大学化学, 2018, 33(8): 5-9 doi: 10.3866/PKU.DXHX201803013

教学研究与改革

翻转课堂模式在旋光度测定实验教学中的应用

奥美珍,

The Application of Flipped Classroom Mode in the Laboratory Teaching of Optical Rotation Measurements

AO Meizhen,

通讯作者: 奥美珍,Email: eryijiuyijiu@126.com

收稿日期: 2018-03-5   接受日期: 2018-03-26  

Received: 2018-03-5   Accepted: 2018-03-26  

摘要

以糖类物质旋光度的测定为例,探索了翻转教学在医学院校基础有机化学实验教学中的应用。包括设计任务书、制作教学视频及文档、查找相关文献、课堂活动、教学总结及反思等多个环节。实践表明,翻转课堂在实验教学中的应用,改善了课前预习流于形式的状况,培养了学生主动学习的能力,激发了医学专业学生对基础有机化学实验的学习兴趣。

关键词: 翻转课堂 ; 实验方法 ; 有机化学实验 ; 旋光度

Abstract

Taking the determination of optical rotation of carbohydrate as an example, the paper explores the application of flipped classroom in the laboratory teaching of organic chemistry in medical colleges. The instructional design includes designing the learning task list, making the teaching video and documents, finding the relevant literature, organizing class activities and evaluating the teaching effect. In general, the application of flipped classroom in laboratory teaching improves the status that pre-class preparation is a mere form, cultivates students to learn on their own initiative, and stimulates medical students' interest in basic organic chemistry experiments.

Keywords: Flipped classroom ; Experimental method ; Organic chemistry experiment ; Optical rotation

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奥美珍. 翻转课堂模式在旋光度测定实验教学中的应用. 大学化学[J], 2018, 33(8): 5-9 doi:10.3866/PKU.DXHX201803013

AO Meizhen. The Application of Flipped Classroom Mode in the Laboratory Teaching of Optical Rotation Measurements. University Chemistry[J], 2018, 33(8): 5-9 doi:10.3866/PKU.DXHX201803013

翻转课堂模式是一种新型的教学模式,真正实现了“以学生为中心”的教学理念。翻转课堂不仅可以应用于理论课的教学中[1-4],近年来在实验教学中也有一定的应用探索[5-11]。如首都医科大学施致雄等[10]介绍了“高效液相色谱法测定饮料中的山梨酸与苯甲酸”实验的翻转课堂教学设计过程;西安交通大学理学院王海霞等[11]探索了翻转课堂模式在光度法测铁实验教学中的应用,结果证明翻转课堂教学模式可以激发学生的学习兴趣,有效地提高实验教学效率。

旋光性物质旋光度的测定是一项重要的有机化学实验技术[12-16]。某些糖类物质具有旋光性,且糖类物质对维持人类的生命活动起着至关重要的作用,因此糖类物质旋光度的测定实验是医学院校基础有机化学实验之一。本文探索了翻转课堂教学模式在该实验教学中的应用,即在教师的引导下,充分发挥学生的主体作用,旨在提高学生的学习兴趣、实验兴趣以及培养学生的科研能力和整体素质。

1 传统化学实验课现存问题

目前,基础有机化学实验教学中多采用“课前预习–教师讲解–学生模仿–完成实验报告”的传统教学模式,在整个教学过程中,教师是教学的中心,起着主导作用,学生基本上处于被动学习的状态,很难真正激发学生的学习兴趣。总结发现,基础有机化学实验教学中主要存在以下问题:

1)学生在书写实验预习报告时,照抄实验指导书的现象较为严重,预习流于形式,这一问题应该引起大家的足够重视。以“糖类物质旋光度的测定”实验为例,对于旋光度计算及旋光仪的原理,在理论课堂上教师会详细讲解,因此学生预习实验时对于这部分内容应该比较容易理解。但是在旋光仪的使用上(包括装液、读数等),学生只是通过实验指导书上的介绍并不能够很直观地理解并掌握,这就直接导致学生在书写预习报告时照抄实验指导书。

2)在传统的讲授法教学模式下,教师在有限的课时内面向同一班级的学生只能讲授相同的内容。但是由于同一班级学生的知识基础以及理解和动手能力存在较大差异,因此传统的教学方法并不能很好地满足不同层次学生的需要。对山西医科大学汾阳学院2017级医学检验专业学生的调查显示,在中学阶段选修有机化学的学生占70%–80%,对旋光度以及旋光仪有所了解的仅占20%–30%,可见学生的基础知识水平参差不齐,因此在条件允许的情况下有必要加强学生的自主学习。

3)在传统教学模式下,课堂上教师把大量的时间用来讲解实验项目的原理及演示具体实验操作,学生来不及消化知识,只能用剩下的有限时间机械地以模仿的方式进行实验操作,导致一些学生并不能在规定时间内完成实验,出现抄袭实验数据的现象。即使大多数学生能够顺利完成实验,但教学效果很不理想,实验结束后学生很快就会忘记实验内容,甚至对实验具体操作都记得不太清晰准确,并未将理论与实验相结合。

2 翻转课堂模式下的教学目标

基础有机化学实验是将基础理论知识运用于实验操作并与之有效融合的一门实验课程,在巩固理论基础知识、培养动手能力和综合分析能力、激发创新性思维等方面都起到了非常重要的作用。根据医学院校化学学科的课程特点以及课时数的分配,考虑到学生的基础水平,我们设计将“翻转课堂”教学模式应用到基础有机化学实验教学中,希望能改善目前实验教学中存在的一些问题,达到以下2个目标:

1)解决目前基础有机化学实验教学中学生在预习实验时照抄实验指导书,以及课后完成实验报告时不能准确回答思考题和抄袭实验数据的问题。

2)根据翻转课堂的教学特点,真正实现师生自身角色转变,使学生成为教学课堂过程中的主体,教师起一定的主导作用,促使学生主动学习、积极思考,培养学生的自主学习和探索能力,激发学生对化学知识的兴趣。

3 翻转课堂模式下的教学设计与实施

翻转课堂的教学模式,旨在让学生成为课堂的主体,基本教学流程是“学生自觉主动学习–提出问题–与教师互动交流–解决问题”。为此,我们设计了翻转课堂模式下基础化学实验的具体流程,如图1所示。

图1

图1   实验教学中翻转课堂模式流程图


3.1 课前准备

教师在学生做完上次实验后将下个实验项目的任务书、视频、文献及检测题发给学生,学生有不少于一周的时间根据任务书有针对性地观看视频、查阅文献、完成课前检测,书写预习报告并提出可能存在的困难。

3.1.1 任务书

不同类型的实验项目,对学生实验技能培养的侧重点不同,教师根据教学目标,对学生提出不同的预习要求。例如,基础有机实验中“糖类物质旋光度的测定”,侧重培养学生的实验操作技能以及学生对旋光仪构造、工作原理、比旋光度计算公式的掌握,巩固学生关于旋光性这部分的基础知识并加深对旋光性物质的理解。任务书内容包括:学生应该掌握的本次实验的原理、方法、仪器使用操作、数据处理、注意事项等。

3.1.2 视频及文献

根据任务书,教师制作和查找教学视频和相关文献,包括必看和选看的。视频及文献是学生预习实验的主要参考材料,教师必须认真准备,激发学生的学习兴趣,真正达到预习效果。针对“糖类物质旋光度的测定”实验的视频及文献清单如表1所示。

表1   课前视频及文献内容

项目清单 项目内容
实验原理 旋光仪的构造、旋光仪的原理、三分视场中零点视场的确定,学生选看视频
实验内容及注意事项 零点测定及旋光仪读数的方法,学生必看视频
WXG-4目视旋光仪的使用方法 使用方法的操作演示为真人演示,学生必看视频
测定管装液及排除气泡的方法 装液及排除气泡的操作演示为真人演示,学生必看视频
参考文献举例 判断左旋、右旋的方法以及消除变旋光现象的方法,包括必看和选看文献

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3.1.3 课前检测

在学生来实验室做实验前两天将课前检测以问卷的形式发给学生,学生进行作答,教师统计结果。本实验设计了20道课前检测题,包括单选题、多选题、填空题和是非题,表2中列出了部分课前检测题。课前检测可以很好地检验学生是否认真预习实验并进行了思考,包括观看视频和查阅文献,也方便教师了解学生的预习情况,在课堂上可以有针对性地进行讲解。

表2   课前测试题(部分)

检测样题 作用
测定旋光度是将样品槽盖合上还是打开?( )
A.打开  B.合上  C.均可以
了解旋光仪测定原理
读数时,应选择明暗程度均一视场,应选择( )
A.明亮均一视场  B.弱亮均一视场
掌握零点视场确定方法
消除葡萄糖变旋光现象的方法有哪些?___ 让学生通过查阅文献了解更多关于消除变旋光现象的方法
判断左旋、右旋的方法有哪些?___ 掌握判断左旋、右旋的多种方法,理解进一步测定的意义
比旋光度的计算公式___(注明单位) 掌握比旋光度的计算方法并注意单位换算
测定管中有气泡不会影响读数的准确。___ 掌握测定原理

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3.2 课堂活动

在课堂上,教师有针对性地讲解并组织实验项目,学生自主完成实验,实验过程中师生互动,真正达到知识内化。

3.2.1 教师

教师通过预习报告了解学生对实验项目的预习情况,有针对性地讲解实验中可能出现的问题,缩短讲解时间。在实验课堂巡回中,教师要对重复出现的操作问题及时指出并纠正,同时引导学生思考原因,使学生充分认识到错误操作的后果以避免重复出错。对于学生提出的个性问题,教师利用课堂巡回时间对学生进行一对一的答疑和辅导。

3.2.2 学生

在自主预习和教师有针对性的讲解的基础上,学生独立动手完成实验,并仔细观察实验中的现象,并对教师提出的问题进行验证。实验过程中要按要求准确记录实验数据及实验现象。若实验中存在的疑问或难点通过观察实验现象仍未解决,要及时与教师沟通讨论。

3.3 教学总结与反思

教师通过实验课堂巡回以及学生交回的实验报告,可以发现学生对于这一实验存在的问题,并通过交流平台及时与学生进行交流互动,使学生充分理解出现错误的原因。同时,通过实验探究,教师要对实验过程中出现的各类问题进行总结归纳,并把一些共性的问题及时补充到任务书及视频中,给以后的实验提供经验,减少学生实验错误,提高实验课堂效率。

学生认真完成实验报告,同时分析实验过程中的操作失误以及误差产生的原因,对学习效果进行自我评价。学生可以提出自己的想法,如增加一些视频和文献,并与教师沟通。教师根据学生提出问题的可行性对教学内容进行补充修改,优化实验教案。同时教师根据学生课前检测的情况以及实验的完成情况,给予学生评价,并作为实验成绩的一部分。

4 结语

翻转课堂这种新的教学模式真正实现了“以学生为中心”的教学理念,使学生从被动学习转化为主动学习。学生可以借助丰富的网络资源进行自我知识延伸,激发了学生学习的兴趣。教师通过课前精心准备视频、PPT等内容以及与学生的互动讨论,提高了自己的业务水平。这种教学模式实现了理论与实践的有机结合,师生共同进步,改善了实验中存在的照抄实验讲义的现象,提高了教学效果。但是靠简单的形式翻转是达不到提高教学效果目的的,这些都需要我们不断地探索与总结,在不断的教学实践中完善翻转课堂的各个教学环节。

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