疫情背景下線上教學策略探索
——以無機化學課程晶體結構內容為例

謝木標，朱國賢

嶺南師范學院化學化工學院，廣東 湛江 524048

受 2019新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)流行的影響，全國大中小學延遲開學，為貫徹落實教育部“停課不停學”的文件精神，各地學校紛紛開展線上教學。線上教學這種方式既方便又靈活快捷，不受地域的限制，可直播和錄播，回放觀看功能可彌補傳統課堂中“一次過”的不足，可以起到加深理解、解惑疑難、復習提高的作用[1]；教師線上直播還可以靈活利用互聯網的優質資源，例如微課、短視頻、習題庫等，讓學生充分地受益于優秀教育資源。但是，由于線上教學的“教”與“學”隔著互聯網這一“屏障”，處于“老師在明，學生在暗”的狀態，老師無法知曉和像課堂教學那樣及時制止學生的與課堂無關行為，教學效果更難控制。為了提高線上教學效果，各高校教學團隊提供了不少有借鑒意義的教學方法和案例。例如，天津大學無機化學教學團隊[1]提出的“完全線上”遠程混合式教學案例；吉林大學無機化學教學團隊[2]提出的依托“無機元素化學”MOOC，以超星學習通平臺為載體，QQ學習群為輔助，開展以學生為中心的“無機化學II”課程的在線教學案例；張曉蕾等人[3]提出的基于“雨課堂+釘釘直播”的“課前六備、課中六講、課后六輔”混合在線課程教學模式；李玲等[4]提出的通過巧用自建公眾號等信息手段，打造疫情中無機化學云課堂。但是，目前報道的文獻大多側重于整體教學方法的介紹，而針對某一章節探索其教學方法的文獻相對要少。最近趙海燕等[5]以“配合物的價鍵理論”為例，報道了他們基于學習通和釘釘直播的線上混合教學的探索與實踐。由于同一課程不同章節內容在課程準備、課程講授和課程評價等方面都存在差異，須采用不同的教學策略。本文針對晶體結構課程內容的特點，并結合筆者的線上教學實踐，提出幾點行之有效的線上教學策略。

1 問題導向式預習，提高預習效果

有效的預習是實現高效課堂的重要措施，在傳統的課堂教學中教師往往采用抽查提問等方式檢查學生預習效果。然而，由于線上學習難以監測學生是否主動地預習。學生不預習或預習效果不佳是因為學生預習時缺乏疑問刺激思考和探究。提前發布問題導向式的預習案可以有效地促使學生主動預習。具體做法如下：

教師課前提前把編制好的探究式問題和答案同時發送給學生，讓學生帶著問題去瀏覽和理解教材知識點，有條件的學生還可以通過互聯網資源拓展學習來加深理解。獨立預習完后學生將不明白的內容標注出來，課堂上重點聽講或通過線上師生互動進行討論。以晶體結構的離子晶體這節課內容為例，筆者課前將課程小組編制的探究式問題(表1)發布給學生預習。由于這些問題答案只是判斷式，學生還需要去深究其中原因；學生預習時通過查閱教材和資料思考這些問題，其如果還不能理解，課前在微信群或課堂上互動時可以提出來討論。實踐表明，問題導向式預習可以有效促進預習效果，線上教學互動時學生的提問明顯減少，課堂習題測試成績明顯提高。

表1 提供給學生自主預習的部分探究式問題

2 制作視頻，加強抽象三維空間結構理解

晶體結構學習的難點是晶體的微觀三維空間結構比較抽象，“晶格”“晶胞”“點陣”等一些概念難以理解，例如學生經常提問晶胞和點陣的概念有何異同？金屬的三種堆積方式為什么稱為六方緊密堆積、面心立方緊密堆積、體心立方堆積？對于這些問題，教師在傳統的課堂教學中往往是通過球棍模型來輔助講解。然而，由于能用于教學的球棍模型有限，學生要掌握這些知識還是存在困難。同時，由于課時的限制，教師在課堂上也難以將所有的基礎概念進行詳細講解，課外結構拓展就更少。而線上教學由于教師不方便展示球棍模型的原因使得這個問題更為嚴重。在線上教學實踐中我們發現，把結構模型的講解錄成短視頻讓學生課后學習是很好的補充。比如我們把教材(北京師范大學版《無機化學》，155頁)[6]圖3–36五種化合物結構模型講解錄制小視頻發布到課程群中供學生課后自行觀看，學生反映非常好。這些視頻可以為學生隨時學習和復習提供方便，并且線上視頻可以比課堂教學更近距離地觀看，效果更好。這些視頻講解可以是一些常見的基礎知識問題，也可以是和晶體結構有關的知識拓展問題，如金紅石的陰離子堆積、配位多面體模型等問題。然而，這種方法仍然存在著一個問題：如何知道學生是否完全理解？傳統課堂教學中，教師可以抽查學生到講臺講解結構來考查學生的掌握情況。但線上教學由于學生沒有結構模型，這一方法行不通。受制作網上教學視頻的啟發，我們想到了讓學生參與到視頻制作過程中的方法。如圖1所示，我們課程組錄制好視頻后，將學生分成若干小組，每小組負責為教師已錄制好的視頻進行配音。學生在制作配音的過程中既有小組討論，也有分工合作，分別負責撰寫文稿、視頻配音和制作字幕等任務，這樣既起到了相互討論學習的效果，又可以通過撰寫文稿和配音講解視頻進一步加深了對晶體結構知識的認識，同時學會了視頻制作的相關技能，大大提高了學生參與學習的積極性。

圖1 學生參與視頻制作流程圖

3 作晶體結構圖，知曉晶體結構圖的來龍去脈

在教學互動過程中，有學生會問“氯化鈉的晶體結構圖是怎么畫出來的？”“在家里線上學習怎么樣去更好地理解晶體的結構？”“有沒有一些 3D圖動畫供我們去學習？”等類似的問題。受這些問題的啟發，我們意識到學生在家里網上聽課，更多的是以個體的方式完成，同學間的討論不能像課堂那樣及時暢通。線上教學的優勢之一是教師可以方便地利用自己工作電腦中的軟件進行教學，而常規課堂教學有時會受教室公共電腦軟件安裝限制。因此，我們在線上教學中增加了教授如何使用專業作圖軟件作晶體結構圖的內容。例如，在上到“離子晶體結構模型”這節課時，首先介紹了利用無機晶體結構數據庫(ICSD)和美國礦物學家數據庫(American Mineralogist Crystal Structure Database, http://rruff.geo.arizona.edu/AMS/amcsd.php)下載晶體結構cif數據方法，接著詳細介紹如何使用Diamond和Mercury等專業軟件用NaCl晶體的cif數據做出NaCl的晶胞堆積圖，通過軟件使用的介紹使學生再增加深晶系、晶胞等概念，理解書本上講的陰陽離子的配位數、晶胞離子數目、多面體配位環境等知識。為了考查教學效果，課后布置利用軟件作自選化合物的晶體結構圖，并描述其晶體結構的課程作業，且要求分成若干個小組討論完成。通過完成課程作業，學生從個體學習轉變成了小組討論學習，由教師引導轉變為學生自我引導。這個轉變顯著提高了晶體結構模型的學習效果。例如學生選取了BaCl2、CuS和板鈦礦TiO2等化合物作為作圖對象，在報告中采用Diamond軟件做出其晶體結構圖和配位環境圖等，如圖2–圖4所示。雖然部分學生選擇的化合物超出了無機化學課程內容范圍，但也體現出學生對于晶體結構認識的超前性。學生從自己的角度總結了軟件中看到的 3D圖的結構特征，切實地加深了對晶體結構的感官認識。此外，學生也在作圖的過程中體會到了晶體結構的美和作圖軟件強大功能，大大提升了對晶體結構學習的興趣。掌握了作化合物晶體結構圖的方法后，有條件的學生還自行購買球棍模型搭建晶體結構模型(比如NaCl、CsCl、C60、干冰等)，真正實現了學生自我引導學習。由于無機化學課程不講授“原子的分數坐標”等，這部分教學更傾向于如何用軟件做出晶體結構圖，若課程課時不足高校可設計成學生自選或課外拓展學習。

圖2 BaCl2的晶胞圖及結構描述

圖3 CuS的晶體結構圖及S4四面體

圖4 板鈦礦(TiO2)的晶體結構及[TiO6]八面體

4 注重線上測試，提高過程性評價真實性和客觀性

課堂習題和課后作業是檢驗學生對知識點是否掌握的常見教學手段。但是，在傳統課堂教學中課堂習題難以掌握學生的答題情況，使得課堂習題往往變成了教師單方面的習題講解。而課后作業也無法監測學生的做題過程，容易出現抄答案和相互抄襲的情況。線上教學中利用具有習題發布和數據統計功能的在線教學平臺反而可以很好地解決這個問題。以雨課堂為例，筆者備課時根據每節課的重難點先準備好系列測試題，其中預習測試題在課前發布用于考查預習效果，課堂測試題提前插入PPT中隨堂作答了解學生對知識點的掌握，課后測試題則在課后發布供學生鞏固性練習。課堂測試題的隨堂發布既可以增加課堂的師生互動，解決學生長時間聽課注意力不集中或掛機聽課的現象，又可以通過答題對錯統計信息及時掌握學生的學習效果，將難點當堂解決，可有效促進學生的學習積極性。而課前預習測試題和課后測試題也使學生平時成績的過程性評價有據可依。例如圖 5為我們針對離子極化專題布置的一次課后作業的答題情況統計，通過該得分分析圖可以了解學生的平均分、各分數段分布等信息，分析數據獲得更方便和準確，對教師把握教學狀態和改進教學方法有重要的作用。教學實踐證明，線上教學的過程性評價功能比傳統課堂教學更具公平性、真實性、及時性、主動性、有效性。利用線上教學的過程性評價優勢，可有效地提供學生的學習積極性和主動性。

圖5 線上課后習題答題得分分析

5 結語

線上教學是利弊共存的“雙刃劍”，教師須結合每個班班情和每節課學情認真備課，對上課課件、課前預習問題、課堂隨堂習題、課后練習、課外知識拓展資源等教學資源進行有效的篩選和整合。同時，備課過程中要針對教學環節進行科學有效的設計，按照“布置自主預習任務–直播教學重難點–課后答疑–在線測驗”等在線教學環節開展教學，尤其是教師應少講、精講，減少不必要的教學環節和重復的教學設計，這樣既可以減少學生長時間盯著屏幕上課的負擔，又可以避免單純的“主播”表演、學生收看的模式。總的來說，應轉變為網絡“導播”，讓學生跟隨教師的指導參與教學互動，提升學生的參與度和專注度，引導學生自主完成學習任務，提高線上教學的教學質量。