基于SPOC的无机化学翻转课堂教学实践

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　　摘 要：在无机化学课程教学中，实施SPOC翻转课堂教学模式，取得了满意的教学效果。以无机化学中化学热力学基础一章内容为例，简要介绍了实施SPOC翻转课堂教学模式教学的实践，供其它课程开展SPOC翻转课堂教学模式教学参考借鉴。
　　关键词：无机化学；SPOC；翻转课堂；教学实践
　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.206
　　随着互联网信息技术的高速发展，对人们的生活、学习产生了巨大的影响，不可避免地冲击者教育行业，颠覆了传统的教学方法，出现了慕课、微课和翻转课堂等多种新型的教学模式[1]。作为培养未来中学教师的师范院校的教师，必须适应社会发展的需求，熟悉这些新的教学方法，在教学实践中应用这些新方法，并使学生在学习掌握理论知识的同时，习得的这些新的教学方法。经过两年多高等师范学院化学专业《无机化学》课程教学实践发现，在教学中采用慕课、微课和翻转课堂等模式教学，虽各有自己独特的优势，但也存在一些明显不足，较适宜的方法是把三者有机融合，实现优势互补。采用SPOC翻转课堂模式教学，就符合这种要求。近半年的《无机化学》课程SPOC翻转课堂模式教学实践，取得比较满意的效果。
　　1 SPOC起源及内涵
　　近年来，MOOC模式教学受到前所未有的追捧，国内一些985高校和许多211大学都建立了自己的MOOC，并纷纷上线。这使得我们这些普通大学的师生也可方便的分享到一流大学的教学资源。但采用MOOC模式教学过程中，普遍认为也存在一些弊端[2-3]，为了克服 MOOC存在的弊端和问题，一些新的在线学习形式不断涌现，SPOC（Small Private Online Course）就是其中之一，SPOC就是小规模限制性在线课程，它融合了MOOC教育思想的同时，也把小众学习，微课，集约化教育融合在一起形成一种特有的教育模式，可显著提升MOOC学习效果。
　　采用SPOC教学，使线上线下课堂更加多样化，可发挥小众学习、集约化等在线学习的优势。翻转课堂的主要内涵是将浅层的学习内容轉移到课外线上SPOC课堂，学生利用碎片化的，零散的学习时间灵活的学习，完成课前的预习，并通过讨论，教师发现学生的疑点及困惑，利于教师对课堂情景问题的设计，解答。并在后续的线上通过测验，反馈学生对知识的掌握情况。
　　无机化学是大一学生学习的一门专业基础课，它起着承上启下的作用，而且也有许多知识是在高中化学基础上的拓展，深化，它承载着学生学习方法的转变。为了提高无机化学教学质量，构建并实施了无机化学的SPOC翻转课堂教学模式。
　　2 SPOC翻转课堂教学模式
　　SPOC是网络课堂与实际课堂的有机结合，具有翻转课堂教学的完整流程，可分为线上SPOC平台课前预习，线下实体课堂教学讨论，拓展，加深，线上课后反思三个阶段。以无机化学中化学热力学基础一章内容为例，简要阐述SPOC翻转课堂教学实践。
　　2.1 线上课前预习
　　课前教师先设计一些有针对性的问题，引导学生阅读教材，抓住重点；教师设计并制作ppt，建立学生的知识体系，要求学生观看太原理工大学SPOC的相关视频，进一步强化知识，并体会外校名师的教学风格及课堂思政的情怀，通过完成视频中嵌入的微作业，微测验提升学生的自信心，激发自觉学习的信心。利用SPOC翻转课堂，学生既利用了传统的书本，又使用了现代信息工具，使其学习不受时间空间的限制，把碎片化的零散的时间充分聚敛，最后通过ppt系统强化知识，学生完成问题回答和微测验，系统实时记录成绩的自动反馈，作为预习成绩的一部分。同时学生把自己的疑问和困惑反馈到SPOC讨论平台上，教师根据反馈设计实体课堂，进行答疑解惑、拓展讨论。
　　2.2 实体课堂教学
　　教学中，学生参与教师组织的讨论活动，课堂具体分为 ：①问题解析； ②研讨深化拓展 ；③评价总结三个阶段。
　　（1）问题解析。针对SPOC平台上同学回答问题的情况，做进一步解析，课前微作业中，同学回答了标准生成焓的概念，教师抛出问题，那么白磷、红磷和黑磷哪一个是ΔfHmΘ= 0的物质？ΔfHmΘ（Br2（s）等于零吗？ΔfHmΘ（Br2（l））呢？水溶液中是以什么作参照来获得离子的标准生成焓？学生回答黑磷最稳定，其ΔfHmΘ等于零。教师挖掘定义的内涵和外延强调一定是指定稳定单质，同时，让学生查附录表，恰恰是白磷的标准生成焓等于零。在教师的引导下，后两个问题迎刃而解。通过这些问题的解析进一步强化了ΔfHmΘ的概念。另外，在学生预习的基础上，提出熵增的化学反应一般可自发进行，那么是不是所有的熵增反应都可以自发进行？如：TiO2（s）+2C（s）=Ti（s）+2CO（g） 反应的 ΔrGm =615.2kJ·mol–1，虽然是熵增反应，但该反应却不能自发进行。因为该反应吉布斯自由能变的数值太大，也就是说熵和焓共同决定化学反应的方向，需要看哪一方起了主导作用。同时，同学要注意吉布斯自由能变小于零的判据是针对“封闭体积，不做非体积功，恒温恒压的条件”。对孤立体系，ΔS孤 >0是物理化学中化学反应自发进行的判据。从而使学生对该知识点有了清晰的理解。
　　（2）研讨深化拓展。在利用盖斯定律计算反应的吉布斯自由能变，我们给出：
　　① TiO2（s） + 2Cl2（g） = TiCl4（l） + O2（g） ΔrGm=173.2 kJ·mol–1
　　② C（石墨） + 1/2O2（g） = CO（g） ΔrGm=-137.2 kJ·mol–1
　　耦合得到：
　　③ TiO2（s）+2Cl2（g）+2C（石墨）=TiCl4（l）+2CO（g） ΔrGm=-101.2 kJ·mol–1
　　请每个小组计算ΔrGΘ，并判断反应方向能否正向自发进行？引出耦合使原来不能进行的反应变为可以自发进行的反应。从而得到ΔrGΘ计算的又一种方法，并把碳氯法介绍给学生，开拓了耦合的应用，也为下册元素化学的学习打下良好的基础。并适时给出例题： 工业上，碳氯法的反应一般在800-900oC进行，请同学们根据教材附录4数据，计算碳氯法反应在850oC时的ΔrGm（850oC）=？并判断反应能否自发进行。进一步加深理解自由能变受反应温度的影响较大；同时，体会在任何温度下都存在热力学标准态。在此基础上进一步给出例题： BN是一种耐高温材料，也是一种优良的绝缘材料，在耐火材料和电子工业中已得到广泛的应用。合成BN的方法有几种，究竟选择那种方法更切合实际（相关数据见表1、表2）？ 　　① 用单质B与N2反应 B（s）+1/2N2（g）= BN（s）
　　② 用BCl3与NH3反应 BCl3（g）+NH3（g）=BN（s）+3HCl （g）
　　③ 用B2O3与NH3反应 B2O3（s）+2NH3（g）=2BN（s）+3H2O（g）
　　学生计算说明BN的实际合成方法，小组讨论。教师针对学生的计算结果进行分析，单从△rGm?来看第一种和第二种都是自发进行的反应，第一种合成法是放热、熵减小的反应，理论上应该是低温自发进行的，但实际中会发现温度低，反应速度慢，没有效益；第二种合成法是放热、熵增加的反应，是任意温度下都可以进行的。实际中也需要一定的温度，才能有满意的速度。但从成本分析发现，第一种合成法要用单质硼，成本特别高；第二种合成法两种反应物都是气体，对设备要求较高，而且产生的氯化氢气体会对环境造成污染。而第三种合成法，虽然△rGm?大于零，但数值并不大，而且是吸热、熵增的反应，到一定温度反应会转向，可以进行，而且反应是固-气反应，对设备要求低，副产物是水，对环境没有污染。因此综合考虑设备、成本、环保以及反应动力学，得出反应③适合工业生产。在实际中叫硼酐法。
　　（3）评价总结。教师对BN的合成方法，从热力学、成本、环境保护三方面进行评价，总结得出BN的实际工业合成方法，使学生体会到热力学和动力学，二者缺一不可。最后再安排学生讨论总结本章内容，发现问题再讨论，培养学生概括归纳总结的能力。
　　2.3 线上课后反思
　　知识的迁移、概括和总结主要在课后完成。教师通过组织丰富的实体课堂，引导学生思考、分析，把所学知识应用到实际问题的解决中。教师提出用CaO（S）吸收高炉废气中的SO3气体，其反应方程式CaO（S）+ SO3（g）Ca SO4（S）根据相关数据计算该反应373K时的，以说明反应的可能性；并计算反应逆转的温度，进一步说明此反应防止SO3污染环境的合理性。
　　学生登录SPOC平台随时讨论，并总结本章所学内容，概括出Gibbs自由能变的应用：（1）判断反应进行的方向和限度；（2）判断物质的稳定性；（3）估算反应进行的温度—转变温度。通过SPOC探究式学习，有助于培养学生主动学习，勤于思考，概括总结，运用知识的能力。
　　3 考核评价
　　无机化学SPOC翻转课堂教学评价采用过程性评价与形成性评价相结合的方式，既注重过程也关注结果，评价者有教师、学生，保证了客观、公正。教师通过建立考核评价机制，促进学生的积极思考，培养了学生主动学习，积极探索的精神，提升了学生深度思考的能力。
　　无机化学SPOC翻转课堂教学考核评价体系见表3。透过形成性评价考核学生的预习情况，对知识点的掌握应用情况及概括、总结，提炼知识的能力。多样化的考核评价体系和评价主体的多元化，保证了考核评价的客观性和公正性，又激发了学生的主动学习热情，培养了学生的发散思维和主動思考，积极表达的能力。
　　4 结语
　　实施SPOC翻转课堂教学模式下的无机化学教学，使课堂充满了活力，学生学的主动，学的生动，普遍受到学生的欢迎。考核评价结果表明，学生既掌握了相关理论知识，又培养了学生的创新思维和综合能力，取得了满意的教学效果。
　　参考文献：
　　[1]李银环，和玲，梁军艳等.SPOC模式下无机与分析化学课程教学实践[J].大学化学，2018，33（03）：11-16.
　　[2]谢爱娟，罗士平，孔泳等.SPOC物理化学实验翻转教学探索[J].实验技术与管理，2017，34（09）：211-214.
　　[3]陈然，杨成.SPOC混合学习模式设计研究[J].中国远程教育， 2015（06）：42-47，67.
　　基金项目： 忻州师范学院重点学科项目（XK201502）；山西省1331工程重点学科建设计划项目（【2017】122）；山西省高等学校教学改革创新项目（JG2016095）。
　　作者简介：尹爱萍（1964-），女，山西忻州人，本科，教授，研究方向：无机化学教学改革。
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