結構化學課程線上和課堂教學的探索與實踐*

高 紅,張 穎,樊衍昕,龔 燦

(蘭州大學化學化工學院，甘肅 蘭州 730000)

新型冠狀病毒肺炎疫情蔓延期間，根據“停課不停教、停課不停學”的指導意見[1]，蘭州大學從2020年2月12日開始按照教學計劃進行線上教學。隨著新冠疫情的有效遏制，5月11日全面恢復三年級本科生的課堂教學[2]，現將化學專業結構化學課程的春季學期線上教學、線上教學與課堂教學的銜接、課堂教學進行總結，希望為結構化學課程教學提供參考案例。

1 線上教學

1.1 課前準備

為線上教學的需要，學校將教務管理信息系統與超星學習通網絡教學平臺進行了對接，根據教學進度，教師提前一周將電子版教材[3]和PowerPoint課件通過學習通的“資料”功能上傳至平臺供學生學習。通過學習通發布二維碼組建了課程微信群，征詢學生意見后，根據網絡環境，最終選定騰訊會議作為直播工具，微信群作為課下答疑渠道。

1.2 線上教學的方式

2004年結構化學課程獲批國家級精品課程，是化學化工學院化學專業三年級本科生的必修課程， 54學時，選課學生人數202人，分為2個平行班級授課。線上教學前，我們列出本次課的重點和難點內容，并在微信群和學習通中發布，要求學生根據資料預習新章節。每次課前教師發布“簽到”任務，學生打卡，以115人的班級1為例，學生基本能夠完成學習通簽到，但騰訊會議前兩次線上直播授課的參與學生人數在85～95人之間。此外，學習通的“統計”和“章節學習次數”顯示，除了2月13日第一次課的學習次數為209次外，2月份其余課程僅為40余次。由統計數據可以看出，大部分學生學習的積極性和主動性不夠。針對這一情況，我們改為課堂“回答問題”打卡。

在前兩次直播中，當采用問題教學和啟發教學時，未單獨指定學生進行回答，而是全體同學在騰訊會議的“聊天”界面打出自己的答案，再由教師給出正確答案并講解。為了調動學生學習的主動性和積極性，從第三次課開始，每個問題教師隨機挑選1～2名學生進行回答，其它同學在“聊天”界面給出答案，回答問題相當于打卡簽到。由于是大班授課，我們設置的問題既體現了課程的重點內容，又使回答問題的時間盡量短。例如，光電效應產生的光電子是光子還是電子？若波函數未歸一，則歸一化系數的表達式為？類氫原子的能量表達式？徑向分布函數的物理意義？變分原理的基本內容？分子點群是由對稱元素還是對稱操作構成？等等。通過有效調動學生學習的積極性和主動性，3月份線上授課的學生上課人數占到了總人數的90%以上，3月份學生的學習次數明顯增加，出勤率和學習次數一直保持到了5月全面開學。

在2-5月的線上教學期間，我們采用知識碎片化方式，根據知識點開展教學、進行課堂問答、設置習題和作業，完成了若干知識點的教學，串講了知識點間的聯系和發展。例如，光電效應中波長和能量的表達式與實物粒子的相同，但區別和聯系是什么？類氫原子薛定諤方程自然求解出軌道角動量和玻爾原子結構模型假定的軌道角動量完全不同，原因是什么？從而幫助學生理解相關知識。

1.3 課后輔導

每次課程結束后，我們及時在線上和微信群進行輔導答疑和布置課后作業。從完成作業的情況看，絕大部分同學能夠按時完成，但存在的問題是一個班級的作業大致分成幾個“流派”。由于缺乏與學生面對面交流，線上教學與課堂教學在教學管理和學生反饋等方面存在很大不同，學生是否真正掌握了已學知識，這是線上教學的最大疑問。

2 課堂教學

5月11日開始，我們進行了學生返校后的第一次課堂教學，但大部分學生對授課內容反應緩慢，整體游離于課堂之外。與其它科目授課教師的交流發現，他們的授課班級也存在類似現象。學生們最大的感慨是線上教學沒有學習環境和學習氛圍，學習的自控制能力比較差。基于上述問題，在課堂教學中，我們繼續使用線上教學效果較好的問題式教學和啟發式教學式，使所有學生全部參與到課堂的教與學中。對于所講新內容涉及已學知識時，請1～2位同學闡述相關內容。例如，在講授紫外光電子能譜時涉及到雙原子分子結構和分子軌道理論，典型雙原子分子氧氣和氮氣的軌道能級順序是什么？為何如此排布？每一條譜帶中譜線間隔的大小與振動能級和成鍵反鍵的關系是什么？分子軌道理論的主要內容是什么？當講到晶體的對稱性時，需用到分子對稱性知識，晶體對稱性和分子對稱性的異同有哪些？微觀對稱性與宏觀對稱性的異同是什么？等等，從而不斷加深學生對已學知識的理解和掌握，做到知識的融會貫通。

為了使教師和學生有足夠的時間進行課程學習，保證教學質量，學校將2020年春季學期教學周由原來的17周延長到21周。基于結構化學課程理論性強與難度較高的特點，我們適當采用學生主講、教師輔助的類似于翻轉課堂的教學模式[4-5]，對課程的重點和難點內容進行了復習。例如，在分子的對稱性部分，學生在課堂使用白紙搭建過氧化氫和丙二烯的分子結構，并指出對稱元素，確定分子點群，判斷分子是否具有偶極矩和旋光性？在布拉格方程的學習時有如下題設：若KBr晶體具有NaCl型結構，晶胞參數a=559.6pm，用CuKα射線(λ= 154.05pm)做X-射線粉末衍射，求200衍射的衍射角θ。多數情況下，學生根據布拉格方程和晶面間距公式計算時，會把(100)晶面的二級衍射，當作一級衍射處理，這時我們請一位同學回答衍射指標和晶面指標間的關系，讓學生自己發現錯誤，進行改正，使學生深入理解布拉格方程中各參數的物理意義。從課堂實踐發現，角色發生轉換后，學生的壓力和動力增加，對待每個題設均會認真思考，對不確定的問題進行查閱，同學間相互討論甚至爭論，與線上教學相比而言是“看得見，摸得著”的學習。

3 課程考核與評價

3.1 考核之摸底考試

為了保證線上教學和課堂教學的有效銜接，學生返校后結構化學專門進行了摸底考試，各分數段的學生人數和統計見圖1a。除缺考3人外，共有199位學生參加摸底考試，<40分、40～50分、50～60分、60～70分、70～80分、80～90分和>90分的百分率分別是33.7%、16.1%、15.6%、10.1%、11.6%、10.6%和2.5%，及格人數僅69人。從考試結果看，線上教學內容需要進一步復習和鞏固，為此我們專門進行了課堂復習，對已學的知識點進行了重點講解和提高。為了進一步掌握學生的學習動態，課程增加了兩次過程考核。

圖1 (a) 摸底考試不同分數段的學生人數和百分比 (b) 期末考試不同分數段的學生人數和百分比Fig.1 Number and percentage of students in different grades of the placement test (a) and final exam (b)

3.2 考核之過程考試

在過程性考核中，我們將量子力學基礎、原子和分子結構、分子對稱性和分子結構分析原理作為第一部分，晶體和晶體結構分析原理作為第二部分，分別進行學習的過程性考核。試卷由學生扮演“教師”進行評閱，以平行班1為例，具體做法是將化學1, 2, 3班和放射化學四個小班的試卷按照班級分開，然后分給另一個班的學生隨堂評閱。采用學生為主教師為輔的方式，由學生提供考核題目的參考答案，教師糾正和制定給分點，從而加深了學生對相關知識的理解和掌握，有助于教師掌握學生的學習程度，及時調整教學計劃。

3.3 考核之期末考試

在期末進行的總結性考試中，在期末考試試題難度高于摸底考試試題的情況下，除了緩考2人外，共有200名學生參加了考試，不同分數段的學生人數和統計見圖1b。由圖1b可見，<40分、40～50分、50～60分、60～70分、70～80分、80～90分和>90分的學生比例分別為0.5%、2.0%、5.0%、17.5%、32.5%、27.5%和15%，及格人數達到了185人，不及格人數只有15人。同時，成績主要集中在70～80分和80～90分之間，這兩個分數段學生人數達到了總人數60%，成績優秀率15.0%。

3.4 評價機制

在本學期的教學實踐中，學生的總評成績由摸底考試(20%)，平時成績(30%)和期末考試(50%)三部分組成。摸底考試是對學生線上學習的檢驗，為后續課堂教學提供了參考依據，占20分；過程性考核有助于教師掌握學生的學習動態，適時調整教學計劃，每次占5分，共10分；為了培養學生持之以恒的學習精神，作業完成情況和線上線下“回答問題”打卡分別占10分，共20分；期末總結性考核占50分。由于加強了過程性考核，學生對基礎知識的理解和掌握明顯增強，期末總結性考核的試題難度增加，重在考察基礎知識的運用以及與科學研究的關聯，學生的考核成績說明課程實現了預期的教學目標，達到了預期的培養高度。

4 線上教學和課堂教學的銜接與反思

4.1 線上教學和課堂教學的有效銜接

春季學期的線上教學和課堂教學的銜接由一次摸底考試開始，通過摸底考試對前期線上教學的學習效果進行了評估。根據考試情況，我們對學生難于理解的內容進行了重點講解和串講，鞏固了線下的教學內容，進而合理安排了教學進度和教學內容，確保了疫情下的課程教學質量。

4.2 線上教學和課堂教學的反思

首先，線上教學時學生雖然可以看到授課教師，但教師面對的是電腦屏幕，不能真正掌握學生的課堂表現和學習狀態，無法實時調整教學方法和方式。其次，屏幕上的文字回答和隔著屏幕的問答，更像是一場“開卷考試”和“互助考試”。最后，每個學生所處的學習環境和學習氛圍不盡相同，對他們的學習也會產生一定影響。

目前，新型冠狀病毒疫情在國內雖然得到了有效遏制，但局地仍時有發生，線上教學在一段時間內也許會持續進行。在今后的線上教學中，首先，我們要繼續學習同行們線上教學的寶貴經驗，進一步加強課堂管理，如毛雙老師在其論文中所述[6-7]，從觀看PowerPoint的時長、到課率、彈幕次數等考察學生的課堂參與度，在期末的考核中進行量化評分；擅用網絡資源，例如雷鳴老師開展的基于線上直播平臺+線上課程資源及管理平臺的教學模式[8]，都是結構化學線上教學中可以參考的實例。其次，為了提高線上教學的質量，授課教師要投入比課堂教學更多的努力，例如隨堂測試，若每個學生收到的試題均不相同，則可能會達到更好的測試效果。最后，需要學校和社會的共同努力，當網絡達到一定速度，教師可以從屏幕上看到每一位學生，網絡教學也就成了課堂教學。

在春季學期的課堂教學中，增加了一次摸底考試和兩次過程性考核，對于掌握學生的學習動態和提高學生的學習主動性起到了積極作用。過去學生的課程成績主要由期末考試決定，試題更側重基礎知識考察，而過程性考核加深了學生對基礎知識的理解，即使增加了期末考試的難度，學生仍然取得了較好的成績，這堅定了我們在教學中堅持過程性考核，在今后的教學工作中我們將探索更多樣化的過程性考核方式。

5 結 語

結構化學課程完成了線上教學和課堂教學的所有教學任務，通過摸底考試評估了線上教學和學生的學習效果，通過重點講解、串講和增加過程性考核等方式鞏固了教學內容，適當采用學生為主、教師為輔的教學模式提高了學生學習的積極性和主動性，從而有效保證了疫情期間課程的教學效果和教學質量。