疫情背景下线上教学策略探索——以无机化学课程晶体结构内容为例

谢木标，朱国贤

岭南师范学院化学化工学院，广东 湛江 524048

受 2019新型冠状病毒(SARS-CoV-2)流行的影响，全国大中小学延迟开学，为贯彻落实教育部“停课不停学”的文件精神，各地学校纷纷开展线上教学。线上教学这种方式既方便又灵活快捷，不受地域的限制，可直播和录播，回放观看功能可弥补传统课堂中“一次过”的不足，可以起到加深理解、解惑疑难、复习提高的作用[1]；教师线上直播还可以灵活利用互联网的优质资源，例如微课、短视频、习题库等，让学生充分地受益于优秀教育资源。但是，由于线上教学的“教”与“学”隔着互联网这一“屏障”，处于“老师在明，学生在暗”的状态，老师无法知晓和像课堂教学那样及时制止学生的与课堂无关行为，教学效果更难控制。为了提高线上教学效果，各高校教学团队提供了不少有借鉴意义的教学方法和案例。例如，天津大学无机化学教学团队[1]提出的“完全线上”远程混合式教学案例；吉林大学无机化学教学团队[2]提出的依托“无机元素化学”MOOC，以超星学习通平台为载体，QQ学习群为辅助，开展以学生为中心的“无机化学II”课程的在线教学案例；张晓蕾等人[3]提出的基于“雨课堂+钉钉直播”的“课前六备、课中六讲、课后六辅”混合在线课程教学模式；李玲等[4]提出的通过巧用自建公众号等信息手段，打造疫情中无机化学云课堂。但是，目前报道的文献大多侧重于整体教学方法的介绍，而针对某一章节探索其教学方法的文献相对要少。最近赵海燕等[5]以“配合物的价键理论”为例，报道了他们基于学习通和钉钉直播的线上混合教学的探索与实践。由于同一课程不同章节内容在课程准备、课程讲授和课程评价等方面都存在差异，须采用不同的教学策略。本文针对晶体结构课程内容的特点，并结合笔者的线上教学实践，提出几点行之有效的线上教学策略。

1 问题导向式预习，提高预习效果

有效的预习是实现高效课堂的重要措施，在传统的课堂教学中教师往往采用抽查提问等方式检查学生预习效果。然而，由于线上学习难以监测学生是否主动地预习。学生不预习或预习效果不佳是因为学生预习时缺乏疑问刺激思考和探究。提前发布问题导向式的预习案可以有效地促使学生主动预习。具体做法如下：

教师课前提前把编制好的探究式问题和答案同时发送给学生，让学生带着问题去浏览和理解教材知识点，有条件的学生还可以通过互联网资源拓展学习来加深理解。独立预习完后学生将不明白的内容标注出来，课堂上重点听讲或通过线上师生互动进行讨论。以晶体结构的离子晶体这节课内容为例，笔者课前将课程小组编制的探究式问题(表1)发布给学生预习。由于这些问题答案只是判断式，学生还需要去深究其中原因；学生预习时通过查阅教材和资料思考这些问题，其如果还不能理解，课前在微信群或课堂上互动时可以提出来讨论。实践表明，问题导向式预习可以有效促进预习效果，线上教学互动时学生的提问明显减少，课堂习题测试成绩明显提高。

表1 提供给学生自主预习的部分探究式问题

2 制作视频，加强抽象三维空间结构理解

晶体结构学习的难点是晶体的微观三维空间结构比较抽象，“晶格”“晶胞”“点阵”等一些概念难以理解，例如学生经常提问晶胞和点阵的概念有何异同？金属的三种堆积方式为什么称为六方紧密堆积、面心立方紧密堆积、体心立方堆积？对于这些问题，教师在传统的课堂教学中往往是通过球棍模型来辅助讲解。然而，由于能用于教学的球棍模型有限，学生要掌握这些知识还是存在困难。同时，由于课时的限制，教师在课堂上也难以将所有的基础概念进行详细讲解，课外结构拓展就更少。而线上教学由于教师不方便展示球棍模型的原因使得这个问题更为严重。在线上教学实践中我们发现，把结构模型的讲解录成短视频让学生课后学习是很好的补充。比如我们把教材(北京师范大学版《无机化学》，155页)[6]图3–36五种化合物结构模型讲解录制小视频发布到课程群中供学生课后自行观看，学生反映非常好。这些视频可以为学生随时学习和复习提供方便，并且线上视频可以比课堂教学更近距离地观看，效果更好。这些视频讲解可以是一些常见的基础知识问题，也可以是和晶体结构有关的知识拓展问题，如金红石的阴离子堆积、配位多面体模型等问题。然而，这种方法仍然存在着一个问题：如何知道学生是否完全理解？传统课堂教学中，教师可以抽查学生到讲台讲解结构来考查学生的掌握情况。但线上教学由于学生没有结构模型，这一方法行不通。受制作网上教学视频的启发，我们想到了让学生参与到视频制作过程中的方法。如图1所示，我们课程组录制好视频后，将学生分成若干小组，每小组负责为教师已录制好的视频进行配音。学生在制作配音的过程中既有小组讨论，也有分工合作，分别负责撰写文稿、视频配音和制作字幕等任务，这样既起到了相互讨论学习的效果，又可以通过撰写文稿和配音讲解视频进一步加深了对晶体结构知识的认识，同时学会了视频制作的相关技能，大大提高了学生参与学习的积极性。

图1 学生参与视频制作流程图

3 作晶体结构图，知晓晶体结构图的来龙去脉

在教学互动过程中，有学生会问“氯化钠的晶体结构图是怎么画出来的？”“在家里线上学习怎么样去更好地理解晶体的结构？”“有没有一些 3D图动画供我们去学习？”等类似的问题。受这些问题的启发，我们意识到学生在家里网上听课，更多的是以个体的方式完成，同学间的讨论不能像课堂那样及时畅通。线上教学的优势之一是教师可以方便地利用自己工作电脑中的软件进行教学，而常规课堂教学有时会受教室公共电脑软件安装限制。因此，我们在线上教学中增加了教授如何使用专业作图软件作晶体结构图的内容。例如，在上到“离子晶体结构模型”这节课时，首先介绍了利用无机晶体结构数据库(ICSD)和美国矿物学家数据库(American Mineralogist Crystal Structure Database, http://rruff.geo.arizona.edu/AMS/amcsd.php)下载晶体结构cif数据方法，接着详细介绍如何使用Diamond和Mercury等专业软件用NaCl晶体的cif数据做出NaCl的晶胞堆积图，通过软件使用的介绍使学生再增加深晶系、晶胞等概念，理解书本上讲的阴阳离子的配位数、晶胞离子数目、多面体配位环境等知识。为了考查教学效果，课后布置利用软件作自选化合物的晶体结构图，并描述其晶体结构的课程作业，且要求分成若干个小组讨论完成。通过完成课程作业，学生从个体学习转变成了小组讨论学习，由教师引导转变为学生自我引导。这个转变显著提高了晶体结构模型的学习效果。例如学生选取了BaCl2、CuS和板钛矿TiO2等化合物作为作图对象，在报告中采用Diamond软件做出其晶体结构图和配位环境图等，如图2–图4所示。虽然部分学生选择的化合物超出了无机化学课程内容范围，但也体现出学生对于晶体结构认识的超前性。学生从自己的角度总结了软件中看到的 3D图的结构特征，切实地加深了对晶体结构的感官认识。此外，学生也在作图的过程中体会到了晶体结构的美和作图软件强大功能，大大提升了对晶体结构学习的兴趣。掌握了作化合物晶体结构图的方法后，有条件的学生还自行购买球棍模型搭建晶体结构模型(比如NaCl、CsCl、C60、干冰等)，真正实现了学生自我引导学习。由于无机化学课程不讲授“原子的分数坐标”等，这部分教学更倾向于如何用软件做出晶体结构图，若课程课时不足高校可设计成学生自选或课外拓展学习。

图2 BaCl2的晶胞图及结构描述

图3 CuS的晶体结构图及S4四面体

图4 板钛矿(TiO2)的晶体结构及[TiO6]八面体

4 注重线上测试，提高过程性评价真实性和客观性

课堂习题和课后作业是检验学生对知识点是否掌握的常见教学手段。但是，在传统课堂教学中课堂习题难以掌握学生的答题情况，使得课堂习题往往变成了教师单方面的习题讲解。而课后作业也无法监测学生的做题过程，容易出现抄答案和相互抄袭的情况。线上教学中利用具有习题发布和数据统计功能的在线教学平台反而可以很好地解决这个问题。以雨课堂为例，笔者备课时根据每节课的重难点先准备好系列测试题，其中预习测试题在课前发布用于考查预习效果，课堂测试题提前插入PPT中随堂作答了解学生对知识点的掌握，课后测试题则在课后发布供学生巩固性练习。课堂测试题的随堂发布既可以增加课堂的师生互动，解决学生长时间听课注意力不集中或挂机听课的现象，又可以通过答题对错统计信息及时掌握学生的学习效果，将难点当堂解决，可有效促进学生的学习积极性。而课前预习测试题和课后测试题也使学生平时成绩的过程性评价有据可依。例如图 5为我们针对离子极化专题布置的一次课后作业的答题情况统计，通过该得分分析图可以了解学生的平均分、各分数段分布等信息，分析数据获得更方便和准确，对教师把握教学状态和改进教学方法有重要的作用。教学实践证明，线上教学的过程性评价功能比传统课堂教学更具公平性、真实性、及时性、主动性、有效性。利用线上教学的过程性评价优势，可有效地提供学生的学习积极性和主动性。

图5 线上课后习题答题得分分析

5 结语

线上教学是利弊共存的“双刃剑”，教师须结合每个班班情和每节课学情认真备课，对上课课件、课前预习问题、课堂随堂习题、课后练习、课外知识拓展资源等教学资源进行有效的筛选和整合。同时，备课过程中要针对教学环节进行科学有效的设计，按照“布置自主预习任务–直播教学重难点–课后答疑–在线测验”等在线教学环节开展教学，尤其是教师应少讲、精讲，减少不必要的教学环节和重复的教学设计，这样既可以减少学生长时间盯着屏幕上课的负担，又可以避免单纯的“主播”表演、学生收看的模式。总的来说，应转变为网络“导播”，让学生跟随教师的指导参与教学互动，提升学生的参与度和专注度，引导学生自主完成学习任务，提高线上教学的教学质量。