物理化学实验的智慧课堂教学初探——以《凝固点降低法测相对分子量》为例
张雅洁，季益刚，花书贵，李慧妍
(江苏第二师范学院 生命科学与化学学院，江苏 南京 211200)
ZHANG Ya-jie, JI Yi-gang,
HUA Shu-gui, LI Hui-yan
(Jiangsu Second Normal
University, College of Life Science and Chemistry, Jiangsu Nanjing 211200,
China)
摘要：智慧课堂是一种顺应“互联网+教育”发展而产生的新型教学模式，对物理化学实验课程教学改革有着重要意义。以《凝固点降低法测相对分子量》为例，探讨了将智慧课堂教学模式融入物理化学实验课程的具体做法，将为进一步开展实践探索提供参考。
关键词：智慧课堂；物理化学实验；教学模式；凝固点降低法
中图分类号：
G427 文献标识码：A
A Preliminary Study
on Smart-class Teaching Models of Physical Chemistry Laboratory Course—Taking
“Determining Molar Mass by Freezing Point Depression” as an Example
Abstract: The smart-class is
a novel teaching model which came into being along with the recent development of
“Internet+ Education”. It has exhibited great importance to the teaching reform
of the physical chemistry laboratory course. By taking “determining molar mass
by freezing point depression” as an example, the method of introducing
smart-class teaching model to physical chemistry laboratory course is discussed
in detail, as a valuable reference for further practical
applications.
Keywords: Smart-Class;
physical chemistry experiments; teaching model; freezing point depression
基金项目：江苏第二师范学院“学校高层次人才科研启动基金”（项目编号：923201）
作者简介：张雅洁（1988—），女，江苏盐城人，江苏第二师范学院讲师，获博士学位，主要从事物理化学与物理化学实验教学与研究工作，手机号码：18362932510，E-mail：yctuzyj@163.com。
当前，国内物理化学实验课程教学通常采用传统的教学模式，存在较多弊端。虽然在传统教学模式中，教师可以集中在有限的课时内将基本知识和实验技术传达给学生，但是课堂以教师为主体，无法开展个性化教学，不利于培养学生的创新思维和综合素质。因此，为了全面实现物理化学实验课程的教学目标，培养具备创新意识、探究能力等的人才，教育工作者们亟需寻找一种新型教学模式。
1. 智慧课堂教学模式对物理化学实验课程教学改革的意义
在“互联网+教育”的时代背景下，课堂教学模式经历了“高效课堂”到“翻转课堂”的演变，而近些年更提出了一种新型教学模式——“智慧课堂”[1-3]。
智慧课堂教学模式含有两个基本构成要素：① 拥有借助信息技术手段与平台打造的线上和线下智慧学习空间；②开展“以学生为主体，师生共同发现知识、创造智慧”的教学活动[4, 5]。基于这两个构成要素，智慧课堂教学模式应当具有个性化、多元化、开放性、深交互、实时性等特点，能够满足学生全面自由发展的需求。因此，将智慧课堂教学模式引入物理化学实验课堂，对于解决传统教学模式下的弊端，培养具有探究能力和创新意识的人才有着重要意义。智慧课堂教学模式在物理化学实验课程中的预期运转模式见图1。
图1 智慧课堂教学模式的运转方式
本文以《凝聚点降低法测相对分子量》为例，介绍将智慧课堂教学模式引入物理化学实验课程的一种思路，希望为进一步开展智慧课堂教学模式的实践研究提供一些参考。
2.
智慧课堂教学模式在《凝固点降低法测相对分子量》中的应用
《凝固点降低法测定相对分子量》是一个经典物理化学实验，各类教材中相关内容编排较为一致[6]。在传统实验教学模式中，得益于高度集成化的仪器以及“约定俗成”的实验步骤，学生基本可以毫无“波澜”地快速得到预期结果。这样的教学模式没有起到鼓励学生自主思考的作用，使得学生未能深入理解物理化学知识，对于常见难点以及仪器原理和特性等认识不足。欲解决上述弊端，可采用智慧课堂教学模式组织实验，借助智慧云平台（如超星尔雅网络通识课平台、爱课程、实验空间—国家虚拟仿真实验教学项目共享平台等）的知识库及互动功能，结合教师的引导及推动，激发学生对实验开展探究的动力。
2.1 智慧课堂模式下的预习环节
智慧课堂中的预习环节，应当鼓励学生发现、提出问题，并启发学生创造性的运用知识解决问题。相比传统教学模式，智慧课堂需要更多的重视虚拟实验平台模拟、线上互动交流以及资料的检索与分享。教师给出学习主题和学习建议后，引导学生借助智慧云平台开展深互动、个性化、开放式探究学习。
2.1.1预习环节的教师工作
（1）优化资料，启发学生自主获取知识。教师筛选出一部分优质资源，上传至智慧云平台，便于学生自主选择参考。例如：线上课程资源（如：中国大学慕课平台中，西安交通大学的《物理化学实验》在线开放课程等）、凝固点降低法的应用前沿文献[7, 8]。需要注意的是，教师提供的资源主要起到启发学生思考的作用，应避免资料过于周全，可以采取提示关键词（凝固点降低法、稀溶液依数性、相对分子量的测定等），指导学生到图书馆的纸质资源以及电子数据库中搜寻目标资源，逐步掌握获取知识的方法与途径。
（2）参与学生预习互动，形成过程性预习评价并针对性制定教学设计。通过智慧云平台，加入学生组织的学习小组开展互动交流，并引导推动学生间的讨论。教师需要分析虚拟实验平台的学情数据，实时了解学生对本实验基本内容的把握情况，并结合智慧云平台的学情反馈优化教学设计。
（3）协助学生设计探究实验。教师需综合评价学生们提交预实验方案的可行性、安全性以及创新性等，协助学生完善实验方案，鼓励学生开展科学探究尝试。
2.1.2预习环节的学生学习
（1）借助智慧平台，高效预习。学生在预习阶段构建实验主体知识框架、明确问题，可以结合线上线下资源，尝试独立解决问题。
（2）组建学习小组，开展互动探究学习。基于虚拟实验平台开展模拟实验，以小组为单位，探讨可能出现的问题及解决策略。围绕实验目的、步骤、仪器、药品等方面，学生们主要讨论两类问题：针对基础实验的疑问以及基于实验主题的探索延伸。例如针对实验原理所关注的问题：①原理中假设析出固态为纯溶剂，而所研究的溶液在凝固过程中是否为纯溶剂呢？可以如何检测？哪些药品可以满足理论中的这一假设要求？②实验药品适用于稀溶液的凝固点降低公式的范围等。
（3）确定实验方案并提交申请。学生可以提交探究实验申请，明确实验原理、方案、仪器、耗材以及探究的目的与意义等。提交方案可以上传云平台，便于开放地分享智慧成果，推动互动交流的深入以及探究能力的养成。
2.2 智慧课堂模式下的实践环节
智慧课堂中的实验实践环节，以培养学生的自主能动性、合作协调性、科学严谨性等科学品质为目标。在有限课时内，学生们线下开展实验，线上开展学习互动；教师记录学生实验情况、参与学生的互动学习，并在需要时提供参考性建议。
2.2.1实践环节的教师工作
（1）预习环节学情的分析。借助线上限时小测试、线下随机互动等方式，快速了解学生对自己要开展实验的熟悉情况。
（2）开展“问题探讨”式教学互动。结合学情开展探讨互动，启发学生发现解决问题的方法，培养学生的创新意识。可以与学生共同探讨如下问题：①如何避免过冷过热现象？②如何实现实验操作条件平行？③是否可以配套使用更灵敏的监测手段如荧光或紫外等。
（3）参与互动并记录实况。开展实验期间，教师一方面需要留心观察学生实验进展和操作的规范性，另一方面需要引导学生发现问题并启发学生自主思考。此外，教师可实时参与线上线下的交流互动，优选共性问题发布至智慧互动平台，引导学生关注并参与互动学习。
（4）形成过程性学情评价。基于线上线下学习情况记录，根据学生实验过程中的表现，形成对学生本次实验课程学习情况的过程性评价，为学生开展下一步的自我学习评价与反思提供参考意见。
2.2.2实践阶段的学生学习
（1）开展实验探究尝试及实验问题互动。实验过程中，学生们合作分工，有目的的开展实验，并结合预习中提出的疑问，开展线上线下互动讨论。例如，针对凝固过程中易出现过冷这一现象，围绕实验药品开展如下探讨：①实验使用的环己烷、萘中的杂质对实验结果有何影响？②结合仪器分析课程和有机课程的知识，讨论杂质如何确定与去除？③有哪些可替换的试剂？是否可以基于荧光传感器原理，选择荧光指示剂实现高灵敏度地监测体系温度变化[9]。④如何利用凝固点降低常数来确定溶液中分子结构、解离度等微观性质？
（2）实验数据的收集与分析。处理数据并初步判断实验数据是否符合预期，同时可探讨误差来源。
（3）评价本次实验探究的成效。学生们根据智慧学习平台反馈的个人学情数据，综合本次实验目的达成情况、实验过程体验、合作学习效果等，对实验的完成效果进行自我评价。
2.3智慧课堂模式下的总结环节
智慧课堂的总结环节是对整个实验进行智慧化的整理和完善，对于学生的总结归纳和数据分析能力的培养有着重要的意义。如何做到“实事求是、科学分析、找出问题、提出对策、得出结论”，是整个环节需要考虑的关键点。
2.3.1总结环节的教师工作
（1）参与学生的线上互动。参与学生发布于智慧平台的在线讨论，对学生数据处理方法的可行性及科学性进行评价。
（2）批阅学生的实验报告。从科学性、探究性、创新性的角度对学生实验报告进行评价，并解答学生仍存有的疑问和问题。
（3）鼓励并安排学生开展探究实验。综合考虑学生申请的补充实验的可行性和必要性，确认后可以实施的实验，安排学生有序开展。符合智慧课堂教学模式“开放性”的特点。
（4）形成对“教”与“学”的整体性评价与反思。基于智慧平台的学情分析，对学生“知识与技能”、"过程与方法"、"情感态度与价值观”三个维度进行评价，并给出进一步开展学习的意见。同时，基于“智慧平台大数据分析结果”、“学生反馈”、“学生自评”，结合本次教学的体验与感悟，形成对本次智慧化教学整体性的评价与反思。
2.3.2总结环节的学生学习
（1）完善数据的处理与分析，开展互动探讨。学生完善实验数据分析，结合实验原理与现象归纳整理得出结论。同时可以在智慧云平台发起探讨、收集问题和建议，并开展针对性互动探讨。通过深入地互动，学生可以主动参与优化数据处理方法，培养探究精神。
（2）申请并完成补充实验，提交完整的实验报告。探究实验譬如：①原有实验方案的改进；②基于实验原理开展的实际应用实验，如尝试运用凝固点降低法测定在有机实验中合成化合物的解离度等，通过探究实验可强化和加深学生对实验原理的理解。
（3）形成教学反馈及学习自评。基于智慧平台学习数据的分析，围绕“知识与技能的掌握情况、发现与解决问题的能力、互动学习的体验、探究创新能力的培养”等方面，形成对自己本次实验学习的智慧化评价；反思不足，总结并形成持续性学习的经验方法。基于学习过程的切身感受，完成教学反馈。
经过上述三个环节的教与学，师生共同完成了基于智慧课堂教学模式下的《凝固点降低法测相对分子量》实验课程的全部教学活动。
3.
结束语
物理化学实验课程不仅是对学生基本知识技能的培养，更是培养学生探究意识创新能力的重要平台。将智慧课堂教学模式融入物理化学实验课程，对于培养具有敢于探索求真、善于创新创造等科学品质的新型人才具有重要意义。在未来的实践探索中，智慧课堂与物理化学实验课程的融合方案会得到进一步地完善与发展，期望能够为物理化学实验课程的教学改革提供一些参考意见。
参考文献
[1] 谢爱娟，姜艳，罗士平，等. 后MOOC时代SPOC物理化学实验混合教学模式[J]. 实验技术与管理, 2016, 33(08):
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[2] 侯丽杰，韩彦霞. 《物理化学》教学中翻转课堂应用的策略研究[J]. 山东化工, 2020, 49(04): 215-217.
[3] 祝智庭. 智慧教育新发展:从翻转课堂到智慧课堂及智慧学习空间[J]. 开放教育研究, 2016, 22(01): 18-26.
[4] 吴晓如，刘邦奇，袁婷婷. 新一代智慧课堂:概念、平台及体系架构[J]. 中国电化教育, 2019(03): 81-88.
[5] 王薇，周宝晗，孙丹，等. 智慧课堂在分析化学实验中教辅作用的探索[J]. 山东化工, 2019, 48(21): 165-166.
[6] 张树永，刁国旺，侯文华. 物理化学理论与实验教学内容更新与教学模式改革——物理化学教学研究会第五次会议纪要[J]. 大学化学, 2019, 34(11): 74-76.
[7] Zhou J., Wei
C., Lai Y., et al. Application of the Generalized Clapeyron Equation to
Freezing Point Depression and Unfrozen Water Content[J]. Water Resources Research,
2018, 54(11): 9412-9431.
[8] Richardson I.
A., Hartwig J. W., Leachman J. W. Experimental effervescence and freezing point
depression measurements of nitrogen in liquid methane-ethane mixtures[J].
International Journal of Thermal Sciences, 2019, 137: 534-538.
[9] 张来新，陈琦. 荧光化学传感器的产生、发展及应用[J]. 合成材料老化与应用, 2019, 48(01): 120-124.
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