无机及分析化学中与生产应用相关的知识点混合式教学探索

蒋林玲，肖 围，陈 颖

(长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州 434023)

信息化、智能化融入教育，是未来的教育发展趋势。在高等教育教学改革的过程中，线上线下混合式教学的模式应用是一个新的方向，混合式教学模式把传统教学方式的优势和网络化教学的优势结合起来，既发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性。

无机及分析化学是我校面向环境、生命科学、食品、医学等专业开设的的一门基础课，该课程作为一门承上启下的中心学科，集无机化学和分析化学两大基础课之优势与特点于一身，又密切相关后续的物理化学等专业课程，具有很强的理论性和实践性。从课程内容看，它涵盖了无机化学中的气体溶液和胶体、化学热力学初步知识、原子结构和分子结构，分析化学中的酸碱平衡和酸碱滴定法、沉淀平衡和沉淀平衡滴定法、氧化还原平衡和氧化还原滴定法与配位平衡和配位滴定法，知识点多、覆盖面广、系统性不强，学习有一定难度。传统的教学模式中，教学主要依赖于教师，采用单向灌输的授课方式，学生接受知识被动，主观能动性不足，教学效果并不理想。混合式教学已成为新时代高校提升课堂教学质量，构建高水平本科教育的着力点之一。混合式教学不是简单的累加和混合，必须真正做到融合，本文重点探索、讨论了混合式教学过程中如何将理论知识与生产、科研、实践知识相结合并以最佳方式呈现给学生，引起学生主动思索，触及学生思维深处，唤醒学生的学习潜能，真正实现混合式教学中“1+1>2”的效果[1]。

1 混合式教学中多种教学方法融入的必要性

1.1 过渡时期学生主动性培养的需要

无机及分析化学是高等院校面向相关专业大一新生开设的第一门专业基础课程，在本科人才培养方面起着举足轻重的作用。然而，一年级学生刚从高中走入大学阶段，有不少同学并不清楚该如何学习大学专业课程，很多同学还保留着高中阶段通过大量刷题来掌握知识点的习惯。同时，随着网络信息技术的发展，智能手机、便携式电脑、pad等各类电子产品已经成为高校学生的必需品，高校课堂中的“低头族”数量也随之激增，通过设置手机墙、手机收纳袋等方式，教师也做了大量与电子产品争夺学生注意力的工作，但收效甚微。此时，如果教师的教学方法单一，不调动学生积极性与主动性配合学习的话，学生很难快速适应大学专业课进度快、练习少、章节独立性更高的特点，久而久之也就失去了对第一门专业课的热情，更谈不上我们在专业课中希望培养学生具有基于理解学习的能力，积极主动地、批判性地学习新的知识和思想，当然也就很难在后续过程中培养学生提出问题、分析问题和解决复杂生产科研问题的专业素养。

1.2 适应教学学时减少的需要

通识教育模式下高等教育倡导培养学生独立思考的能力，拥有广泛学科知识容量，要夯实课程内的知识体系，又要在有限的课堂内进行拓展和延伸[2]。在通识教育和新工科、新农科和新医科的培养模式的导向下，我校环境工程专业的无机及分析化学课程理论学时数已从最初的80学时调整为现在的48个学时，学时数几乎下降一半，加上课程开设在大学一年级，该学段学生需要同时修学英语、高等数学、大学物理等多门课时占比量大的公共基础课程，使得学生学习分配存在严重困难。在这种情形下，如果混合式教学只是将线下内容移到线上进行，仍然不能解决学生学习时课程知识难消化、学习参与程度不够、主动思考能力不足的缺点。因此，在混合式教学中仍需引入多种教学方法增加学生在学习过程中的参与度，帮助学生熟悉任务驱动的碎片化学习模式，在最短的时间内高效掌握多维度的知识体系，获得最大的学习能力。

1.3 发挥混合式教学优势的需要

在混合式教学模式中，学生、教师、学习环境、媒体、教学策略等一系列要素无疑是重要的，但更重要的是这些要素的合理整合，从而带给学生一个整体的学习体验，它是整个教学过程中的核心部分。所以混合式教学并不应该只是线上线下的简单加和，而需要依据不同的课型，不同的内容，不同的学生，用不同的教学方式，在适当的时间，通过应用适当的学习技术与适当的学习风格相契合，对适当的学习者传递适当的能力，从而取得最优化的学习效果。

2 与实际应用相关知识点的线上线下混合式教学的探索

无机及分析化学课程知识点多，实践性和应用性较强，课程的理论知识已渗透到许多科学领域，如食品科学、纺织工业、环境监测等等。将案例法、基于问题的教学方法(PBL)等教学手段与线上线下教学相结合，能让学生达到最佳知识点的掌握，为后期解决工农业生产和科学研究的实际问题打下一定基础。

2.1 PBL教学法对接混合式教学

PBL即以问题为导向的教学方法，目前已成为国际上比较流行的一种教学方法[3-4]。PBL教学法是基于以学生为中心的教学模式，它把学习设置到复杂的、有意义的问题情境中，通过让学习者合作解决真实性的问题，来学习隐藏于问题背后的科学知识，形成解决问题的技能，并形成自主的学习能力。无机及分析化学课程中有不少与生产生活相关的知识点可以通过PBL教学方式结合线上线下教学来更好地呈现给学生。下面就以“酸碱滴定法”教学过程为例介绍具体的实施过程。

2.1.1 课前 “雨课堂”发布问题

“酸碱滴定法”被广泛应用于生产实际中，例如食用醋中乙酸含量的测定、新型高性能永磁材料钕-铁-硼中硼含量的测定等。我们在雨课堂上提前发布一段酸碱滴定的视频资料，借此激发学生学习本章知识的兴趣。在PBL教学方式里，设计问题是其中至关重要的一个环节，问题是重要的载体，既是思维的起点，又是思维的动力，每个问题的提出都应该有明确的目的和要求，要结合课程理论内容，同时还要具有一定难度和复杂性，这样才能激发学生的探索精神，锻炼学生主动获得各类线上线下资料的能力及团队合作精神。因此，在观看视频的同时我们给学生一系列问题：(1)滴定开始至近终点时颜色为什么一直没有变化；(2)为什么在最后加入一至两滴滴定剂时溶液颜色发生明显变化；(3)食用醋质量不达标的原因是什么；(4)你学习了酸碱滴定后怎样测定食用醋的总酸度。其中，前两个问题是与酸碱滴定理论内容紧密相关的，它与线下精讲内容酸碱滴定曲线可以成为前后呼应的关系。后两个问题则是用生活实际相关实例激发学生兴趣和主动探索的精神，逐步培养学生形成化学学科素养。通过这些问题的引导，学生在线上学习中已经形成了比较完整的酸碱滴定概念，在线下我们则会解决更多的关于酸碱滴定分析计算的内容。

2.1.2 课堂中运用雨课堂弹幕、随机点名加强学生参与度

线下的课堂教学中学生和教师能够面对面进行交流和互动，教师能及时了解学生对知识点掌握的状况，如果教师能够通过不同层次的教学设计，捕捉学生的亮点，并利用它使之成为学生在课堂上的兴奋点，必然能够提高线下课堂教学的效率。因此线下课堂精讲前，我们可以将课前发布的比较简单的问题以弹幕抢答或随机点名的形式让学生回答，根据学生回答情况采用适当加分的形式鼓励学生多多参与。事实证明，这种方式可以有效吸引学生注意力，让更多学生投入思考，并活跃课堂气氛。有了更多学生的参与后，教师可以根据学生课前在雨课堂中对酸碱滴定过程的预习，对本章的重难点内容滴定曲线、强酸滴定弱碱、混合碱(NaOH、Na2CO3、NaHCO3)滴定等进行精讲。为了让同学对酸碱滴定分析有一个“深度学习”的过程，将已有的知识迁移到新的环境，锻炼学生提出问题、分析问题并解决的能力，精讲完成后还可以结合本章知识点在工业生产研究中的应用做讨论，比如将“毒奶粉”事件纳入研究讨论体系。三聚氰胺“毒奶粉”事件是在奶粉中非法添加工业原料三聚氰胺来增加奶粉中蛋白质的含量，这种黑心做法并未在一开始被发现，原因是最初奶粉中蛋白质含量的测定方法“凯式定氮法”其实是通过酸碱滴定的方式检测氮元素含量再转化成蛋白质含量，而“凯式定氮法”并不能区分氮元素的来源，最终成为不法商贩获利的工具。通过类似的讨论我们不仅让学生学到了专业知识，同时引导学生学以致用，利用专业知识和技能解决具体问题。

2.1.3 课后巧用雨课堂测试掌握学生学习动态

课堂教学结束之后，学生往往需要通过一些练习进行知识巩固和外延拓展，此时可以在雨课堂中发布测试练习的内容。测试练习要求学生在规定时间完成，在规定时间后教师给出正确答案。雨课堂通过后台统计学生的测试成绩，教师根据测试题中的错误情况再次评估学生掌握知识的情况，在下次课堂教学中予以调整。

2.2 案例教学法对接混合式教学

案例教学法起源于1920年，由美国哈佛商学院所倡导，是通过教学者选用实际生活中的典型问题做成教学案例，然后以团体讨论的方式，引发学习者的思考，提出解决问题的方案，并使学习者真正参与其中进行学习的一种行之有效的教学方法[5-6]。无机及分析化学课程案例可以来源于工农业或其它行业的生产过程，一般具有知识性、典型性、启发性和趣味性。与其它课程类似，本课程案例教学步骤也可分为提供案例、组织讨论、教师评述和原理分析。下面以“化学反应速率”内容为例阐述如何进行线上线下的对接教学。首先选择典型案例“2015年天津港大爆炸事件”，这是一起特别重大的安全事故，爆炸的直接原因是：港口危险品仓库运抵区南侧的集装箱内硝化棉由于湿润剂散失出现局部干燥，在高温天气等因素的作用下加速分解放热，积热自燃，引起相邻集装箱内的硝化棉和其他危险化学品长时间大面积燃烧，导致堆放于运抵区的硝酸铵等危险化学品发生爆炸。 在这个案例中我们寻找一个微信小视频提供给学生，接着提出引导性问题由同学在线上查阅各种资料并解答：(1)化学反应速率与温度的关系是一个简单的正比关系吗；(2)除了温度之外，还有哪些因素能引起化学反应速率的变化；(3)温度影响化学反应速率的本质是什么。这些问题学生可以通过各种线上资料进行查阅，还可以组织线上分组讨论，让学生提前感受实际问题与理论知识的紧密结合。由于前期的线上学习学生对温度、压力等因素影响速率的根本原因及其影响程度的大小还没有真正搞清楚，因此线下课堂的同学们非常渴望得到这一部分知识，这就充分调动了学生的主动探索、求知的欲望。在线下课堂中教师即可着重分析教学重难点化学反应速率方程、活化能和阿伦尼乌斯定量计算。课堂分析中教师会分析到温度对化学反应速率的影响可以归结为温度对速率常数的影响，通过阿伦尼乌斯公式可以看出，温度升高，反应速率常数增大，由于速率常数与温度不是简单正比关系而是指数关系，所以温度变化对速率以及速率常数的影响是非常大的。通过线下课堂中教师的详细分析，也可引导学生们牢固树立安全理念，在各种职业中应该具备基本的职业素养，保障人民生命财产安全。

案例可以来自于生产相关的行业，也可以来自于人们的生活。以下是在 “酸碱平衡”课程中使用的案例及混合式教学的做法。推送线上案例材料到微信群或QQ群：某医院内科病房中在给病人静脉滴注阿莫西林-克拉维酸后，接着滴注乳酸环丙沙星注射液，当这两种注射液在输液器中混合后出现大量微黄色针状结晶沉淀，而输液瓶中的乳酸环丙沙星注射液仍透明澄清[7]。案例阅读后请同学们通过各种资料查阅以下几个问题：(1)通过哪种简单指标区分溶液的酸碱性；(2)阿莫西林-克拉维酸的pH值是多少；(3)该溶液的酸度下降后会出现什么现象。该案例是学生会非常感兴趣的一类案例，因为此类例子和生活密切相关，通过案例增加学生对理论知识的渴求，学生会积极配合查阅资料找出问题的答案。线下课堂中教师即可给出案例中注射液发生结晶的原因：阿莫西林-克拉维酸本身pH为8.76，乳酸环丙沙星的pH值较低只有4.5～5.5，当两种溶液混合后阿莫西林-克拉维酸的pH降至6.59以下时就会产生浑浊甚至出现微黄色针状结晶。当教师轻松揭开该案例神秘面纱后即可进行重难点质子酸碱的含义、酸碱溶液pH值计算的讲授，在此基础上教师还引导学生对案例更深层次的探究：人体体液酸碱平衡是人体三大基础平衡之一，如果这一平衡被破坏，就会影响正常的生命活动，发生酸中毒或碱中毒，而许多药物本身就是酸或碱，为保障人体用药的安全性和有效性，应注意不同药物的pH值差异，避免因药物pH值改变而造成的不良后果。

3 课程教学效果

我们在授课中将生产实际相关的众多例子与课程内容相结合并实施混合式教学，改变了以往以教师为主的讲授，并且通过相关问题情境、案例作为理论知识点的载体，给原理的讲解提供一个切入点，使具体和抽象相结合，充分实现了理论教学和应用相统一。在课程结束时，我们对该方式的教学进行了调查，有效调查人数69人，90%(62人)认为，混合式教学会花费时间更长，查资料有一定难度，但学习时是主动学习，通过自己的积极思考获得新的知识，在脑海中保持时间更长，回忆起来更加轻松；93%(64人)认为线上的情境和案例能促进相关原理的理解和记忆，有助于增强学习兴趣，开阔思维，提升学科素养。

4 结 语

混合式教学是网络在线学习和传统课堂教学的相互结合与补充，既能发挥教师的主导作用，也能体现学生的主体性。在无机及分析化学的线上线下混合式教学模式中，探索了将不同教学方法合理融入课程教学中。通过提前在线上发布情境视频、典型案例等，让学生提前观看、学习、练习，课堂上组织学生运用相关内容进行互动合作、交流展示、项目任务等学习活动，真正让学生参与到教学中，成为学习的主体，把课堂作用从知识的传授场所转变为高水平思维的活动场所，充分激发学生的学习兴趣和潜能，保证学习活动的充分性、深入性和有效性，全面促进教育质量的提升。