翻转课堂环境下《物理化学实验》的教学研究
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【摘 要】针对《物理化学实验》课程对学生实验操作能力及理论知识理解的要求，结合教学实践，录制物理化学实验微课视频，开发学生线下学习资料库，在实验教学过程中要求学生利用学习资源将课前预习、课堂实验操作及课后数据分析进行良好结合，并对教学效果进行分析总结，以期为智慧学习环境下物理化学实验翻转课堂教学实践提供一定的借鉴作用。
【关键词】物理化学实验;翻转课堂;教学探索
中图分类号： G642;O64-4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）16-0076-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.16.033
Teaching Research of Physical Chemistry Experiment Course Under Flipped Classroom Environment
LIU Zhen1 JIA Yuan1 LOU Po-yu2 YANG Ju-xiang1
（1.College of Chemical Engineering， Xi’an University， Xi’an Shaanxi 710065， China;
2.Teachers’ College， Xi’an University， Xi’an Shaanxi 710065， China）
【Abstract】Aiming at the requirement of physical chemistry experiment course for students experiment operation ability and the theory knowledge understanding， combined with the practical teaching experience， the related micro lesson video library and the offline learning materials are set up. Students were asked to combine the preview， experimental operation and data analysis efficiently. Analysis of teaching effect is employed to further develop a more effective way of teaching.
【Key words】Physical chemistry experiment; Flipped classroom; Exploration of teaching
0 前言
《物理化學实验》作为物理化学课程教学中的重要组成部分，既是对物理化学理论的验证与探索，又是对学生实验技能与科学分析能力的锻炼，是一门综合理论性、实践性的课程。该课程的主要目的在于：通过训练学生最基本的物理化学实验技术，使学生初步了解物理化学的研究方法，熟悉常见物理化学性能的测定，并熟练掌握物理化学实验现象的观察记录、实验条件的正确判断与选择、实验数据的科学测量和处理，从而能够根据所学知识合理设计实验方案、正确使用仪器，灵活运用物理化学相关知识研究相关化学问题，培养学生解决实际问题的科学素养。
《物理化学实验》课程与化学化工类专业其他实验课程一样，要求学生具有良好的实验操作能力与钻研问题的能力，对培养学生独立从事科学研究工作的能力具有重要作用[1]。然而，《物理化学实验》具有自身的特殊性，如知识内容较多、所涉及物理化学的理论知识抽象，较难理解;实验过程中使用的精密仪器较多，对学生的仪器操作水平、仪器的维护与保养等知识的掌握提出了较高的要求;实验数据繁多，学生处理起来较为复杂，且部分情况下需要借助电脑软件对数据进行分析，对学生数据记录及处理的科学能力要求较高[2]。因此，提高物理化学实验教学水平，提高教学效果，对学生综合试验能力的提高有着重要的作用。
1 传统《物理化学实验》授课方式的优点与不足
目前化学化工类各专业均开设物理化学实验课程，实验内容涵盖相图、二级反应、饱和蒸气压、热力学函数等实验，涉及多个物理化学的抽象理论。在实验课整体开课之前，教师开设相关的讲座，将实验中所涉及的理论知识、数据处理方法等向学生进行一一讲授。教学方式主要采用传统的认知型教学方法，选用自制PPT向学生展示实验的操作流程、实验过程中可能遇到的问题及解决方案，使学生对即将开始的实验充满兴趣，从而最大程度地提高学生学习的自主性。在正式开始实验之前，教师将学生分成若干组别，每组学生不超过三人，并要求学生对实验进行预习，完成实验报告。在实验课教学中，教师针对学生预习情况进行随机提问，检查学生预习情况，并根据学生预习情况现场向学生进行实验演示，给学生较为直观的实验操作指导，使学生能够全面掌握实验过程中所要注意的操作要点。在学生实验过程中，教师采取整体观察，个别点评指导的方式，对学生的正确操作予以肯定和表扬，激发学生学习热情，同时对与学生操作不当的地方及时纠正，确保实验的正常进行。在实验之后，对学生实验报告进行详细批改，并针对学生的问题进行记录和整理，在第二次上课之前进行统一讲解。目前该实验课程的授课方式已得到了学生的认可，绝大部分学生认为通过实验操作及课后的数据处理，对课堂所学的相关定理知识等进行验证，不但是对物理化学相关知识的再次学习，更是对课堂上理论知识的凝练和总结，通过实验，学生对物理化学抽象知识的理解更为深刻。然而，由于该门课程的实践性和理论性都很强，涉及的相关知识点较为抽象，且学校实际实验条件的限制，在实际授课中也遇到了一定的困难。 （1）相对于实验课学生人数而言，物理化学实验仪器台套数总体相对偏少。由于物理化学实验中所需的大部分精密仪器价格昂贵，且仪器维护费用成本较高[3]，因此，在合理使用实验仪器的基础上，为了使每个学生都能够在最大程度上享有教学资源，本实验往往采用循环实验的方法进行教学。这样的方法能够使每个学生都能够最大程度地使用仪器，熟悉仪器，在实验过程中掌握相关实验技能。然而教师在授课过程中会遇到一些困难，例如循环实验需要学生分组实验，每组学生所做实验不同，因此在上课前教师无法进行集体讲授，难免对个别实验小组辅导不足，学生在实验过程中遇到的问题较多。
（2）学生做实验的积极性低。目前，我校化学化工类专业学生在做物理化学实验的同时，也在学习物理化学相关知识。然而由于物理化学知识较为抽象，学生对大部分知识掌握不足，因此在物理化学实验课程中，产生了一定的抵触心理，未能对实验进行全面预习，造成实验无法成功进行。
（3）学生基本实验操作技能差。学生在物理化学实验中，需要掌握的仪器操作技能较多，在第一次讲座之后，很多学生往往会发生遗忘现象，因此在实际操作过程中顾此失彼，手忙脚乱，甚至有些学生由于对仪器的使用不熟悉，在实验开始之后茫然不知所措。
（4）实验数据繁杂，学生处理困难。物理化学实验数据相对于其他化学实验课而言较为繁杂，大量的数据出现对学生数据处理的能力提出了较高的要求。由于对所学知识掌握地不够透彻，很多学生在课下进行数据处理的时候觉得困难，无法熟练使用计算机相关软件对数据进行处理，很多同学甚至出现实验报告抄袭的现象，为教师全面掌握学生学习情况带来了困难。
2 翻转课堂在《物理化学实验》教学中的实践
针对《物理化学实验》课程的学习特点以及互联网时代学生对新兴事物的好奇和热情，我院《物理化学实验》课程组对线上线下相结合的“翻转课堂”新模式进行了深入的探索，以全面调动学生自主学习热情。“翻转课堂”的主要模式是：教师提前将教學内容及需要学生提前掌握的知识制作成学习资料、学习视频等，课前分配给学生，提出学习任务，让学生带着问题有目的地进行预习，并要求学生将学习中遇到的问题在线上平台上进行反馈;在面授过程中，教师针对学生线上学习情况，整理出大部分学生所遇到的问题集中解决，全面指导学生，使学生展开主动、协作学习的基本模式。大量的研究表明，“翻转课堂”能够将教师课堂讲解和学生自主学习良好地结合起来，并在一定程度上提高学生自主学习的积极性。
我院《物理化学实验》课程组在我校现有的教学模式下，对原有的物理化学实验内容进行细分，重新实验课程中需要进行线上和线下学习的部分。主要实行的翻转课堂教学改革的方法如下：
（1）理论知识预习方法改革： 物理化学实验课的特殊性在于，实验课程与理论课程并驾齐驱，物理化学理论知识较为抽象，且知识点较多，学生对理论知识掌握不足，从而造成对部分实验原理知识陌生，大部分学生将物理化学实验理解为一门独立课程，在不理解实验原理及理论知识的情况下，机械性地按照实验步骤的要求进行，使物理化学实验课失去了加深理论知识的作用。因此，教师需要针对实验过程中所涉及的理论知识，选择性地上传至线上学习资料库中，并要求学生将理论知识和实验方案相结合，完成实验预习报告。同时，对于实验中需要推导的复杂公式，选用多样化的手法如动画录制、PPT讲授等方式制作为微课，由浅入深，让学生能够更加清楚地掌握每个反应方程式及实验机理。在这个学习过程中，教师也会配合一定数量的习题来掌握学生对理论知识的学习情况，并将大部分学生掌握不好的部分在课堂面授部分进行再次讲解。
（2）实验操作教学改革：在翻转课堂教学过程中，教师不再在课堂上进行实验演示，而是提前将教学大纲内要求的实验操作录制成为视频，在视频中讲解相关精密仪器的使用规范，强调实验过程中可能遇到的各种问题，并演示正确的操作方法，给学生较为直观的学习体验，让不同分组的学生能够根据课上所要进行的实验有针对性地进行课前预习。在线上学习过程中，教师也将根据实验内容向学生发送思考题，并在课上实验开始前进行提问，加深学生对所学知识的理解。
（3）课堂教学方法及课后复习改革：在实验课堂中，正式实验开始前，教师要求每组学生对自己所做实验进行简短的讲述，并对错误部分进行纠正，使学生准备充分后再进行实验。实验过程中，教师将对每组实验进行观察，及时指导，并对学生实验中所遇到的问题进行详细解答。在实验结束后，对于学生所得数据进行检查，对于数据错误的小组重新布置实验，保证每个学生都在实验中得到较好的锻炼，使学生对物理化学理论知识形成较为深刻的印象，从而激发学生对课程的兴趣及学习的积极性。课程结束后，要求学生在规定时间内完成实验报告，并在线上学习平台对每个学生实验报告中的问题进行反馈及指导，适时进行网络互动，最大程度实现学生学习个性化管理。
3 总结
本文主要从我校物理化学实验课程中所存在的问题及课程特点出发，对课程内容进行碎片化和结构化处理，采用翻转课堂的方式，录制相关视频，存进学生重新使用互联网资源，理论联系实际，提高学生实验热情，期待对当前物理化学实验的教学模式进行改善。
【参考文献】
[1]姚成立，李红英，朱金苗，田燕.翻转课堂与大学生创新训练在化学实验教学中的应用与研究[J].合肥师范学院学报，2018，3：84-86
[2]舒红英，陈萍华，钟劲茅，吴美凤.物理化学实验的教学改革与实践[J].江西化工，2018，5：30-33.
[3]陶亚奇，徐江艳.“翻转课堂”在高等农业院校短学时物理化学实验教学中的实践[J].教育教学论坛，2018，43：268-269.
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