结构化学课程线上和课堂教学的探索与实践*

高 红,张 颖,樊衍昕,龚 灿

(兰州大学化学化工学院，甘肃 兰州 730000)

新型冠状病毒肺炎疫情蔓延期间，根据“停课不停教、停课不停学”的指导意见[1]，兰州大学从2020年2月12日开始按照教学计划进行线上教学。随着新冠疫情的有效遏制，5月11日全面恢复三年级本科生的课堂教学[2]，现将化学专业结构化学课程的春季学期线上教学、线上教学与课堂教学的衔接、课堂教学进行总结，希望为结构化学课程教学提供参考案例。

1 线上教学

1.1 课前准备

为线上教学的需要，学校将教务管理信息系统与超星学习通网络教学平台进行了对接，根据教学进度，教师提前一周将电子版教材[3]和PowerPoint课件通过学习通的“资料”功能上传至平台供学生学习。通过学习通发布二维码组建了课程微信群，征询学生意见后，根据网络环境，最终选定腾讯会议作为直播工具，微信群作为课下答疑渠道。

1.2 线上教学的方式

2004年结构化学课程获批国家级精品课程，是化学化工学院化学专业三年级本科生的必修课程， 54学时，选课学生人数202人，分为2个平行班级授课。线上教学前，我们列出本次课的重点和难点内容，并在微信群和学习通中发布，要求学生根据资料预习新章节。每次课前教师发布“签到”任务，学生打卡，以115人的班级1为例，学生基本能够完成学习通签到，但腾讯会议前两次线上直播授课的参与学生人数在85～95人之间。此外，学习通的“统计”和“章节学习次数”显示，除了2月13日第一次课的学习次数为209次外，2月份其余课程仅为40余次。由统计数据可以看出，大部分学生学习的积极性和主动性不够。针对这一情况，我们改为课堂“回答问题”打卡。

在前两次直播中，当采用问题教学和启发教学时，未单独指定学生进行回答，而是全体同学在腾讯会议的“聊天”界面打出自己的答案，再由教师给出正确答案并讲解。为了调动学生学习的主动性和积极性，从第三次课开始，每个问题教师随机挑选1～2名学生进行回答，其它同学在“聊天”界面给出答案，回答问题相当于打卡签到。由于是大班授课，我们设置的问题既体现了课程的重点内容，又使回答问题的时间尽量短。例如，光电效应产生的光电子是光子还是电子？若波函数未归一，则归一化系数的表达式为？类氢原子的能量表达式？径向分布函数的物理意义？变分原理的基本内容？分子点群是由对称元素还是对称操作构成？等等。通过有效调动学生学习的积极性和主动性，3月份线上授课的学生上课人数占到了总人数的90%以上，3月份学生的学习次数明显增加，出勤率和学习次数一直保持到了5月全面开学。

在2-5月的线上教学期间，我们采用知识碎片化方式，根据知识点开展教学、进行课堂问答、设置习题和作业，完成了若干知识点的教学，串讲了知识点间的联系和发展。例如，光电效应中波长和能量的表达式与实物粒子的相同，但区别和联系是什么？类氢原子薛定谔方程自然求解出轨道角动量和玻尔原子结构模型假定的轨道角动量完全不同，原因是什么？从而帮助学生理解相关知识。

1.3 课后辅导

每次课程结束后，我们及时在线上和微信群进行辅导答疑和布置课后作业。从完成作业的情况看，绝大部分同学能够按时完成，但存在的问题是一个班级的作业大致分成几个“流派”。由于缺乏与学生面对面交流，线上教学与课堂教学在教学管理和学生反馈等方面存在很大不同，学生是否真正掌握了已学知识，这是线上教学的最大疑问。

2 课堂教学

5月11日开始，我们进行了学生返校后的第一次课堂教学，但大部分学生对授课内容反应缓慢，整体游离于课堂之外。与其它科目授课教师的交流发现，他们的授课班级也存在类似现象。学生们最大的感慨是线上教学没有学习环境和学习氛围，学习的自控制能力比较差。基于上述问题，在课堂教学中，我们继续使用线上教学效果较好的问题式教学和启发式教学式，使所有学生全部参与到课堂的教与学中。对于所讲新内容涉及已学知识时，请1～2位同学阐述相关内容。例如，在讲授紫外光电子能谱时涉及到双原子分子结构和分子轨道理论，典型双原子分子氧气和氮气的轨道能级顺序是什么？为何如此排布？每一条谱带中谱线间隔的大小与振动能级和成键反键的关系是什么？分子轨道理论的主要内容是什么？当讲到晶体的对称性时，需用到分子对称性知识，晶体对称性和分子对称性的异同有哪些？微观对称性与宏观对称性的异同是什么？等等，从而不断加深学生对已学知识的理解和掌握，做到知识的融会贯通。

为了使教师和学生有足够的时间进行课程学习，保证教学质量，学校将2020年春季学期教学周由原来的17周延长到21周。基于结构化学课程理论性强与难度较高的特点，我们适当采用学生主讲、教师辅助的类似于翻转课堂的教学模式[4-5]，对课程的重点和难点内容进行了复习。例如，在分子的对称性部分，学生在课堂使用白纸搭建过氧化氢和丙二烯的分子结构，并指出对称元素，确定分子点群，判断分子是否具有偶极矩和旋光性？在布拉格方程的学习时有如下题设：若KBr晶体具有NaCl型结构，晶胞参数a=559.6pm，用CuKα射线(λ= 154.05pm)做X-射线粉末衍射，求200衍射的衍射角θ。多数情况下，学生根据布拉格方程和晶面间距公式计算时，会把(100)晶面的二级衍射，当作一级衍射处理，这时我们请一位同学回答衍射指标和晶面指标间的关系，让学生自己发现错误，进行改正，使学生深入理解布拉格方程中各参数的物理意义。从课堂实践发现，角色发生转换后，学生的压力和动力增加，对待每个题设均会认真思考，对不确定的问题进行查阅，同学间相互讨论甚至争论，与线上教学相比而言是“看得见，摸得着”的学习。

3 课程考核与评价

3.1 考核之摸底考试

为了保证线上教学和课堂教学的有效衔接，学生返校后结构化学专门进行了摸底考试，各分数段的学生人数和统计见图1a。除缺考3人外，共有199位学生参加摸底考试，<40分、40～50分、50～60分、60～70分、70～80分、80～90分和>90分的百分率分别是33.7%、16.1%、15.6%、10.1%、11.6%、10.6%和2.5%，及格人数仅69人。从考试结果看，线上教学内容需要进一步复习和巩固，为此我们专门进行了课堂复习，对已学的知识点进行了重点讲解和提高。为了进一步掌握学生的学习动态，课程增加了两次过程考核。

图1 (a) 摸底考试不同分数段的学生人数和百分比 (b) 期末考试不同分数段的学生人数和百分比Fig.1 Number and percentage of students in different grades of the placement test (a) and final exam (b)

3.2 考核之过程考试

在过程性考核中，我们将量子力学基础、原子和分子结构、分子对称性和分子结构分析原理作为第一部分，晶体和晶体结构分析原理作为第二部分，分别进行学习的过程性考核。试卷由学生扮演“教师”进行评阅，以平行班1为例，具体做法是将化学1, 2, 3班和放射化学四个小班的试卷按照班级分开，然后分给另一个班的学生随堂评阅。采用学生为主教师为辅的方式，由学生提供考核题目的参考答案，教师纠正和制定给分点，从而加深了学生对相关知识的理解和掌握，有助于教师掌握学生的学习程度，及时调整教学计划。

3.3 考核之期末考试

在期末进行的总结性考试中，在期末考试试题难度高于摸底考试试题的情况下，除了缓考2人外，共有200名学生参加了考试，不同分数段的学生人数和统计见图1b。由图1b可见，<40分、40～50分、50～60分、60～70分、70～80分、80～90分和>90分的学生比例分别为0.5%、2.0%、5.0%、17.5%、32.5%、27.5%和15%，及格人数达到了185人，不及格人数只有15人。同时，成绩主要集中在70～80分和80～90分之间，这两个分数段学生人数达到了总人数60%，成绩优秀率15.0%。

3.4 评价机制

在本学期的教学实践中，学生的总评成绩由摸底考试(20%)，平时成绩(30%)和期末考试(50%)三部分组成。摸底考试是对学生线上学习的检验，为后续课堂教学提供了参考依据，占20分；过程性考核有助于教师掌握学生的学习动态，适时调整教学计划，每次占5分，共10分；为了培养学生持之以恒的学习精神，作业完成情况和线上线下“回答问题”打卡分别占10分，共20分；期末总结性考核占50分。由于加强了过程性考核，学生对基础知识的理解和掌握明显增强，期末总结性考核的试题难度增加，重在考察基础知识的运用以及与科学研究的关联，学生的考核成绩说明课程实现了预期的教学目标，达到了预期的培养高度。

4 线上教学和课堂教学的衔接与反思

4.1 线上教学和课堂教学的有效衔接

春季学期的线上教学和课堂教学的衔接由一次摸底考试开始，通过摸底考试对前期线上教学的学习效果进行了评估。根据考试情况，我们对学生难于理解的内容进行了重点讲解和串讲，巩固了线下的教学内容，进而合理安排了教学进度和教学内容，确保了疫情下的课程教学质量。

4.2 线上教学和课堂教学的反思

首先，线上教学时学生虽然可以看到授课教师，但教师面对的是电脑屏幕，不能真正掌握学生的课堂表现和学习状态，无法实时调整教学方法和方式。其次，屏幕上的文字回答和隔着屏幕的问答，更像是一场“开卷考试”和“互助考试”。最后，每个学生所处的学习环境和学习氛围不尽相同，对他们的学习也会产生一定影响。

目前，新型冠状病毒疫情在国内虽然得到了有效遏制，但局地仍时有发生，线上教学在一段时间内也许会持续进行。在今后的线上教学中，首先，我们要继续学习同行们线上教学的宝贵经验，进一步加强课堂管理，如毛双老师在其论文中所述[6-7]，从观看PowerPoint的时长、到课率、弹幕次数等考察学生的课堂参与度，在期末的考核中进行量化评分；擅用网络资源，例如雷鸣老师开展的基于线上直播平台+线上课程资源及管理平台的教学模式[8]，都是结构化学线上教学中可以参考的实例。其次，为了提高线上教学的质量，授课教师要投入比课堂教学更多的努力，例如随堂测试，若每个学生收到的试题均不相同，则可能会达到更好的测试效果。最后，需要学校和社会的共同努力，当网络达到一定速度，教师可以从屏幕上看到每一位学生，网络教学也就成了课堂教学。

在春季学期的课堂教学中，增加了一次摸底考试和两次过程性考核，对于掌握学生的学习动态和提高学生的学习主动性起到了积极作用。过去学生的课程成绩主要由期末考试决定，试题更侧重基础知识考察，而过程性考核加深了学生对基础知识的理解，即使增加了期末考试的难度，学生仍然取得了较好的成绩，这坚定了我们在教学中坚持过程性考核，在今后的教学工作中我们将探索更多样化的过程性考核方式。

5 结 语

结构化学课程完成了线上教学和课堂教学的所有教学任务，通过摸底考试评估了线上教学和学生的学习效果，通过重点讲解、串讲和增加过程性考核等方式巩固了教学内容，适当采用学生为主、教师为辅的教学模式提高了学生学习的积极性和主动性，从而有效保证了疫情期间课程的教学效果和教学质量。