基于學生思維能力培養的有機化學實驗線上線下混合式教學與實踐初探*

李靜靜，熊幫云，聶寶華，鄧前軍，陳東初

(佛山科學技術學院材料科學與氫能學院，廣東 佛山 528000)

有機化學實驗是大學本科化學化工、材料、生物、環境等相關專業重要的實驗基礎課程，通過該課程的學習，學生不僅需掌握實驗的基本原理及操作方法，還需掌握各個實驗步驟背后的目的、實驗現象的解釋、實驗數據的分析，并且能夠將其撰寫成為實驗報告。通過一系列驗證性、綜合設計實驗的學習，不僅要夯實有機化學理論知識，而且要培養自身實事求是、嚴謹認真的態度，且在實驗過程中學會分析、總結，繼而獲得系統性、批判性、創造性思維的能力，最終實現解決問題能力的提升。

1 有效教學理念的強調

有機化學實驗作為一門基礎性實驗課程，要充分強調有效教學的教學理念，通過課堂理論知識的講解，讓學生在實驗操作中加強思考和培養動手操作能力，并能夠及時反思總結學習過程。教師要在實際的實驗教學中關注學生的進步和發展，這其中不僅是學生按照要求對操作步驟的執行以及實驗報告的完成，更應該是內涵式教學的綜合體現，包括學生思考、學習、創新、總結以及解決問題等能力的培養，教師要從這一教學理念出發進行教學設計和教學反思，以促進有機化學實驗教學質量的提升和學生綜合學習能力的提升。

2 多元化教學方法的運用-以正溴丁烷的制備為例

通常來講，有機化學實驗教學采用的一貫教學模式和方法為課前預習并撰寫預習報告，課上教師講解實驗目的、實驗原理、實驗步驟及注意事項后，由學生進行分組實驗操作，課后整理并分析數據，最后撰寫實驗報告。該教學模式初衷是讓學生帶著實驗預習基礎聽教師講解實驗要點，明晰實驗原理和操作要點后規范操作并撰寫實驗報告。但是，有機化學實驗實際教學過程中仍然存在一系列問題，比如學生因在預習階段對新知識缺乏了解、對實驗原理理解不透且主動性不強，課前預習效果較差；而課堂上，學生對教師講解的實驗原理、操作方法、實驗步驟以及注意事項等又不能完全接受和消化，機械地按照實驗步驟進行操作，如在粗產物正溴丁烷洗滌過程中(水洗、濃硫酸洗、水洗、飽和碳酸氫鈉溶液洗、水洗)，粗產物正溴丁烷用不同的溶液洗滌，所在的液層位置不同，倘若不加分析思考就會判斷錯誤，從而在實驗過程中出現操作不當、失誤以及“知其然不知其所以然”的情況；課后在實驗報告的撰寫過程中體現不出學生對實驗原理的理解程度以及對實驗結果和原因分析是否到位。為了更好地解決在實際教學中出現的各種問題，加強實驗教學過程中教師“教”和學生“學”的效果，就要在傳統教學方法上進行改革。

2.1 結合虛擬仿真、教學視頻以及線上討論，營造沉浸式預習氛圍

目前有機化學實驗教學的預習階段是由學生在課前對實驗原理、步驟等進行預習，并寫成一份預習報告，但是這個過程由于學生缺乏學習的主動性、對實驗原理因不了解而不感興趣等原因，預習效果不佳。為了很好地解決這個問題，可以采取學習群的方式將預習階段以作業的形式布置，打破學生散漫的預習現狀，由淺層次學習向深層次討論延伸，組織學生登陸虛擬仿真平臺，了解相關的實驗目的、原理、步驟等，通過軟件操作了解實驗需要的藥品、裝置以及各種注意事項，學生在情境式教學氛圍中進一步學習實驗操作要點，達到沉浸式預習的目的，學生還可以在仿真系統中進行實驗講解以達到參與式教學的目的。不具備虛擬仿真條件的實驗，學生可以通過教師提供的校內外課程教學視頻資源進行學習并進行分組講解。預習階段仿真操作或者視頻學習過程占時10～15 min左右(視實驗的操作量而定)。經過教材和虛擬仿真、教學視頻資源等學習之后，分組進行線上討論5～10 min。即由學生主體組織問題的提出，繼而通過充分討論解決疑問，然后形成各自的預習報告。通過這種結合了虛擬仿真、教學視頻和線上討論的學習模式，學生可以在沉浸式實驗預習中進行主動學習，提出問題、思考問題和解決問題的能力得到提升，大大提高了預習效果。

2.2 線上線下混合式教學，充分發揮教師的引領、督導作用

教師的引導作用要貫穿課前、課中、課后各個階段，教學過程中應該由學生被動接受知識的模式轉向學生主動汲取知識的模式，但是這一過程需要教師的高效引導，這就需要借助方便、高效的線上線下混合式教學方法[1-2]。課前，教師建立學習群或通過線上會議向學生導入要開展的實驗內容，包括實驗原理、實驗目的、實驗步驟、藥品和試劑、實驗裝置等，導入可以通過實驗演示視頻、仿真實驗、ppt等多種形式，如表1所示。導入過程中要引導學生思考正溴丁烷的制備是基于什么反應原理？制備過程中雜質因何而來，如何除去?教師在為學生導入這些內容時還要提出實驗預習的要求和需要進一步思考的問題，并且給學生預留一定的時間供其充分思考、探討。課堂上，在教師的引領下充分尊重學生的主體地位，這一主體地位不單單是通過實驗操作體現，還應包括學生根據個人理解闡述實驗原理以及每一個實驗操作步驟背后的目的，當然還有問題的解答。這樣一來，在教師的引領下，學生經過充分的預習、思考和討論，對實驗原理、實驗步驟等有了充分的認識，取得良好的學習效果。

表1 課前導入-正溴丁烷的制備

2.3 以學生為中心，培養學生系統性、創新性思維能力

以正溴丁烷制備為例，經過課前導入，以學生為主體地位對實驗原理和實驗步驟進行沉浸式預習、講解與討論，學生對實驗中可能會遇到的問題有了清晰的認識，比如投料順序，粗產品蒸餾終點的判斷，各步洗滌后產物層的位置等。學生的求知欲和主動性被這種引導式教學最大程度地調動起來，從而進入主動操作和探索的過程。教師主動講解、學生被動學習的模式被學生沉浸式預習、提出問題并主動討論繼而解決問題的模式取代，以學生為主體地位的參與式教學[3-4]打破了按部就班復制實驗步驟的死板模式，課堂教學從而被賦予新的活力。學生對理論知識的理解和有關想法可以在實驗操作過程中得到驗證，并且學生可以根據自己的理解對整體的實驗步驟、實驗現象、實驗數據等進行系統性分析，綜合提高自身思維能力和學習能力，達到提高學習效果的目的。有機化學實驗不僅是實驗實踐能力的鍛煉，更是比較、分析、歸納等思維能力的滲透[5]。

實驗后，經過以上一系列的學習、思考和實驗操作，學生需要根據自己對實驗知識和內容的理解以及對實驗數據的分析與思考，總結出一份客觀的但又體現個人學習效果和思考能力的實驗報告。這份實驗報告不僅要包含對實驗現象和數據的科學分析和總結，呈現的不單單只是一份看似完美或者不完美的數據結果，更應包含對實驗成功或失敗的原因分析，實驗步驟中失誤的原因以及引起的后果。實驗報告的撰寫過程也是學生思辨能力、分析問題能力以及總結問題能力的綜合體現。因此，在有機化學實驗教學中，注重對學生自我學習能力、思考能力、分析和解決問題能力的培養也是我經常思考的問題之一。有的學生因在實驗操作過程中出現失誤或者實驗結果不理想就認為這是一次失敗的實驗，實則不然，如果學生能夠針對實驗過程每一個實驗步驟背后的目的、實驗失誤的原因、實驗產率低的原因以及實驗現象等深入思考，對以上各個問題認真回答幾個“為什么”，那么對實驗內容的理解則更加深刻，而這種思考和鉆研在實驗報告上是可以得到體現的。因此，在實驗教學當中，要注重培養學生主動學習和思考，提高系統性思維和創造性思維能力。總之，一切教學方法都要圍繞充分調動學生學習的積極性、主動性、創造性以及培養并提高學生提出問題和解決問題的能力進行。

2.4 全方位評價，培養學生科學、嚴謹的實驗素養

為了充分調動和激發學生的學習熱情，應改變根據實驗結果、實驗報告完成情況給出學生成績的單一評價模式，評價結果應包含學生的學習態度和學習水平、實操水平、思考問題與解決問題的能力等各方面，并且評價應結合教學并服務于教學[6]。在有機化學實驗的教學中，學生科學嚴謹的實驗素養需要從操作細節中進行點滴培養，從桌面、儀器清洗整理，到試劑藥品取用、實驗現象和數據的及時記錄以及分析總結實驗數據和實驗原因，繼而撰寫實驗報告。因此，需要根據學生的預習掌握情況、課堂講解和回答情況、實驗操作熟練程度與規范、實驗后儀器藥品整理情況、實驗報告完成情況、衛生打掃等各方面進行全面綜合評價，讓學生在具體的實驗操作過程中逐漸養成科學、嚴謹、認真的實驗素養，為高素質工程技術人才的培養奠定基礎[7]。

3 結 語

針對目前有機化學實驗教學中學生學習主動性不強、缺乏有效思考等問題，本文基于學生思維能力培養和提高，以教學理念和教學方法為支點進行深入探討，引入虛擬仿真、教學視頻、線上討論等多種教學方法為學生營造沉浸式預習氛圍，借助線上線下混合式教學，以學生為中心，加強教師引導作用，著重學生主動思考問題與解決問題能力的培養，切實有效提高學生自主學習能力、系統性和創新性思維能力以及科學嚴謹實驗綜合素養。希望有機化學實驗教學實踐中的初步探索對有機化學實驗教學質量的提升、學生成長成才的培養有所裨益，同時也希望能夠服務于我校材料、環境等專業的人才培養，為我校高素質工程技術人才的培養助力。