翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法在無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課中的實(shí)踐
——以離子的鑒定和未知物鑒別實(shí)驗(yàn)為例*

苗金玲，于潔玫，朱沛華，楊紅曉，陳 潔

(濟(jì)南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東 濟(jì)南 250022)

1 翻轉(zhuǎn)課堂介紹與教學(xué)目標(biāo)

課堂教學(xué)方法的選擇、設(shè)計(jì)和應(yīng)用直接關(guān)系到學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和對(duì)知識(shí)的掌握程度，無(wú)疑是決定教學(xué)效果的重要環(huán)節(jié)之一。目前已形成的教學(xué)方法有十幾種[1-3]，每一種教學(xué)方法都有其優(yōu)勢(shì)，但不是每一種教學(xué)方法都有普適性，需要教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容選擇合適的教學(xué)方法。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法是本世紀(jì)初自美國(guó)流行起來(lái)的、以學(xué)生為中心的一種方法[1]。這種教學(xué)法經(jīng)典的做法是學(xué)生在課前或課外觀看教師的視頻講解，自主學(xué)習(xí)，教師不再占用課堂時(shí)間來(lái)講授知識(shí)，課堂變成了老師學(xué)生之間和學(xué)生與學(xué)生之間互動(dòng)的場(chǎng)所，包括答疑解惑、合作探究、完成學(xué)業(yè)等，從而達(dá)到更好的教育效果。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法引進(jìn)中國(guó)后，因?yàn)閷W(xué)生特點(diǎn)的多樣化，經(jīng)歷了本土化過(guò)程，呈現(xiàn)多態(tài)發(fā)展，但以學(xué)生為中心的理念均得到體現(xiàn)。

無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)化工相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的必修課，其教學(xué)目的是驗(yàn)證無(wú)機(jī)化學(xué)理論，加深學(xué)生對(duì)理論內(nèi)容的認(rèn)識(shí)；展示無(wú)機(jī)化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力；練習(xí)實(shí)驗(yàn)操作，培養(yǎng)學(xué)生的操作技能。此課程一般在大學(xué)一年級(jí)開(kāi)設(shè)。課程學(xué)習(xí)效果，不僅關(guān)系到本門(mén)課程目標(biāo)的達(dá)成度，還關(guān)系到學(xué)生對(duì)后續(xù)課程學(xué)習(xí)的積極性，甚至是對(duì)專(zhuān)業(yè)的認(rèn)同和熱愛(ài)度。因此，這門(mén)課的任課教師需要站好崗，守好渠，發(fā)揮好主導(dǎo)作用，爭(zhēng)取最佳的教學(xué)效果。為達(dá)此目的，需要從多方面進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，其中教學(xué)方法的選擇，無(wú)疑是最重要的環(huán)節(jié)之一。

在教學(xué)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂法對(duì)于那些實(shí)驗(yàn)操作學(xué)生已經(jīng)較為熟練，原理利用無(wú)機(jī)化學(xué)理論知識(shí)容易理解的一些實(shí)驗(yàn)，非常適用。離子鑒定和未知物鑒別實(shí)驗(yàn)正是這樣的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，其教學(xué)目標(biāo)是自主運(yùn)用所學(xué)的元素及化合物的基本性質(zhì)，進(jìn)行常見(jiàn)物質(zhì)的鑒別；進(jìn)一步鞏固常見(jiàn)陽(yáng)離子和陰離子重要反應(yīng)的基本知識(shí)；養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度；培養(yǎng)自主探索能力和創(chuàng)新意識(shí)；提高團(tuán)隊(duì)合作能力。我們將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法應(yīng)用于此實(shí)驗(yàn)課，較好了達(dá)成了教學(xué)目標(biāo)，取得了良好的教學(xué)效果。

2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐過(guò)程

2.1 教學(xué)內(nèi)容及要求

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為：設(shè)計(jì)方案，完成下面三項(xiàng)任務(wù)[4]：

(1)鑒別三種黑色或近黑色的氧化物：CuO、MnO2、PbO2。

(2)不借用其它化學(xué)試劑(水、pH試紙除外)鑒別四種白色固體：SnCl2、BaCl2、Na2CO3、NaCl。

(3)鑒別四種硝酸鹽溶液：AgNO3、Pb(NO3)2、Zn(NO3)2、Al(NO3)3。

2.2 學(xué)情分析

本實(shí)驗(yàn)涉及到的操作包括試管使用、水浴加熱、離心操作，這些操作在之前的“儀器認(rèn)領(lǐng)及簡(jiǎn)單操作訓(xùn)練”實(shí)驗(yàn)中都已經(jīng)練習(xí)過(guò)，學(xué)生已經(jīng)熟練掌握。學(xué)生已完成無(wú)機(jī)化學(xué)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，有了相關(guān)的知識(shí)積累。學(xué)生需要做的是綜合所學(xué)知識(shí)，用于具體離子的分離和鑒定，設(shè)計(jì)出切實(shí)可行的方案并實(shí)踐。

2.3 教學(xué)過(guò)程

圖1 教學(xué)活動(dòng)過(guò)程Fig.1 Process of teaching activities

為了各種教學(xué)活動(dòng)能夠順利進(jìn)行，我們依托學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，創(chuàng)建了豐富的網(wǎng)上教學(xué)資源。整個(gè)教學(xué)實(shí)施過(guò)程如圖1所示。我們以最新一期教學(xué)活動(dòng)為例，闡述教學(xué)實(shí)施過(guò)程。課前教學(xué)活動(dòng)有三部分，首先以宿舍為單位將學(xué)生自然分組，每組6～8人。這樣的安排有利于學(xué)生之間的討論，也有利于目前的疫情防控。然后，教師在課程QQ群內(nèi)發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生觀看線(xiàn)上離子鑒定和鑒別概論的講解視頻和設(shè)計(jì)要求，查閱無(wú)機(jī)及分析化學(xué)課本和網(wǎng)絡(luò)資源，以小組為單位設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，于實(shí)驗(yàn)前24 h 在QQ群內(nèi)提交，并準(zhǔn)備課上分享和討論。教師整理學(xué)生方案，制成PPT以備課上展示討論。

課堂上，教師通過(guò)騰訊會(huì)議共享屏幕展示學(xué)生的設(shè)計(jì)方案，引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位講解自己的設(shè)計(jì)思路，其他小組參與討論設(shè)計(jì)方案的可行性。對(duì)于確定不可行的方案直接舍棄，對(duì)于不能確定的方案和可行的方案，則進(jìn)一步討論實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，完成未知物的鑒別。如果有小組的設(shè)計(jì)方案是不可行的，可以參考教師給的方案進(jìn)行未知物的鑒別。同學(xué)們對(duì)這種形式的課堂非常歡迎，討論熱烈，氣氛活躍。

通過(guò)討論，同學(xué)們?yōu)榈谝唤M三種黑色物質(zhì)的鑒定，選擇了六種可行和較可行的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，第二組物質(zhì)的鑒定因?yàn)殍b定要求的限制，可發(fā)揮的余地不大，設(shè)計(jì)方案比較統(tǒng)一。對(duì)于第三組的鑒定，我們也篩選了四種設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)確定。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束，學(xué)生們對(duì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行匯報(bào)。第一組的六種方案中，只有第一種方案(圖2A)與預(yù)期的完全相同，圖2B～圖2E方案的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與預(yù)期有出入，而圖2F方案不可行。出乎我們的預(yù)料，圖2B方案中未發(fā)現(xiàn)PbO2與Na2SO3的明顯反應(yīng)，而PbO2是強(qiáng)氧化劑，Na2SO3是強(qiáng)還原劑，兩者的反應(yīng)理論上容易進(jìn)行，但即使大量的Na2SO3加入PbO2也未見(jiàn)明顯反應(yīng)，可能是此反應(yīng)的速率較小。圖2C方案中，CuO與濃鹽酸反應(yīng)后的溶液是綠色，而非預(yù)期的藍(lán)色，可能是反應(yīng)生成的CuCl2進(jìn)一步與Cl-反應(yīng)，生成CuCl4-的緣故。并且，PbO2與濃鹽酸的反應(yīng)液因溶解部分Cl2而呈現(xiàn)黃色。圖2D和圖2E方案都利用了雙氧水，雙氧水與PbO2的反應(yīng)產(chǎn)生大量的氣泡，并生成紅色沉淀，說(shuō)明PbO2與雙氧水的反應(yīng)，不同于MnO2對(duì)雙氧水的催化分解，而是發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成PbO和氧氣，這個(gè)反應(yīng)很少出現(xiàn)在教科書(shū)中，學(xué)生通過(guò)實(shí)踐獲得新的知識(shí)，很興奮，學(xué)習(xí)熱情高漲。有資料闡明PbO2具有一定酸性，可溶于濃堿[5]，但實(shí)驗(yàn)過(guò)程未見(jiàn)PbO2和40%氫氧化鈉溶液反應(yīng)，甚至飽和氫氧化鈉溶液也未明顯反應(yīng)，說(shuō)明圖2F方案是不可行的。

圖2 學(xué)生設(shè)計(jì)的第一組物質(zhì)的鑒別方案Fig.2 Identification scheme of the first group of substances designed by students

第二組化合物的鑒別方案如圖3所示，實(shí)驗(yàn)證明是可行的，實(shí)驗(yàn)和理論得到相互印證。

圖3 學(xué)生設(shè)計(jì)的第二組物質(zhì)的鑒別方案Fig.3 Identification scheme of the second group of substances designed by students

通過(guò)教學(xué)，學(xué)生不僅通過(guò)實(shí)踐學(xué)到了課本上沒(méi)有的新知識(shí)，也切實(shí)感受到了理論與實(shí)踐的相互依存關(guān)系，理論可以指導(dǎo)實(shí)踐，但理論要成立也需要實(shí)踐的支持。課后，教師將切實(shí)可行的有新意的設(shè)計(jì)方案上傳網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)，并進(jìn)行置頂展示，以起到榜樣示范作用。學(xué)生整理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告并提交，教師及時(shí)批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并將實(shí)驗(yàn)報(bào)告情況反饋給學(xué)生，便于學(xué)生查缺補(bǔ)漏。

圖4 學(xué)生設(shè)計(jì)的第三組物質(zhì)的鑒別方案Fig.4 Identification scheme of the third group of substances designed by students

3 教學(xué)效果、和傳統(tǒng)課堂教學(xué)的比較

我們將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法應(yīng)用于“離子鑒定和未知物鑒別”實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)經(jīng)歷了兩個(gè)學(xué)期的實(shí)踐，最直觀的教學(xué)效果是學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)得到大幅提升。對(duì)兩個(gè)學(xué)期132名學(xué)生的成績(jī)統(tǒng)計(jì)顯示，實(shí)驗(yàn)報(bào)告平均分高達(dá)95分，而傳統(tǒng)教學(xué)法，每年平均分為85左右。讓我們驚喜的是，所有學(xué)生報(bào)告的物質(zhì)鑒定結(jié)果都是正確的，而采用傳統(tǒng)教學(xué)方法時(shí)，總有大約20%學(xué)生的鑒定結(jié)果是錯(cuò)誤的，出錯(cuò)的原因是對(duì)鑒定原理理解不透徹。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，學(xué)生的設(shè)計(jì)方案在課堂上通過(guò)充分討論和驗(yàn)證，學(xué)生對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)更加深入，與傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，學(xué)生的認(rèn)識(shí)已經(jīng)高了一個(gè)層次，實(shí)踐起來(lái)自然游刃有余。也就是說(shuō)，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)現(xiàn)了教學(xué)的高階性。

第二學(xué)期課后，我們對(duì)64名學(xué)生的學(xué)習(xí)情況做了問(wèn)卷調(diào)查(表1)，從調(diào)查結(jié)果可見(jiàn)本次教學(xué)充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，課前和課上討論參與度均達(dá)87%以上。在討論過(guò)程中，學(xué)生明確了實(shí)驗(yàn)方案、操作更有針對(duì)性，自然得到合理的鑒別結(jié)論。課堂充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，學(xué)生通過(guò)自己的努力，解決了實(shí)際問(wèn)題，獲得了極大的成就感，也就對(duì)課堂具有較高的滿(mǎn)意度。同時(shí)正如同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)報(bào)告中所總結(jié)的，“本次課鍛煉了自己對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力，促進(jìn)了對(duì)問(wèn)題的探索和思考，鍛煉了交流表達(dá)能力和創(chuàng)新思維”。

表1 課堂效果問(wèn)卷調(diào)查T(mén)able 1 Questionnaire survey of teaching effect

4 結(jié) 語(yǔ)

作為化學(xué)化工相關(guān)專(zhuān)業(yè)的必修基礎(chǔ)課，無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果至關(guān)重要。為呈現(xiàn)靈活多樣的課堂，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，我們根據(jù)各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了不同的教學(xué)方法。對(duì)于部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，我們采用了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法。本文展示了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法在“離子分離和未知物鑒別”實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。該教學(xué)法的應(yīng)用取得了良好的教學(xué)效果，在提高學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)的同時(shí)，鍛煉了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的應(yīng)用能力，促進(jìn)了他們對(duì)問(wèn)題的探索和思考，也培養(yǎng)了他們實(shí)事求是的科學(xué)精神和創(chuàng)新思維。