混合式教學模式在結構化學課程中的探索與實踐

關麗麗，蔡穎，宋金玲，肖淑艷，胡鋒，趙鑫

內蒙古科技大學材料與冶金學院，內蒙古 包頭 014010

結構化學是利用量子力學基礎，從微觀層次上研究原子、分子、晶體結構及結構與性能關系的一門基礎科學。由于課程的研究對象是抽象的微觀體系，因此理論性較強，內容晦澀難懂。在課程學習過程中，不僅要求學生具有一定的數理知識，同時要具有嚴密的邏輯思維能力和一定的空間想象力，導致多數學生存在畏難和抵觸心理[1-3]。此外，現階段，在有限的課堂學時內，傳統的面授、灌輸式的教學方法已無法充分調動學生學習的積極性和主動性，因此必須針對結構化學課程進行適當的教學改革，例如開展模型實習、討論課、翻轉課堂及在線教學等[4-6]。本文介紹了線上線下混合式教學模式在結構化學課程中的探索與實踐。

結構化學混合式課程設計與建設方案如圖1所示。具體內容包含課前學生的自主學習，主要為教師發布的教學平臺內容及知識點自測；線下內容主要針對課程內容中知識點的串講，以及針對線上自主學習中普遍出現的問題進行集中解析，課后學生對重要知識點進行鞏固練習。

圖1 線上、線下混合教學模式方案

1 線上課程平臺建設

本課程基于優慕課在線教育平臺開展線上內容建設[7]。按照結構化學課程的教學大綱，將教學內容劃分為學習單元，各單元學時的分配可查閱平臺中“課程信息”模塊下的教學大綱。每個學習單元下設置具體的學習內容，包括課件資源、“單元導學”模塊及知識點學習。通過思維導圖建立知識點關聯性，幫助學生了解本單元的知識點、學習目標及學習進度。

圖2列舉了單元4(分子的對稱性)的導學內容。導學中首先明確了教學要求，并建立單元知識點導圖，模塊中不同顏色代表了知識點的掌握程度，同時細化每部分的學習進度。例如，第一個模塊為對稱操作和對稱元素，其中有三個重要知識點，包括旋轉軸、對稱中心以及鏡面。學生了解知識點掌握程度的同時，可以按照課前及課后自主安排學習時間，便于學生從整體上把控學習強度并合理安排學習進度。

圖2 單元導學(單元4“分子的對稱性”)

學生通過“學習單元”的學習掌握知識點，并且針對一些需要重點掌握的教學內容，還可通過“例題精講”模塊加深理解。例如在單元4中，分子全部對稱元素及所屬點群的判定是這一章節的重要知識點，部分學生在單元學習后仍無法準確地進行判斷，經常出現點群判斷錯誤或無法找出全部的對稱元素，故而在單元4模塊下增加了典型分子如苯、間苯三酚、乙烯、環丙烷等的三維立體構型及動態旋轉圖，如圖3所示，并對其進行說明，使學生通過分子結構可視化深刻理解這一知識點的判定。此外，學生也能夠通過“單元小測”模塊及時掌握自主學習的效果。同時，線上課程平臺開設討論區，學生可以通過討論區與教師及其他同學展開交流討論，對不理解的知識點進行溝通，促進學習效果的提升。

圖3 單元4“例題精講”模塊下的課程建設內容

此外，平臺增加了“知識拓展”模塊，在該模塊下學生可自行下載典型晶體如CaF2、NaCl、金剛石、石墨等材料的.vesta文件。除了在課堂上搭建晶體球棍模型之外，還可以通過Vesta晶體結構可視化軟件了解晶系、點陣及晶面指數等內容，增加學習趣味性[8]。例如，圖4是學生通過Vesta軟件打開的CaF2和NaCl的晶體結構圖。其中，圖4a中黃色區域表示的是CaF2的(110)晶面，由Vesta工具欄中的Lattice planes選項實現，圖4b為面心立方NaCl的多面體形式，從圖中可以很清晰地看出Cl-的配位數為6，即八面體配位。通過三維結構的可視化，在激發學生學習主動性的同時，能夠使學生更好地掌握晶系、空間點陣等晶體結構的知識點。

圖4 晶體結構圖

2 線上內容與線下的有機結合

結構化學課程線下內容的建設，主要針對線上學習效果進行知識點串講及重難點解析，并根據線上測試的反饋結果，及時調整線下面授的教學方案。例如，圖5為線上平臺單元2(原子的結構和性質)中五個知識點的掌握情況，匯總樣品數為64。從分析結果可以看出，在“原子的結構和性質”這一單元中，學生對知識點的掌握總體情況良好，10%左右的學生對徑向分布函數及多電子原子軌道能的學習效果不理想。因此，根據這一反饋結果在線下的面授課程中加以強調，通過線上反饋結果及時調整線下課程的內容，實現線上線下的優勢互補。

圖5 線上平臺單元2(原子的結構和性質)知識點小測分析結果

同時，為了調動學生在線下面授課堂中的積極性，課程采用了微助教平臺進行隨堂學習檢測[9]。例如，圖6所示為線下授課中通過價層電子對互斥理論(VSEPR)判斷分子構型這一知識點的考查情況，測試以三道選擇題的形式出現，學生參與率為80%以上，因此基本上能夠調動大多數同學參與課堂活動。此外，通過測試發現，該知識點的正確率在第一次練習時僅為50%，通過教師根據反饋結果對知識點進行重點解析后，正確率提高到了85%、93%，因此該方式有助于教師及時了解學生對知識點的掌握情況，以便做出調整。

圖6 線下授課中微助教平臺知識點測試結果圖

3 結語

將混合式教學模式應用于結構化學課程的教學中，將線上自主學習與線下面授有機結合起來，充分利用現代化學習平臺及專業軟件，加強學生對抽象知識的理解，引導學生自主學習，構建知識框架，提高課堂教學效率，確保課程教學質量。通過線上教學平臺，教師可及時掌握學生學習效果并根據反饋結果調整線下面授內容，充分體現了教師的主導作用及學生的主體作用，使學生取得了較好的學習效果。