翻转课堂模式在有机化学实验教学中的探索与实践

佘能芳，曾春锋，张栩晨，曹云凤，张颖颖，余广鳌，原弘

华中师范大学化学学院，武汉 430079

中华人民共和国教育部在2012年印发了《教育信息化十年发展规划》[1]，把教育信息化摆在支撑引领教育现代化的战略地位，传统的教学模式已经无法满足教育和信息相结合。2007年，美国科罗拉多州的林地公园高中的两名化学老师最早进行了颠覆传统课堂的尝试，实施了“翻转课堂”教学。随后，翻转课堂受到了世界各国众多教育研究者的关注，在全球范围内开始流行起来。近年来，国内的教育研究者和工作者也进行了大胆的尝试，将“翻转课堂”模式应用到各高等院校尤其是师范院校的课堂中，改变传统“灌输式”的教学，颠覆知识传授和知识内化的过程，提升学生的自学能力、探究能力以及创新能力[2–4]。

1 有机化学实验教学现状

有机化学实验课程是四年制本科化学专业学生的一门专业必修课程[5]，是结合理论课堂所学知识，通过相应的实验课程加深学生对理论知识的理解，同时以培养学生动手操作能力、科研能力和严谨的科学素养为目的的课程[6]。学生通过有机化学实验基础知识、有机物的制备、分离提纯等基本操作技能的学习和操练，形成严谨的科学态度和良好的实验素养，提高分析问题和解决问题的能力。因此，有机化学实验课程已经成为化学专业的学生掌握从事基础科研工作最重要的基本技术的必备途径，提高该课程的教学质量具有非常重要的理论和实践意义。目前，大多数的有机化学实验仍以传统的“灌输式”教学模式为主，保持着“学生课前预习–教师审阅实验预习报告–教师课堂讲授–学生进行实验–教师检查实验数据–学生提交实验报告–教师批改实验报告”等环节构成的教学过程。学生的积极性、主动性受到抑制，缺乏学习的热情和积极性，达不到预期的教学效果。同时传统的有机化学实验课程受制于课时及仪器设备的限制，存在重讲授轻实验、重验证轻探究、重结果轻过程等弊端。为了改变课程教学中存在的诸多弊端，激发学生自主学习的能力，提升学生的课堂参与度，提高有机化学实验课程教学质量，我们利用“翻转课堂”这种新颖的教学理念及方法，设计合理的翻转课堂教学模式并应用于有机化学实验的教学中[7–10]，对实验教学过程进行深入探索与实践，取得了较好的教学效果。

2 有机化学实验教学中翻转课堂模式的设计和应用

2.1 课前师生准备

教师在实验前借助本校的“云课堂”平台，将相关实验的教案以及实验视频提前上传，方便学生在课前进行查看。同时也在QQ群布置相关实验思考题，以及任务单。以“2-甲基-2-丁醇的制备”实验为例，教师首先借助本校的“云课堂”平台，将该实验的教案进行上传，学生可登录云课堂平台进行查看。该教案包括本次实验的目的、实验用品、实验步骤、注意事项、思考题等。随后教师在QQ群中发布本次实验的任务以及根据实验重难点设计的相关翻转课堂问题，如该实验的机理如何、该实验的副反应是什么及如何规避副产物的生成、实验中所加试剂的作用，以及产物处理相关事项等。

在教师提供课前资源的基础上，学生可选择性地查看资料，预习实验的内容，并对教师提出的问题进行深入思考，查阅相关实验的资料，规避实验过程中容易出错的地方，完成课前的自主学习。同时教师对学生进行分组，每8个人为一个小组。学生通过自主学习后，再进行小组交流讨论，小组合作的方式由于小组内成员存在差异，学生在小组内能遇到在某些方面比自己更有优势、处于更高认知水平的同学，成员之间能够相互学习，从而照顾到绝大部分学生的最近发展区[11]，并且合作学习可以帮助和督促学习能力稍弱的学生进行预习，保证每一位学生在课前都完成实验理论学习。最后，学生在预习的过程中若遇到难以解决的问题，可在QQ群里与教师进行交流讨论，为课上进行实验做好充足的准备。

2.2 课中师生互动

在实验课上，采取学生自愿的方式对实验的预习成果进行展示，展示内容主要是讲授本次实验的实验原理和实验步骤等，此过程可以锻炼学生的语言表达能力，提高学生的师范生技能。

随后，师生共同对实验的重点问题进行研讨，比如在“乙酰乙酸乙酯的制备”实验中，学生提出自己通过课前学习还存在的疑问“如何控制操作，小钠珠才不会再次融合？(请注意温度、铜丝旋转速度与小钠珠之间的关系)”。

具体实验操作过程中，学生先进行自主实验操作，教师记录学生的表现。在实验的难点部分，教师将引导学生观察实验装置和实验现象，提出疑问，让学生思考，拓展思维，将知识进行内化。如在“苯甲酸乙酯的制备”实验中，教师可以通过对比“乙酸乙酯的制备”实验的实验装置，引导学生提出疑问“为什么制备苯甲酸乙酯需要采用分水器，而乙酸乙酯的制备中不需要，同类型的物质制备为什么会有此区别？”引发学生的思考，加深对影响酯化反应转化率因素的理解。另外，在“甲基橙的制备”实验中，不同学生制备出的甲基橙颜色会有些许差别，可以引导学生提出疑问“为什么一样的实验操作得到的甲基橙颜色会有差别？”加深学生对于甲基橙在不同的pH下会存在不同形态的认识。在一些特殊的操作实验中，比如减压蒸馏等，通过设计小组协作来完成实验，可培养学生的团队合作能力。

最后，由教师对实验进行总结，帮助学生将知识系统化，同时教师将学生在实验过程中普遍出现的实验操作错误进行讲解指正，并向学生演示正确的操作方法，布置课后相关任务。

2.3 课后反馈评价

课后学生主要是通过实验报告和“云课堂”论坛回帖进行反馈。教师可以通过实验报告中的产品性状、产率、思考题的解答了解学生对本次实验的掌握程度。另外学生可以通过论坛回帖分享自己对本次实验的反思及感想，对自己的表现进行评价，加深对本次实验的印象。同时在学期末，统一组织有机化学实验的理论考试。

课程的评价方式为平时表现和期末成绩相结合的方式，其中平时表现占60%，期末考试成绩占40%，主要注重过程性评价。平时表现包括课前准备、课堂参与、合作精神、学习质量等方面。课前准备主要通过实验预习报告、课前预习成果展示等方面进行评价。课堂参与度主要通过学生在实验课上与教师及其他成员的互动次数、操作表现等方面进行评价。合作精神通过小组上交的照片和视频，以及小组合作进行实验操作的表现等方面进行评价。学习质量通过实验收率、实验报告质量，以及对本次实验的反思与感想等方面进行评价。

3 学习效果分析

选取佘能芳老师教学的两个班级进行调查研究，两个课堂的学生都是通过教务处的选课系统进行随机选课分配的，在学习该课程前学业水平一致，都进行了半学年的有机化学及基础有机化学实验1的学习。实验组为翻转课堂模式下的教学班级，该班级学生共16人；对照组为传统课堂教学模式下的教学班级，该班级学生共16人。实验组的16名学生都有手机和电脑相关通讯设备，满足进行翻转课堂学习的基本要求。分别对这两个教学班级进行了半学年的基础有机化学实验2的教学，将实验失败率、实验产物收率、实验报告质量、实验理论考试成绩进行对比分析。

3.1 实验失败率对比

翻转课堂和非翻转课堂学生在半学年的基础有机化学实验2的学习中，共进行了9个操作实验，将学生在操作实验时未得到相应产物定义为实验失败，实验失败率即实验失败的人数占全部参与实验人数的比例，通过对实验的失败率进行统计分析，除“2-甲基-2-丁醇的制备”实验，实验组的失败人数大于对照组外，其他实验的实验组失败人数都比对照组少。由此可得，一般情况下翻转课堂教学模式下学生进行有机化学实验操作的失败率比传统课堂教学模式下的学生低，具体统计结果如表1所示。

表1 实验失败人数统计

3.2 实验产物收率对比

翻转课堂和非翻转课堂学生在半学年的基础有机化学实验2的学习中，共制备了9种产物，实验组除产物2-甲基-2-丁醇的收率比对照组低，其余产物的收率都要高于对照组。由此可得，一般情况下翻转课堂教学模式下学生进行有机化学实验制备的产物收率高于传统课堂教学模式下的学生，具体统计结果如表2所示。

表2 产物平均收率统计

3.3 实验报告质量对比

将实验组和对照组的实验报告进行分析，以“乙酰乙酸乙酯的制备”实验为例，在实验结果处理这一部分，实验组学生能够详细完成计算过程，而对照组大部分学生没有计算过程；在处理讨论思考题的解答上，实验组学生回答的较好，基本全正确，而对照组多数学生在答案上存在遗漏，说明实验组学生对所操作的实验有深入思考，而对照组学生对实验的掌握程度更低；同时根据教师批阅的本次实验的实验报告结果来看，实验组有10名学生获得了A+，而对照组仅有3名学生获得A+。由此可得，翻转课堂教学模式下的学生对待实验报告较传统课堂教学模式下的学生更认真，实验报告质量更高。

3.4 实验理论考试成绩对比

实验组和对照组在课程结束后，参加了基础有机化学实验理论考试，通过对实验组和对照组的学生成绩进行统计发现，实验组的平均成绩为68.50，对照组的平均成绩为66.69，不及格人数实验组为2人，对照组为4人，采用标准偏差的计算方法对学生理论考试成绩进行计算，实验组的理论考试成绩标准偏差为8.00，对照组为11.42。由此可得，翻转课堂教学模式下学生对有机化学实验的理论掌握程度和学业成绩比传统课堂教学模式下的学生好，成绩较平均，具体统计结果如表3所示。

表3 实验理论考试成绩统计

通过对翻转课堂和非翻转课堂学生的实验失败率、实验产物收率、实验报告质量以及实验理论考试成绩四个方面的对比，不难看出翻转课堂在有机化学实验教学中的实施大大促进了学生对知识的理解与深化，不仅可以有效提高学生的学习效果，也有效激发了学生的学习兴趣；还促进了信息技术与有机化学实验教学的融合，提高了课堂效率；最重要的是在翻转课堂的过程之中学生是学习的真正主人，从课下学习到课上讨论交流再到总结评价，学生实现了参与式学习。

4 存在的问题与改进

通过问卷调查法对翻转课堂教学模式下的学生进行翻转课堂满意度调查，发现翻转课堂模式下的有机化学实验教学还存在以下问题：首先，部分有机化学实验在网络上找不到相关视频资源，学生无法提前观看学习。其次，在课前小组合作研讨上，由于没有明确分配任务，有些成员可能并没有完全参与，仅由少数成员进行研讨。再则，在课中预习成果展示环节，学生采取自愿原则，积极外向的学生会多次争取获得展示机会，而一些性格内敛的学生得不到展示机会。同时一些学生可能会抱有自己不上台展示不需要好好预习的心态，不能全面调动学习积极性。最后，在课程评价方式上，评价指标包括学生的课前预习情况，教师只能根据学生的实验预习报告和上台展示的学生来评价该组成员的预习效果，不能全面了解每个学生的具体预习成果。

针对以上不足之处提出以下改进意见。首先，针对预习资源视频，教师可以通过提前录制实验操作视频的方式进行改进。其次，针对小组合作研讨上，教师可以通过明确任务，同时以小组上交文字研讨记录的方式进行监督。再则，针对课中展示环节，针对一些学生不积极的情况，教师可以采取随机抽点学生上台展示的方式，敦促每一位同学都要积极地进行课前预习。最后，课程评价方式中对课前预习成果的评定，教师可以在实验前通过学校的“云课堂”平台组织学生进行课堂小测试，根据答题情况精准掌握每一名学生的预习情况。

5 结语

翻转课堂模式在有机化学实验教学中的探索和实践，取得了较好的教学效果。实验操作的成功率、产物的收率、实验报告的质量、实验理论考试成绩等多方面都优于传统课堂教学模式，既提高了学生的学业成绩，又提高了有机化学实验的教学质量，将教学模式从“以教为主”转变为“以学为主”。翻转课堂改变了课前预习方式，学生从面对枯燥的文字进行抄录转变为有选择地进行资源学习和小组合作，激发学习兴趣，培养了自主学习能力与团队协作能力。该模式还改变了课中互动方式，由教师的“满堂灌”方式转变成“以学生为主体，学生进行实验理论讲授，师生和生生间围绕重点问题进行研讨”的方式，提高了学生的课堂参与度，锻炼了师范院校学生的师范生技能，拓展了学生思维，培养了创新意识，构建了良好师生互动关系。