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摘 要：结合十九大人才培养的精神指导，建立基于“互联网 +”的物理化学实验教学多元课堂，实现课前师生互动预习，课上翻转课堂，针对性指导，课后互助式实验应用探究的多元课堂模式。通过网络教学平台的建立、教学内容和方法、实验内容、数据处理、课程考核方式等多方面的改革与探索，促进了教师与学生在物理化学实验课程中的投入，提高了学生的自主学习能力，激发了学生的科研兴趣和探索精神。
关键词：物理化学实验；网络教学平台；多元课堂
本文引用格式：王君，张义成，母伟花，等 . 基于“互联网 +”的多元课堂在物理化学实验教学中的探索与实践 [J]. 教育现代化 ,2021,8(39):42-45.
Exploration and reform of Physical Chemistry Experiment based on “Internet +” Pluralistic Teaching
WANG Jun, ZHANG Yicheng, MU Weihua, FENG Xiyun
(School of Chemistry and Chemical Engineering, Yunnan Normal University, Kunming Yunnan)
Abstract: Combined with the spiritual guidance of talent training in the 19th National Congress, we have established “internet +” pluralistic teaching classroom of physical chemistry experiment. Prepare new lessons through teacher-student interaction before class. Support the flipped class mode in class. After class, we explore the application of experiment through collaborative learning mode to achieve the goal of pluralistic objective of class teaching. The establishment of electron teaching flat, teaching contents and methods, experimental contents, data processing, examining mode and other aspects were reformed. This promotes the teachers and students devoted in physical chemistry experiment. In the meanwhile, raising the self-regulated learning ability of the students and stimulated their interest and appetite in research.
Keywords: physical chemistry experiment; network teaching platform; pluralistic teaching classroom
一 引言
物理化学是借助数学、物理学等基础学科的理论及其实验手段来研究物质系统的化学行为原理、规律和方法的科学，可谓近代化学的原理根基。而物理化学实验是提高物理化学教学质量的关键环节 [1]。物理化学实验需要综合运用物理和化学的原理与技术、方法与仪器以及数学运算工具，是一门理论性、实践性、综合性和研究型很强的课程，在化学化工、制药工程、生命科学、材料科学、环境工程等专业的人才培养中有着举足轻重的作用 [2]。《中共中央国务院关于深化教育改革，全面推进素质教育的决定》中第 14 条明确指出“高等学校需要调整和改革课程体系、结构、内容，抓紧建立更新教学内容的机制， 加强课程的综合性和实践性，重视实验课教学，培养学生实际操作能力，促进教材的多样化。”党的十九大报告指出，建设教育强国是中华民族伟大复兴的基础工程，要全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，加快一流大学和一流学科建设， 实现高等教育内涵式发展。因此，我们必须加快高校实验课程的教学改革，要充分利用现代化信息技术，将互联网背景下的信息技术与教育进行深度融合，不断创新教学手段，为传统的物理化学实验教学注入新的活力，使学生在实验课程的学习中产生科研兴趣，以培养满足当今社会需求的、具有创新能力的高素质专门人才 [2]。因此，以十九大人才培养的精神指导，构建创新创业能力培养教学模式， 建立基于“互联网 +”的物理化学实验教学多元课堂， 有利于对学生进行科学的思维方法、研究方法、探索精神、创新意识与能力的训练和培养，是提高学生整体素质的一项系统工程。
二 物理化学实验教学的现状
物理化学实验内容综合性很强，实验原理中多数包含一定的数学、物理和化学等课程的知识点， 对学生的实践能力和理论联系实际的能力有较高要求。但物理化学实验课程从教学内容、教学方法到教学观念和学生的学习形式都存在几十年不变的现象，非常不利于对学生科研素质和创新能力的培养， 已经无法适应新时代高等教育教育强国和实现教育现代化的目标。尽管近年来关于物理化学的教学改革在不断进行，但在改革的认识和实践上还是存在着一些错误的倾向，严重地阻碍了实验教学改革的深入进行 [3]。问题主要表现在以下几个方面：
1.实验教学手段落后，实验教学依然只依靠课上的几个学时，教师的教学和学生的学习过程中过多地关注实验步骤、实验仪器的操作、使用方法以及实验报告的撰写。对实验本身需要探索的理论问题则相对弱化，不介绍或简单介绍。或者为表示对实验教学的重视，单纯的追求增加实验教学课时或其所占的比重，期望在课堂上解决全部的问题。
2.传统的物理化学实验课程通常作为理论课程的附属，实验内容多为对理论教学的验证，且理论验证性实验几十年不变，实验手段及数据处理手段落后，不能与时俱进。导致学生的学习积极性不高， 不利于培养学生探索精神及实践能力。
3.实验多采用大组教学，十几甚至二十几人同时完成一个实验。由于物理化学实验主要通过光、热、电、磁等物理量的测定去研究化学反应的普遍规律，因此在实验过程中会使用专用中、大型实验设备和较复杂的玻璃仪器。多人同时使用一台仪器会出现实验时仅有少部分同学动手操作，其他同学旁观的现象，导致部分同学丧失了操作仪器的机会。由此产生了部分同学在实验过程中过分依赖同组同学，不想、不会使用仪器，等待同组同学操作完成后， 只求实验数据进行实验报告的撰写，极大降低了学生的学习兴趣和实验探索欲，阻碍了创新型人才的培养。
4.数据处理方法落后，部分老教师仍然排斥学生使用计算机软件进行作图，要求学生使用坐标纸进行手工作图，虽然手工作图在一定程度上培养了学生的学科基础，但是手工制图存在误差大、耗时长，结果不稳定等问题。且由于实验数据的复杂多变、曲线拟合方法众多、对学生的实验数据分析要求较高，手工作图使得实验结果准确性大大降低，导致学生在实验探究过程中过多的关注在数据处理及结果计算部分。这不仅增加了学生的工作量，降低实验结果的准确性， 同时也降低了学生对实验本身的探索欲 [4]。
5.课程考核方式教条化，单纯地以学生的实验预习、操作和实验报告进行成绩的评定，且预习方面的考核通常以学生撰写的实验预习报告为主， 导致部分学生在预习过程当中“走过场”，学习的积极性不高。这种陈旧、消极的考核方式使学生过多的关注于实验报告的撰写，忽视了实验技术、团队合作、实验探索和分析问题等能力的学习，不利于学生创新能力的培养。
三 物理化学实验改革措施
（一） 基于“互联网 +”的物理化学实验教学平台的建立和实践
为充分利用课堂教学时间， 使学生进行高效、高质量的学习，同时提升学生的自主学习能力并促进师生互动形式多样化 [5]，云南师范大学物理化学实验课程以超星尔雅系统为平台，建立物理化学实验网络教学平台，平台内容包括教师团队介绍、课程基本信息、学习方法、物理化学实验内容、作业及互助讨论、答疑等模块。其中课程基本信息模块包括课程简介、课程大纲、教学进度、课外学习参考资料、教师信息、课程通知等内容 [6]。物理化学实验内容模块包括各实验教案、实验原理视频、实验操作视频、趣味实验视频、实验数据记录与处理、思考题、实验知识库、趣味化学史等内容。互联网平台的建立， 使物理化学实验课程实现了课前微课视频学习、课上翻转课堂、课中实验探索、课后互动讨论的，以学生为主体的现代教育教学模式。
在课程实施过程当中，教师在课前录制实验原理视频、操作视频和趣味实验视频，将实验相关教案、视频、知识点问答、讨论等相关信息资源发布到学习通网络教学平台上， 学生通过网络教学平台进行开放式的在线学习，并针对教师提出的问题进行在线讨论，教师通过网络平台了解学生的学习情况， 并针对普遍性的问题进行引导和解答。在实验课上， 教师通过实验相关原理在生活、生产中的应用进行引课，请同学们讨论并回答相关问题，在此过程中引
导学生思考解决实验问题所需的仪器及其使用方法， 同时强调实验的操作流程和注意事项。而后，教师提出验证性问题，请学生进行实际操作，并在操作过程中探索验证性问题的答案。在学生的实操过程当中，教师进行不间断的巡视、观察，及时发现问题并进行一对一的指导和答疑。实验完成后，教师组织协作探究活动，请 1-2 位同学分享实验心得， 对课上提出的验证性问题进行解答并展示实验结果。通过交互式的讨论可以加深学生对实验的印象，对相关知识点有更深刻的理解和认识。课程结束后， 教师通过网络教学平台布置相应的作业和实际应用性思考课题，要求学生课下共同讨论研究，学以致用。传统教学模式和互联网教学平台的有机结合将充分调动学生的能动性和创造性，可以培养学生自主学习、协作学习及自我展示的能力，同时还可以提高学生分析、解决问题的能力。
（二） 教学内容与教学方法的改革
从创新人才培养的基本要求出发，物理化学实验课程采用小组循环教学法，每小组 3 ～ 4 人，每个实验提供 4 台实验装置，确保每位同学都有单独的实验装置可用，让每位同学都有机会独立操作。由于学生人数少，在学生实验时教师通过不断巡视可针对学生的表现进行单独指导，实现个性化教学， 同时可以避免空洞式、填鸭式教学 [7]。在互联网教学平台建设过程当中，突出实验重点、难点及操作注意事项。建立与实验相关的辅助资料，如：实验仪器在生产生活中的应用、化学史、化学家轶事及实验相关的科技文献等。激发学生对物理化学实验的兴趣，探索并实施开放性实验教学模式，使学生成为课堂的主体。
在教学方法上，物理化学实验课程采用多元化的教学方式，如在过氧化氢的催化分解实验中，课题组采用微课视频、网络问答、自主学习、小组讨论、实验操作、协作交流与应用探讨等模块进行多元化教学。在课前录制基本原理、基本方法和基本技能 3 个方面的微课视频，并在视频中插入自主练习题。视频学习具有多次暂停和回放的特点，可以满足不同程度学生的学习要求，自主练习题可以检验学生对知识内容的掌握程度，强化师生互动交流。在课堂上，教师通过生活中常见的催化反应，如酵母发面、胃蛋白酶的服用促进消化等与生活密切相关的实例导入实验，让学生认识到如何利用物理化学实验去解释、解决日常生活中遇到的问题，引导学生进一步思考其在生产、生活中的其它应用。实验结束后， 教师选择示范小组讲解实验验证问题、实验方法的理解和操作技能注意事项，展示实验结果，互相讨论。学生通过交互式讨论可以加深实验印象，对相关知识点有更深刻的理解和认识。课后，在网络教学平台的拓展思考模块发布实验探究问题，向学生介绍过氧化氢的催化分解过程可以为航天推进系统提供燃气，过氧化氢可以作为单、双组元推进剂的氧化剂使用，在航天工业上有重要应用。请同学们讨论如何快速地为航天推进系统提供燃气。该部分将实验内容与实际应用相结合，培养学生理论联系实际的能力，将理论知识升华为解决实际问题的工具，培养学生的科研兴趣和科研意识。
（三） 加强实验教材建设、优化实验内容
针对物理化学教学内容几十年不变无法反映学科发展现状及学科前沿，且实验中用品中含有有毒试剂、实验装置落后及综合性实验相对较少等问题， 对物理化学实验内容进行修订。结合学校及专业特色，改革物理化学实验教学内容，规避实验中的有毒物质，増设综合性、设计型实验，使学生在实验过程中接触物理化学学科发展前沿。在课程建设过程中使用绿色、环境友好性的化学药品及试剂替换传统实验教材中的有毒药品及试剂。如将实验 2“凝固点降低法测摩尔质量”实验中有毒的溶剂“苯”，改为无毒的“水”，将实验中有毒的溶质“萘”改为无毒的“葡萄糖”；将实验 6“苯 - 乙醇 - 水三组分体系的相图”中的“苯”改为低毒的“环己烷”。为提高学生的学习兴趣和综合解决问题的能力，将物理化学的理论知识与实际生产相联系，新增设了栀子黄色素的提取和浸提动力学及废旧干电池（锌 - 锰电池）的湿法综合回收处理两个实验。为响应国家加快高等教育课程和教学改革，使学生尽早地参与科技研究开发和创新活动的号召，物理化学实验在课程建设过程当中把与物理化学学科发展前沿接轨的综合性设计型物理化学实验项目的建设纳入到物理化学实验的教学中来，以培养学生的创新意识和综合解决问题的能力 [8-9]。课程团队正在探索设计型实验纳米 Ag 的制备及表征及氧化石墨烯复合光催化材料的制备及光催化性能研究等几个设计型实验， 以期培养学生的科研兴趣和创新精神。
（四） 数据处理方式的改革
在计算机技术高速发展的今天，我们应该积极进行学习方式及学习方法的改革，培养学生的创新性思维和现代化的实验数据处理能力。因此，物理化学实验课程在教学中鼓励学生使用计算机软件处理及记录数据实验数据，让同学们接触并学习现代化的数据处理技术。在网络教学平台中设置了数据处理软件教学模块， 提供 DSP、CAD、origin、Excel、最小二乘法数据处理等软件的下载及软件使用教程，鼓励学生使用计算机软件处理实验数据。与传统的坐标纸手工制图相比，计算机作图不但可以提高工作效率及时发现实验操作中可能存在的问题，还为未来从事科学研究打下坚实的数据处理基础 [10]。这有利于严谨科学态度的养成，进一步增加学生的学习兴趣和接受新事物的能力。
（五） 课程考核方式的改革
基于“互联网 +”的物理化学实验教学平台的建立，颠覆了几十年不变的传统课程考核方式，实现了学生学习的过程性评价，真正地实现了以学生为主体的现代化实验课程的建立。在成绩评定的过程中过程性评价贯穿整个实验教学过程，结合实验前的预习、实验操作、实验报告进行综合考核。其中过程性评价考核主要在网络教学平台上开展，成绩包括课程视频、实验讨论、作业和协作探究四个部分。课程考核总成绩 = 平时考核成绩 *70%+ 期末考核成绩 *30%。课程考核总成绩 60 分以上视为合格。平时成绩对实验预习、实验过程、清洁纪律、实验报告和过程性评价五个部分进行全面考核， 占总成绩的 70%。其中，实验预习 7 %、实验操作21%、清洁纪律 7%、实验报告 35%、过程性评价30%。期末考核方式为随机抽取一个实验进行实际操作获取成绩，占总成绩的 30%。全新的、多元化的考核方式对学生的学习态度、学习方法、自主学习能力、团队协作能力、思维能力和数据处理能力进行了综合考核。该考核方式促进了学生学习的全面性、多样性和持续性，进一步提高了学生的学习积极性，将素质教育和现代化的教育理念内化到了考核当中。
四 结 语
基于“互联网 +”的物理化学实验多元课堂的建立，充分体现了互联网背景下的信息技术与教育的深度融合，实现了物理化学实验课程教学方式、方法和学习方式、方法的全面改革，促进了物理化学实验课程的现代化进程。在教育实践的过程中， 多元课堂的实现不仅丰富了学习资源和课堂教学内容，而且将课堂教学有效延伸到课前和课后，达到了“处处能学、时时可学”的现代化教育目标，极大地提升了学生的自主学习能力和学习兴趣，实现了教师高质量的教和学生高质量的学的教育目的。
参考文献
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