基橙顏色會有差別？”加深學生對于甲基橙在不同的pH下會存在不同形態的認識。在一些特殊的操作實驗中，比如減壓蒸餾等，通過設計小組協作來完成實驗，可培養學生的團隊合作能力。

最后，由教師對實驗進行總結，幫助學生將知識系統化，同時教師將學生在實驗過程中普遍出現的實驗操作錯誤進行講解指正，并向學生演示正確的操作方法，布置課后相關任務。

2.3 課后反饋評價

課后學生主要是通過實驗報告和“云課堂”論壇回帖進行反饋。教師可以通過實驗報告中的產品性狀、產率、思考題的解答了解學生對本次實驗的掌握程度。另外學生可以通過論壇回帖分享自己對本次實驗的反思及感想，對自己的表現進行評價，加深對本次實驗的印象。同時在學期末，統一組織有機化學實驗的理論考試。

課程的評價方式為平時表現和期末成績相結合的方式，其中平時表現占60%，期末考試成績占40%，主要注重過程性評價。平時表現包括課前準備、課堂參與、合作精神、學習質量等方面。課前準備主要通過實驗預習報告、課前預習成果展示等方面進行評價。課堂參與度主要通過學生在實驗課上與教師及其他成員的互動次數、操作表現等方面進行評價。合作精神通過小組上交的照片和視頻，以及小組合作進行實驗操作的表現等方面進行評價。學習質量通過實驗收率、實驗報告質量，以及對本次實驗的反思與感想等方面進行評價。

3 學習效果分析

選取佘能芳老師教學的兩個班級進行調查研究，兩個課堂的學生都是通過教務處的選課系統進行隨機選課分配的，在學習該課程前學業水平一致，都進行了半學年的有機化學及基礎有機化學實驗1的學習。實驗組為翻轉課堂模式下的教學班級，該班級學生共16人；對照組為傳統課堂教學模式下的教學班級，該班級學生共16人。實驗組的16名學生都有手機和電腦相關通訊設備，滿足進行翻轉課堂學習的基本要求。分別對這兩個教學班級進行了半學年的基礎有機化學實驗2的教學，將實驗失敗率、實驗產物收率、實驗報告質量、實驗理論考試成績進行對比分析。

3.1 實驗失敗率對比

翻轉課堂和非翻轉課堂學生在半學年的基礎有機化學實驗2的學習中，共進行了9個操作實驗，將學生在操作實驗時未得到相應產物定義為實驗失敗，實驗失敗率即實驗失敗的人數占全部參與實驗人數的比例，通過對實驗的失敗率進行統計分析，除“2-甲基-2-丁醇的制備”實驗，實驗組的失敗人數大于對照組外，其他實驗的實驗組失敗人數都比對照組少。由此可得，一般情況下翻轉課堂教學模式下學生進行有機化學實驗操作的失敗率比傳統課堂教學模式下的學生低，具體統計結果如表1所示。

表1 實驗失敗人數統計

3.2 實驗產物收率對比

翻轉課堂和非翻轉課堂學生在半學年的基礎有機化學實驗2的學習中，共制備了9種產物，實驗組除產物2-甲基-2-丁醇的收率比對照組低，其余產物的收率都要高于對照組。由此可得，一般情況下翻轉課堂教學模式下學生進行有機化學實驗制備的產物收率高于傳統課堂教學模式下的學生，具體統計結果如表2所示。

表2 產物平均收率統計

3.3 實驗報告質量對比

將實驗組和對照組的實驗報告進行分析，以“乙酰乙酸乙酯的制備”實驗為例，在實驗結果處理這一部分，實驗組學生能夠詳細完成計算過程，而對照組大部分學生沒有計算過程；在處理討論思考題的解答上，實驗組學生回答的較好，基本全正確，而對照組多數學生在答案上存在遺漏，說明實驗組學生對所操作的實驗有深入思考，而對照組學生對實驗的掌握程度更低；同時根據教師批閱的本次實驗的實驗報告結果來看，實驗組有10名學生獲得了A+，而對照組僅有3名學生獲得A+。由此可得，翻轉課堂教學模式下的學生對待實驗報告較傳統課堂教學模式下的學生更認真，實驗報告質量更高。

3.4 實驗理論考試成績對比

實驗組和對照組在課程結束后，參加了基礎有機化學實驗理論考試，通過對實驗組和對照組的學生成績進行統計發現，實驗組的平均成績為68.50，對照組的平均成績為66.69，不及格人數實驗組為2人，對照組為4人，采用標準偏差的計算方法對學生理論考試成績進行計算，實驗組的理論考試成績標準偏差為8.00，對照組為11.42。由此可得，翻轉課堂教學模式下學生對有機化學實驗的理論掌握程度和學業成績比傳統課堂教學模式下的學生好，成績較平均，具體統計結果如表3所示。

表3 實驗理論考試成績統計

通過對翻轉課堂和非翻轉課堂學生的實驗失敗率、實驗產物收率、實驗報告質量以及實驗理論考試成績四個方面的對比，不難看出翻轉課堂在有機化學實驗教學中的實施大大促進了學生對知識的理解與深化，不僅可以有效提高學生的學習效果，也有效激發了學生的學習興趣；還促進了信息技術與有機化學實驗教學的融合，提高了課堂效率；最重要的是在翻轉課堂的過程之中學生是學習的真正主人，從課下學習到課上討論交流再到總結評價，學生實現了參與式學習。

4 存在的問題與改進

通過問卷調查法對翻轉課堂教學模式下的學生進行翻轉課堂滿意度調查，發現翻轉課堂模式下的有機化學實驗教學還存在以下問題：首先，部分有機化學實驗在網絡上找不到相關視頻資源，學生無法提前觀看學習。其次，在課前小組合作研討上，由于沒有明確分配任務，有些成員可能并沒有完全參與，僅由少數成員進行研討。再則，在課中預習成果展示環節，學生采取自愿原則，積極外向的學生會多次爭取獲得展示機會，而一些性格內斂的學生得不到展示機會。同時一些學生可能會抱有自己不上臺展示不需要好好預習的心態，不能全面調動學習積極性。最后，在課程評價方式上，評價指標包括學生的課前預習情況，教師只能根據學生的實驗預習報告和上臺展示的學生來評價該組成員的預習效果，不能全面了解每個學生的具體預習成果。

針對以上不足之處提出以下改進意見。首先，針對預習資源視頻，教師可以通過提前錄制實驗操作視頻的方式進行改進。其次，針對小組合作研討上，教師可以通過明確任務，同時以小組上交文字研討記錄的方式進行監督。再則，針對課中展示環節，針對一些學生不積極的情況，教師可以采取隨機抽點學生上臺展示的方式，敦促每一位同學都要積極地進行課前預習。最后，課程評價方式中對課前預習成果的評定，教師可以在實驗前通過學校的“云課堂”平臺組織學生進行課堂小測試，根據答題情況精準掌握每一名學生的預習情況。

5 結語

翻轉課堂模式在有機化學實驗教學中的探索和實踐，取得了較好的教學效果。實驗操作的成功率、產物的收率、實驗報告的質量、實驗理論考試成績等多方面都優于傳統課堂教學模式，既提高了學生的學業成績，又提高了有機化學實驗的教學質量，將教學模式從“以教為主”轉變為“以學為主”。翻轉課堂改變了課前預習方式，學生從面對枯燥的文字進行抄錄轉變為有選擇地進行資源學習和小組合作，激發學習興趣，培養了自主學習能力與團隊協作能力。該模式還改變了課中互動方式，由教師的“滿堂灌”方式轉變成“以學生為主體，學生進行實驗理論講授，師生和生生間圍繞重點問題進行研討”的方式，提高了學生的課堂參與度，鍛煉了師范院校學生的師范生技能，拓展了學生思維，培養了創新意識，構建了良好師生互動關系。