基于翻转课堂模式的基础化学实验应用教学

马钰璐，喻芳，邵娅婷，黎唯

(昆明医科大学 药学院暨天然药物药理重点实验室，云南 昆明 650500)

1 传统基础化学实验教学情况分析

传统基础化学实验课的教学模式是：课前预习，上课时教师讲解原理、实验步骤及数据处理，然后由学生进行实验操作并撰写实验报告，最后由教师根据报告评定学生成绩.这种以教师讲授为主，学生模仿操作的教学模式忽略了学生的主体地位，学生较为依赖教师，实验过程缺乏思考，课前预习及课后报告撰写也多流于形式，学生的思维能力、自我学习能力、探索和解决问题的能力很难得到有效的培养和锻炼提升.

在授课过程中，由于需要学习的内容较多而讲解时间少，教师只能在有限时间内尽快讲完目的、原理、步骤、注意事项等知识，并完成相关仪器操作示范.学生听完理论知识和操作示范后就需马上进行实验操作，学生反应、思考、记忆的时间较少.此外，一名教师需同时教30名左右的学生，场地和空间又有限，很难保证所有学生都能听清教师的讲解，看清教师的操作细节.而且，学生基础知识和能力水平的不同，也会导致其学习效果的不同.除此以外，教师把过多精力放在讲解内容上，对学生的动手操作过程反而会有所放松，再加上人数较多的原因，教师没有足够的时间与精力观察每位学生的操作，也很难及时回答学生提出的问题并给予及时的指导和纠正，由于师生交流时间不足，学生大多只能凭记忆模仿，出现操作错误时也很难意识到.由于以上原因，导致很多学生无法真正掌握实验的基本技能，提升动手能力，使得学生学习基础化学实验课的兴趣逐渐减退，对课程不重视，特别是后期常常会出现操作随意，应付交差等状况.

此外，教学评价中多以学生最终的实验报告为主，评分时常常以报告书写内容的多少，书写的规范性、完整性、认真程度以及结果的准确度为评价指标.而学生在完成报告时经常缺乏认真思考，有的甚至把教材的内容照搬到了报告上，再加上教师报告评分的平均化，因此很难正确地反馈出学生的成绩及出现的问题，也影响了学生学习化学实验的动力.

2 基于翻转课堂教学模式的改革研究

“翻转课堂”亦称为“反转课堂”，其自提出以来就受到了国内外广大教学工作者的青睐，近年来众多中国的教育工作者对其开展了大量的研究，并将其应用到了实际的教学工作中，取得了一定的教学成果[1～4].而基础化学实验是一门基于基础化学理论课开设的实际操作课程，其内容多是以验证理论课中的知识为主，其中涉及的大多基本知识、基本原理在理论课中学生已经进行了专门系统的学习，因此学生易于理解掌握.以外，涉及的基本操作均较为成熟，在实际研究工作中也较为常见，操作不复杂，便于学生自主学习和掌握.该课程面对的群体为大一学生，其具有一定自主学习的能力，思维活跃，再加上智能手机的普及，学校网络、学校图书馆电脑的开放等，均为翻转课堂的实施提供了保障.学生可以随时随地通过手机或者电脑进入学校网络课程平台，完成线上学习、测试、查看成绩等操作，使用方便，时间灵活.

2.1 教学设计

根据基础化学实验课的教学大纲，结合相应理论课的知识要求及人才培养目标进行教学设计.其中，教学内容主要是基础化学理论课中的溶液部分、滴定分析和仪器分析部分，一共包含7个实验，涉及与医学较为相关的缓冲溶液、电解质溶液、酸碱滴定法、氧化还原滴定法、配位滴定法及可见分光光度法的知识.具体实验内容分别是：缓冲溶液的配制和性质，醋酸解离度和解离平衡常数的测定(电位法)、药用硼砂含量的测定，高锰酸钾标准溶液的配制和标定，生活用水总硬度的测定，微型实验法测定优氯净中有效氯的含量，水样中微量铁的测定.重点对教学流程进行了修改，主要分“课前准备-课中内化-课后巩固”3个阶段进行，具体设计详见图1.

表1 翻转课堂教学流程

2.2 教学过程

课前装备阶段利用翻转课堂教学模式，引入互联网信息技术，让学生在课前通过线上平台提前学习相关教学视频及教学课件，利用虚拟仿真实验及线上测试实现可看，可听，可模拟的学习，初步掌握实验流程和基本理论知识.主要任务如下：

(1)教师：课前4周，基于基础化学实验课教学大纲分析实验目的和任务，对实验涉及的理论知识及相关操作进行梳理细化，根据相关知识点完成微视频的录制.由于学生注意力集中时间有限，微视频分点录制，一般时长为5～10 min.微视频内容主要包括：①实验目的、原理、操作步骤及注意事项等理论知识，一般时长10 min;②实验基本操作演示，如差减法称量，容量瓶、移液管、滴定管的使用等，该部分按一个完整的仪器操作进行录制，一般时长5～7 min；并且由操作熟练的教师进行操作部分的视频录制，录制过程中对于关键操作处给予放大特写及适时的停顿.录制结束，进行配音讲解、添加字幕、突出重点.同时针对实验目的设计教学任务清单及相应的考察练习题目.

课前1～2周，将学习任务，相关视频、课件发布至校网络课程平台.第一次实验课前，开设先导课程，告知学生具体任务、时间节点及具体安排，并示范网络课程平台的登陆、使用，资源的学习及相关操作等，组织学生自行练习.创建微信或QQ群，适时提醒督促学生进行自主学习.同时将学生进行分组，一般每组为2～3人.

课前一周，在网络课程平台上发布线上测试试题，开放虚拟仿真实验，并通过微信或QQ群进行答疑.线上测试结束后，收集学生答题情况，了解学生存在的疑难点，基于学生暴露的问题及实验中涉及的重点、难点及重要操作设计课堂提问或演示题目.

(2)学生：登陆学校网络课程平台，练习其功能使用.根据教师发放的学习任务自主安排时间登陆平台学习相关视频及课件，如有不懂的可反复观看，并在自主学习后完成预习报告.课前一周，在规定时间内自选时段完成线上测试，并通过虚拟仿真实验了解熟悉操作流程.在整个学习过程中，可查阅资料，同小组成员可相互交流讨论，解决教师提出的问题及自学过程中产生的疑问.自己无法解决的问题，可以通过微信群等与教师进行讨论.

课中知识内化加深阶段此阶段，教师应以提升学生动手能力，解决实际操作问题，培养学生严谨科学的态度，深刻掌握知识及技能为目标，为学生提供一个良好的实验平台及交流氛围，自身做到眼快、脚勤，协助督促学生做到脑快、手勤，充分调动学生的主观能动性，帮助学生实现知识的内化.措施如下：

(1)教师：根据实验原理中的重难点、注意事项以及操作中的易错部分，结合学生的线上测试以及往年学生操作中暴露出的问题进行课堂提问或现场演示要求，以考核学生的自主学习情况.在此过程中，引导学生相互合作、相互交流讨论，并引导学生自我思考、发现问题、解决问题.适时作出纠正、反馈及总结.在实验过程中，为了合理利用时间，保证每位学生都能自己动手操作，教师应合理安排实验.部分内容，如标准溶液配制时的差减法称量及容量瓶的实验，可以以小组合作且每次交换进行的形式完成.大部分操作，如设计移液管、滴定管的操作应每人一套仪器，自己独立完成.实验中，应不断向教育学生节约试剂，保护环境，废液不可随意处理.以外，教师应把主要精力放在学生动手实验的过程中，要及时对学生的问题做出一对一的指导或纠正，并做好相应的记录.

(2)学生：实验操作前，基于自主学习及预习内容，以小组的形式回答教师的提问并解释原因，或相互合作演示具体操作，其余学生对其回答或演示进行点评或纠正.提问过程中，所有学生结合问题回忆梳理实验的关键点，加深对知识的印象.实验操作如有疑点先自己想办法解决，然后可以小组讨论或再次查看线上教学资源，以确保实验的完成.在实验过程中若出现问题，及时根据教师的指导进行更正，或与同学老师沟通讨论.

课后总结反馈阶段课后学生完成实验报告，教师进行批改、反馈、总结.反馈阶段，教师结合学生操作暴露的问题和实验报告的结果进行总结梳理，并及时将问题反馈给学生，在下次实验课提问前进行强调以及归纳总结，以便学生的知识和技能得以改进和提升.教师在批改报告时，改变了以往只关注书写规范和结果准确度的评价模式，而是引导及关注学生对原理步骤是否能进行内化，归纳凝练，以自己的语言及形式进行书写.此外，评价的重点放在了学生对实验过程及结果的分析上，允许学生的试验结果和书本有出入，但关注学生是否对导致误差的原因及自己的不足进行了分析.最后，教师还把关注点放在了思考题部分，关注学生是否能相互讨论，查阅文献资料对所设问题进行思考分析.而其最终的目的是通过该阶段的实施实现知识的巩固，综合能力的培养，帮助学生爱上实验，并且学有所得.

成绩评定现有的基础化学实验部分的成绩评定，改变了以往仅从实验报告入手的模式，从学生课前自主学习开始，到课中答题展示、实验操作，再到课后的实验报告的整个过程中均进行成绩评定.其中，线上自主学习成绩占30%，其构成为课堂资源自学及虚拟仿真实验练习20%，线上测试10%.该部分成绩在实验操作前一天，直接由学校网络课程平台根据学生完成情况统计给出，并直接向学生公布.实验课堂中的答题及展示成绩占比15%，该部分成绩由教师根据学生现场答题及分析情况，演示的操作规范性，小组合作配合的默契程度等按照提前制定好的评分标准给出.课上实际操作成绩占比35%，该部分成绩由教师根据学生实验操作中的操作流程，动作规范性，动手能力，自己解决问题的能力等，按照实验操作评分标注进行打分.实验后报告及总结成绩占比20%，该部分由教师根据学生实验报告的完成情况进行打分.教师评分时主要结合学生对原理和步骤的自主归纳总结程度，实验操作暴露问题的分析情况及改进思路，思考题的解答情况，实验结果及有效数字的准确性，报告的规范完整性，书写认真程度这几个部分给出，在给出成绩时附上相应的评语.以上由教师给出的成绩，在打分后结束，下次实验课前反馈给学生，以便学生及时查看、改进.

2.3 翻转课堂教学案例

采用酸碱滴定法对药用硼砂的含量进行测定的实验是学生第一次接触滴定分析，其实验原理易掌握，但涉及的基本操作较多.在翻转课堂的课前准备及自主学习阶段，学生登录网络课程中心，先行观看微视频及课件，学习差减法称量的步骤、要点及数据记录，容量瓶、移液管、吸量管、滴定管的使用这4个基本操作.然后通过学习微视频，提前了解药用硼砂含量测定的实验原理，即盐酸与硼砂的酸碱反应，提前学会硼砂含量即硼砂质量分数计算公式的推导，学习实验具体操作步骤及注意事项，以便后期实验顺利开展.自学结束后，利用线上平台中的虚拟仿真实验平台，自主模拟练习药用硼砂含量测定时的仪器、试剂选择，操作步骤及数据记录.该过程中，如果出现操作错误无法继续往下进行，系统会进行说明.通过仿真实验进一步掌握具体的操作流程，加深印象，而后完成线上测试.测试内容主要针对该实验的基本原理，相关仪器操作中的使用流程、关键要点，以及各类数据的记录及结果的处理展开.通过测试促进学生课前自学，以保障后期实验的高效率进行.课堂提问环节以抽签的形式随机分配题目，让学生以小组的形式向全班同学讲解实验基本原理及公式推导，演示差减法称量，容量瓶、移液管、滴定管的使用等知识，其余学生仔细观察提出异议及评价.该过程要求所有学生提前了解流程，提前自行准备，以保障提问环节的进行及其效果的展现.实验过程中，学生先以小组的形式完成差减法准确称量一定质量的药用硼砂样品，加热溶解后转移定容至容量瓶.然后每人独立完成移液管移取药用硼砂溶液，甲基红做指示剂盐酸标准溶液滴定药用硼砂溶液的操作，以及最终质量分数的计算.由于学生第一次接触该类操作，在此过程中，通过生生交流、师生交流以及教师的不断提醒和纠正，使学生基本掌握滴定分析的基本知识和基本操作.实验结束后，学生根据自己的实验情况、实验现象及教师提供的参考真值范围，通过总结分析、文献查阅等方式分析讨论存在的问题，解释导致该结果的原因，并提出改进方案.实验结束后，教师对学生的各项成绩进行打分、汇总及评价公布，并在下次实验开始时点评总结暴露出的问题，以便学生后期改进.

2.4 翻转课堂教学实施效果

通过在基础化学实验课教学中引入翻转课堂模式，学生普遍反映其学习的主动性、积极性和动手操作能力都得到了提高，对化学类课程的学习也有了兴趣；遇到问题不再只是依赖教师，而是会自己思考、想办法解决；对教师的认识也有了改变，教师不只是知识的灌输者，还是引导者，可以相互交流讨论切磋；对科学研究也有了一定的认识，认识到了严谨细心的重要性，也认识到了失败并不可怕，要做的是从失败中总结经验.除此以外，通过实验课翻转课堂的教学，学生在基础化学理论课的学习和考试中，能够更好的掌握及理解实验课所涉及过的内容；在理论课考试时，涉及实验课相关知识的题目错误率明显低于其他内容.

3 结束语

“翻转课堂”作为一种创新教学模式，真正改变了传统的师生关系，真正做到了以学生为主体的教学.通过翻转课堂应用于基础化学实验课教学的探究发现，该模式可以较好的促进学生进行自主学习、自主探索和相互交流合作，实现学生最大程度的学和教师有针对性的最大程度的教，真正发挥学生的创造能力，培养其学习及动手兴趣，提高教学质量.因此该教学模式具有较好的应用前景.