大学化学, 2020, 35(9): 47-52 doi: 10.3866/PKU.DXHX202002035

教学研究与改革

混合式教学在“有机化学实验”课堂教学中的应用

曾艳萍,, 李明, 林洪, 黄齐林

Application of Blended Teaching in Classroom Teaching of Organic Chemistry Laboratory

Zeng Yanping,, Li Ming, Lin Hong, Huang Qilin

通讯作者: 曾艳萍,Email: zyp@yxnu.edu.cn

收稿日期: 2020-02-16   接受日期: 2020-03-16  

基金资助: 溪师范学院教育教学改革项目.  201904

Received: 2020-02-16   Accepted: 2020-03-16  

摘要

结合玉溪师范学院有机化学实验教学现状,提出基于雨课堂的有机化学实验混合式教学改革,分别从教师教学、学生学习及评价模式的改变论述混合式教学对教与学的影响——“线上+线下”的教学模式,实现了传统课堂的翻转,实现了师生角色的转变。以“从茶叶中提取咖啡因”为例,阐述了混合式教学在实验教学中的具体应用。实践证明,混合式教学有助于提高学生的自学能力、创新创业能力及综合应用能力。

关键词: 雨课堂 ; 有机化学实验 ; 混合式教学

Abstract

Combining the teaching and learning actuality of organic chemistry experiment in Yuxi Normal University, the blended teaching reform based on rain classroom was introduced in this paper. The influence of mixed teaching mode on teaching and learning was discussed from the changes of teacher's teaching, student's learning and evaluation mode. The flip of traditional classroom and the change of roles of teachers and students was realized by the Online and offline teaching mode. The extraction of caffeine from tea was applied to expound the specific application of hybrid teaching in experimental teaching. The practice proved that mixed teaching helped students to improve self-learning ability, innovation and entrepreneurship and comprehensive applied ability.

Keywords: Rain classroom ; Organic chemistry laboratory ; Blended learning

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曾艳萍, 李明, 林洪, 黄齐林. 混合式教学在“有机化学实验”课堂教学中的应用. 大学化学[J], 2020, 35(9): 47-52 doi:10.3866/PKU.DXHX202002035

Zeng Yanping. Application of Blended Teaching in Classroom Teaching of Organic Chemistry Laboratory. University Chemistry[J], 2020, 35(9): 47-52 doi:10.3866/PKU.DXHX202002035

有机化学实验是化学、应用化学专业独立开设的以实践环节为主、理论教学为辅的技能应用型课程。有机化学实验是有机化学的重要组成部分,实验课程的开设有助于学生理解、掌握理论课程所学知识;有助于训练学生基本操作技能,培养学生实事求是的工作作风及良好的科学素养。搞好有机化学实验课程建设,对实现应用型人才培养具有重要意义。

1 有机化学实验教学现状

1.1 教师教学模式

传统的有机化学实验采取灌输式教学法,任课教师凭经验教学,实验前任课教师讲解实验目的、原理、所需药品和仪器、实验装置、实验步骤及注意事项等,讲解完由学生自行操作。此外,由于实验室资源有限,只能分组进行实验,每组包含2名学生,每次课含10–12组学生。分组模式导致学生只能合作完成整个实验,无法较好培养学生的动手能力;同时,任课教师需指导大量学生,对实验过程缺乏有效的监管,无法保证实验完成质量。这种教学模式无法培养专业技能扎实的应用型人才。

1.2 学生学习模式

玉溪师范学院属于地方性二本院校,学生基础差、自学能力差、自觉性差。虽然实验前要求学生完成预习报告,但多数学生流于形式,敷衍了事;实验过程完全照书操作,缺乏思考、创新,实验中聊天、玩手机现象时有发生;实验结束后缺乏对实验的反思、总结,实验报告完成质量差。学生缺乏自主学习、思考过程,学习热情不高;课程结束后,收获较小,无法达到应用型人才培养要求。

1.3 课程评价模式

传统的有机化学实验期末总评成绩由平时成绩(60%)和期末成绩(40%)组成。平时成绩由预习、课堂表现、实验完成情况、实验报告完成情况决定,期末成绩则包括实验操作和理论知识的考查。由于实验教学“一(教师)对多(学生)”,很难合理、公平公正地评定每位学生的成绩,也无法客观地反映学生的实际水平。考核方式缺乏科学性,导致学生学习积极性不高,对实验的要求降低,理论知识与技能掌握均达不到人才培养方案的要求。

综上,现有的有机化学实验教学模式无法培养应用型人才,改革势在必行。本文结合玉溪师范学院有机化学实验教学现状,充分考虑学生的学习特点与习惯,利用信息化时代丰富的网络资源,运用智慧教学工具——雨课堂辅助教学,从而实现“以教师为中心”到“以学生为中心”的混合式教学改革。

2 基于雨课堂的有机化学实验混合式教学实践

混合式教学是将传统的课堂教学(线下)与网络教学(线上)相结合,融合二者优势的新型教学模式[1, 2]。“线上”教学模式,突破了传统教学时间和空间的限定[3],迎合了学生对新事物充满热情、好奇的特点,充分利用网络优质资源辅助教学[4]。“线下”教学模式则将“线上”获取的碎片化知识整合、内化,最终系统掌握知识[5]。这种“线上+线下”的教学模式,使教学个性化、科学化、人性化。混合式教学包括:教学形式的混合,如面授与网络教学混合;教学手段的混合,如传统教学手段与新兴教学手段的混合;教学技术的混合,如幻灯、投影、视频等混合;教学评价的混合,如过程性评价、形成性评价、终结性评价的混合[6]。混合式教学是“互联网+教育”背景下的一种新型教育形式,也是信息化时代教学改革的研究热点。

清华大学和学堂在线研发推出的“智慧教学工具箱”——雨课堂便是依托互联网的新型教学工具。雨课堂覆盖了“课前+课中+课后”每一个教学环节,并采集全周期数据,数据指导教学,让教学科学化[7]。同时,利用雨课堂将知识点学习提到课前,课堂答疑解惑,颠覆了传统课堂教学模式,实现了课堂翻转,让教学个性化。基于雨课堂的有机化学实验混合式教学实践,让教与学更加高效、有效。

2.1 教师教学的改变

传统的课堂教学“以教师为中心”,不考虑学生个体化差异,填鸭式教学[8]。基于雨课堂的有机化学实验混合式教学,真正实现“以教师为中心”到“以学生为中心”的转变(图1)。课前,教师可以通过雨课堂推送学习资料,布置学习任务,并可查看学生的完成情况。课中,任课教师着重答疑解惑。通过实时练习,巩固知识点;对答题速度快、准确率高的学生发放一定金额红包,激发学习热情,活跃课堂气氛;通过弹幕功能,各抒己见;通过收藏功能,便于课后复习;通过不懂功能,反馈掌握情况;通过答题情况分析,实时调整教学;通过投票功能,反馈课堂学习效果。课后,根据“课前+课中”学习情况,设计测试题,巩固知识点;通过雨课堂私信及讨论区功能,实现教师一对一辅导。基于雨课堂的有机化学实验混合式教学,以学生为主体,教师则作为引导者,实现了传统课堂的翻转[9],有助于培养学生积极思考、举一反三的能力,使教学从知识传授转变为能力培养。

图1

图1   混合式翻转课堂教学


2.2 学生学习的改变

“以学生为中心” +任务驱动教学法[10] (图2),激发了学生的学习兴趣,极大提高了学生学习的积极性[11]。课前,学生认真学习教师推送的资料,完成预留的学习任务,思考、总结知识点;查阅相关文献,思考实验方案。课中,学生讲解实验,展示自己对实验的理解,并提出疑问,积极参与课堂讨论;规范操作,主动思考每一步操作的目的。课后,完成实验报告及测试题,查缺补漏,不懂就问;思考、反思实验过程。基于雨课堂的有机化学实验混合式教学,充分考虑学生的学习特点,极大满足了学生的表现欲及成就感,转变了学生的学习态度。

图2

图2   传统课堂教学与混合式翻转课堂教学


2.3 评价模式的改变

借助雨课堂的数据分析,结合学生课堂表现、预习报告、实验报告、测试完成情况,形成客观、准确的过程性评价及形成性评价,各项内容所占比例如图3所示。终结性评价则由期末操作考试成绩(60%)和理论考试成绩(40%)形成。期末总评成绩=过程性评价及形成性评价成绩× 60% +终结性评价成绩× 40%。多元化的评价模式[12]更加科学、准确地反映学生的学习过程,克服传统教学评价模式导致学生不注重过程、考试突击等弊端。

图3

图3   过程性评价及形成性评价构成


2.4 基于雨课堂的有机化学实验混合式教学实例——以“从茶叶中提取咖啡因”为例

2.4.1 课前预习环节

课程开始前,任课教师通过雨课堂小程序创建课程——有机化学实验,创建后通过成员管理邀请学生加入课程。课前,任课教师根据教学大纲,设计任务卡,如表1所示,布置学习任务,并通过雨课堂公告功能发布。其中,网络学习资料的推送可发布查看链接,而预习课程中存在的问题可在讨论区发布。同时,根据实验内容设计测试题,如表2所示,并通过雨课堂试卷功能发布。发布时,任课教师可以设置发布时间、完成时间、考试时长、公布答案时间、试卷查看限制等内容。授课前,任课教师可以通过雨课堂完成情况查看详情,了解每位学生的作答得分及每个题的作答情况,也可以通过答题情况查看全班同学每道题的得分情况,从而了解学生的预习完成效果。同时,任课教师在课程开始时提出要求:预习作业得分90分以上,且按要求完成预习报告撰写方可进行实验。基于雨课堂的有机化学实验预习环节,充分考虑了信息化时代学生的学习特点——学习时间、空间、完成方式均可按个人喜好选择,激发学生的学习兴趣,培养学生的自主学习能力。同时,引导学生预习,任务驱动有助于提高学习效率,使学习由被动变为主动,保证预习效果,为实验的顺利开展做好铺垫。

表1   课前预习环节任务卡

任务卡内容完成时间
1.完成中国大学慕课华东师范大学刘路主讲的“有机化学实验I”第七节实验“从茶叶中提取咖啡因”的教学视频、实验操作视频、纯化操作视频的观看上课前一天
2.思考实验过程,提出问题
3.查阅资料,完成课前预习作业(如表2所示)
4.根据视频内容,完成预习报告撰写

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表2   课前预习测试题

测试题内容完成时间、要求
一.填空题(每空5分,共15分)
 1.索氏提取器是利用溶剂和原理,使固体物质连续不断地为纯溶剂所萃取的仪器。
 2.含结晶水的咖啡因为,味苦。
二.判断题(每题5分,共15分)
 1.在茶叶咖啡因的提取中,生石灰的作用是干燥和吸附色素。( )
 2.虹吸管易折断,安装仪器时要特别小心。( )
 3.索氏提取器与普通加热回流提取相比,优越性在于减少溶剂用量,降低成本。( )
三.简答题(每题20分,共60分)
 1.简述升华操作的注意事项。
 2.简述咖啡因的用途。
 3.简述咖啡因的鉴别方法。
四.讨论题(10分)
 1.利用实验室现有仪器,改装索氏提取器,画出改装后的装置图。
上课前一天完成;得分≥ 90分

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2.4.2 课堂实验环节

授课前,任课教师可通过学生对预习环节的完成情况及讨论区的问题,有针对性地调整教学设计,实现精准教学。与传统课堂教学形式不同,任课教师通过雨课堂随机点名功能,抽取学生讲解实验目的、原理、步骤及注意事项等内容,进一步抽查学生的预习效果。同时,利用学生的表现欲望及成就感,激发学习热情;整理预习环节存在的问题,通过弹幕功能引导学生自由讨论,教师答疑解惑;抽取学生演示实验装置的搭建,引导学生仔细观察并评价搭建过程,教师指出实验过程中容易犯的错误。实验过程中,学生有问题可举手示意,任课教师及时解答;同时,教师巡视指导,纠正错误操作,并引导学生观察现象、仔细记录、认真思考。教师根据讲解情况、讨论参与度、完成实验的情况评分。采用混合式教学后,学生的参与度明显提高,对实验的理解更加透彻,操作更加规范;教师的教学更具有针对性,教学效率明显提高。

2.4.3 课后环节

实验结束后,要求学生反思、总结实验,并在预习报告的基础上按要求完成实验报告。若完成过程中存在问题,可以通过雨课堂给任课教师发私信或在讨论区发布问题的形式反馈给老师。任课教师根据雨课堂生成的课堂报告,查看课堂人数、学生得分情况、每道题的得分情况,总结课堂上学生存在的问题,设计测试题,并通过雨课堂发布试卷功能推送,帮助学生查缺补漏,进一步巩固涉及的知识点,全面、系统掌握实验。

3 基于雨课堂的有机化学实验混合式教学实践成效

3.1 自学能力提高

实验前,学生能有意识地查阅资料,提出不同的实验方案或对课本方案的改进意见;实验中,不再照书无思考做实验,而是根据自己的理解进行操作;遇到问题不再张嘴就问,而是先思考、查阅资料,不懂再向老师请教;实验后,能反思实验过程,提出对实验的思考,并积极与老师、同学讨论。每学期期末安排的设计性实验,学生能根据自己的兴趣爱好确定选题,通过自主查阅文献、咨询老师、同学间交流取经完善实验方案。实施教学改革后,设计性实验选题范围更加广泛,实验方案拟定更加专业、合理,学生的自学能力明显提高。

3.2 创新创业能力提高

经过大二上、下学期有机化学实验科学、严谨的训练后,学生创新创业能力得到极大的提升。大三学年积极申报大学生创新创业训练计划项目,其中“咖啡壳基活性炭的制备及在超级电容器中的应用”获国家级立项;“乳制品中大肠杆菌检测的高灵敏、强抗干扰光电分析方法”获国家级立项;此外,若干项项目获省级、校级立项。积极参加大学生创新创业大赛,结合专业知识,积极调研市场需求,参赛作品“寻梦的种子——橡胶果油”获云南省“互联网+”大学生创新创业大赛铜奖;“紫茎泽兰活性炭的制备及在超级电容器中的应用”获校级金奖;“教育+科学DIY化学实验室”获校级铜奖。基于雨课堂的有机化学实验混合式教学实践,有利于实现创新、创业能力强的应用型人才培养。

3.3 综合应用能力提高

玉溪师范学院每年暑期会举办针对教职工子女的科学夏令营活动,旨在传承科学文化经典,实现奇妙化学梦想。活动的主要内容为:按年龄分组进行实验,记录现象,完成实验报告。本活动由化学生物与环境学院承办,遴选的志愿者均已完成有机化学实验课程学习。志愿者需要完成的任务包括:实验方案的优化、实验仪器和药品的准备、活动现场的布置、全程协助老师、指导实验等。经过有机化学实验课程训练后,志愿者团队合理分工,各司其职,高效、高质完成活动前准备,活动中指导、协调以及活动后整理工作,得到家长一致好评。基于雨课堂的有机化学实验混合式教学实践,更加注重学生的全面发展,致力于提高学生的综合素质。

4 结语

将智慧教学工具——雨课堂引入到有机化学实验教学中,通过采集分析教学全周期数据,共享全球优质教学资源,让教学有理可依、有据可循,让学习便捷化、个性化,让评价科学化、合理化,充分体现了信息化时代教学促进科技发展,科技反哺教学。基于雨课堂的有机化学实验混合式教学实践,有助于培养时代需要的创新能力强、自学能力强、综合应用能力强、专业技能扎实的应用型人才,为相关专业实验教学模式改革提供参考。

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