2019年底开始，新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情在全世界爆发。为了维护广大师生的身体健康，国内大中小学普遍推迟了2020年春季学期的开学时间。教育部要求各高校保证疫情防控期间的教学进度和教学质量，实现“停课不停教、停课不停学”^[1]。利用丰富的网络资源进行在线教学是实践“停课不停教、停课不停学”有效举措。在南京大学教务处的组织和各个院系的积极配合下，南京大学的广大师生尝试了形式多样的在线教学的方案。

传统的课堂教学主要由三个部分组成：课前预习、课堂教学和课后复习。传统的面对面课堂教学方式虽然师生之间的沟通直接，但教学活动互动手段有限，教学过程难以记录，主讲教师和教务管理者也很难对教学过程进行实时跟踪和复盘分析。为了克服传统课堂教学的缺点，同时应对疫情期间师生都无法返校的困境，我们提出使用基于教学立方配合视频直播的在线教学方案(图1)。教学立方全称教学立方过程化教学与学业评价平台，是一款面向高校常态化教学数据驱动的智能化、综合性跨平台混合式教学支持系统，可以提供以学生为中心的线上线下融合的创新教育解决方案(教学立方的网址http://mooc.nju.edu.cn/,目前免费使用,推荐使用Chrome浏览器访问。详细的使用方法见网站的帮助中心)。教学立方可以服务于课前预习、课上互动和课后复习的全过程但无直播功能。为了解决这一短板，我们采用了视频直播的方式。视频直播间就是一间虚拟教室，基本能够实现传统教室的功能，互动功能甚至更好。目前网络上视频直播或者视频会议的平台很多，都可以很好地满足在线教学的要求。我们选取QQ视频直播主要基于以下原因：QQ软件几乎每个学生都会使用，是学生熟悉的网络平台，我们在课程前期已经建立了QQ群，一直使用QQ群在线答疑，不会增加学生的额外负担；QQ拥有庞大的用户数量，不会因为用户剧增造成网络拥堵；但QQ视频直播互动效果较差，这点可以由教学立方部分地弥补。如果课程对互动要求较高，可以采用视频会议平台，比如腾讯会议、钉钉和ZOOM等。为了保证在线教学质量，学校或者学院应选用一种网络平台，并对相关教师进行必要的培训。在本文中，我们介绍基于教学立方和视频直播的在线教学方案，并以有机化学课程的在线教学为例实施该方案。

有机化学是化学专业的专业核心课。我们的授课对象是化学专业拔尖班^[2]和理科实验班化学生物方向的本科二年级学生，共42人。教学团队由两位主讲教师和一名助教组成。采用英文教材进行双语教学^[3]，3学时/周，持续两个学期。2020年春季学期2月20日第一次上课，计划讲授教材第19章苯和取代苯的反应(Chapter 19 Reactions of Benzene and Substituted Benzenes)。

在正式在线教学前，需要建立课程的QQ群，同时在教学立方上建立课程，获得课程邀请码。发布课程QQ群号和课程邀请码，邀请学生加入QQ群和教学立方中的课程。如果不希望课程变成网络公开课，应尽量避免在公开的网站(比如学校和学院官网等)上发布这些信息。在本课程信息发布一个星期内，所有学生均已加入QQ群和教学立方的有机化学课程。

硬件方面，教师主要使用电脑配合使用手机。在教学立方的网页版上进行课件上传，发布课前练习和课后作业等。课堂教学视频直播最好使用电脑，配合使用手机在教学立方上进行签到和课堂小测等互动环节，互动也可以由助教在手机端发起。为了避免环境噪音的影响，直播时教师最好使用耳麦收音。学生全程使用手机完成学习，对硬件要求不高，非常便利。

软件方面，手机端关注“教学立方”微信公众号，电脑端登录教学立方网址，手机号注册登录即可使用教学立方，无需额外安装软件。视频直播一般需要安装相应的软件(电脑端)或者APP (手机端)。疫情期间，这些平台基本都是免费使用。比如，我们使用的QQ视频直播，需要预先在电脑端和手机端安装QQ (建议下载安装最新版的QQ软件)和相应的视频直播插件。由于QQ使用广泛，绝大部分师生的手机和电脑上都已经安装，并会熟练使用，不会带来额外的负担。目前Mac系统与QQ群直播不兼容。

我们的在线教学方案如图2所示，主要分三个阶段。

要求学生阅读教材相应章节。教师通过教学立方发布课件、相关阅读材料和课前练习(助教协助主讲教师事先录入)。学生在预习后完成课前练习。课前练习是相对简单的选择、是非和填空等客观题。学生完成后，教学立方自动评阅并公布答案和题目解析。主讲教师在上课前即可掌握学生预习效果和对知识点的掌握情况。教师可以在教学立方上发布一些与课程相关的文献作为阅读材料，拓宽学生的学术视野，部分弥补教材更新跟不上学科发展的问题。

我们在课程正式开始前一周在教学立方上发布第19章课件和相关阅读材料，要求学生课前预习。同时发布12道课前练习(单选题)，设置完成时间是2月20日零点前。2月20日上午，通过教学立方的数据分析，我们发现课件查看率为90.9%，课件的第112页(Sandmeyer反应)，学生花费的时间长和难度点多，上课时，我们会重点关注这一知识点。40人(总共42人)完成了课前练习，其中第8题正确率最低(64%)，这是一道多取代苯环的命名题，这说明多取代苯的命名是学生学习过程中的一个难点(图3)。

教师使用QQ群视频直播功能进行在线授课(图4)。为了避免与其他课程冲突，直播时间最好安排在原课表上课的时间。学生可以在对话中输入文字进行实时提问和反馈。教师可以使用“连麦”功能，对指定学生进行提问，也可以使用“排麦”功能，让指定学生作为主讲，实现翻转课堂。视频直播时可以使用录屏软件将整个教学过程录制下来，比如EVCapture或者Windows自带的录屏工具(快捷键Win + Alt + G)，有些视频会议平台(比如ZOOM)自带屏幕录制功能。将录制的视频课后上传至教学立方，方便家中网络条件不好的学生自学使用。学生也可以使用智能手机自带的录屏工具对直播过程进行录制。视频直播对网络要求较高，如果网络条件不好，可以制作有声课件(推荐有声PPT)上传教学立方，供学生自学。我们在使用QQ直播教学的过程中，音频和视频都非常流畅，无卡顿情况。

在直播的过程中，教师或者助教可以使用教学立方与学生进行互动。比如，可以进行点名签到，教学立方会随机产生六位数签到码，直播时向学生公布，学生在手机端的教学立方中输入六位签到码即可完成签到。本门课程的出席率是100%，没有学生缺席，说明学生的上课热情很高。也可以使用教学立方发布课堂小测，学生在给定时间里完成小测，教学立方自动评阅并公布答案和题目解析，教师可以实时掌握学生课堂学习效果。课上我们进行了两次课堂小测，每次小测的时间是2 min，学生的参与度非常高，分别是100%和97.6% (只有1人未参与)，答题正确率分别为49%和30%。这种互动的参与率和效率是传统课堂做不到的。课堂小测时相应知识点尚未学习，答题正确率说明至少有三分之一的学生预习效果不错。这种实时的分析也是传统课堂无法实现的。课后，学生对这种在线教学很认同，在QQ群里给出了比较正面的评价，比如，“一节课还没听过劲就结束了”“感觉这么听下来反而比线下上课更容易跟上(至少我记笔记的速度能跟上来了)”“意外的感觉蛮不错的”“我这辈子没这么认真听过课”等。

课后，教师发布相应章节的思维导图(图5)，帮助学生梳理知识点和复习巩固所学内容。我们在经典的苯的反应的基础上，增加了钯催化的交叉偶联反应的内容。该反应获得了2010年诺贝尔化学奖，已经成为化学家门必不可少的合成工具^[4]，化学专业的本科生应该掌握。南京大学的基础有机化学实验中也已加入钯催化铃木(Suzuki)反应的实验^[5]。同时，在教学立方上发布课后习题和思考题。课后习题是对教材知识点的考查，是必做题。课后思考题是教材内容的延伸拓展，更贴近科学前沿，学有余力的学生可以选做。比如，富电子单取代苯进行亲电加成反应通常给出邻和对位取代产物，如何实现富电子单取代苯的间位取代？这是有机合成的难点，也是目前有机合成领域的前沿问题。我们将这一问题作为一道课后思考题，同时提供Gaunt课题组最近铜催化苯胺衍生物间位芳基化的工作作为阅读材料^[6]，引导学生思考如何解决这一问题。教师也可以依据最新文献出一些课后思考题，这类题型难度较大，教师提供文献作为参考答案，学生可以按图索骥获得问题的解答，提高学生获得信息和解决问题的能力。学生完成作业和思考题后，上传至教学立方，批改评分过程可以采取教师或者助教评阅、学生互评等方式进行。学生如有问题，可以在教学立方讨论区或者QQ群进行提问，教师和助教进行在线解答。

利用教学立方，学生进行课前预习和课后复习，教师进行点名签到、课件和习题的发布等教学环节。利用视频直播间作为虚拟教室，进行线上教学，并使用教学立方互动。我们使用这种方案进行了有机化学课程的在线教学实践，效果良好，学生的反馈非常积极正面。与传统课堂授课相比，该方案能让教师全程把握学生学习及授课过程，了解学生对知识的掌握程度，高效完成与学生的互动，完全可以保证疫情防控期间教学进度和教学质量，基本做到在线学习与线下课堂教学质量实质等效。