關(guān)麗麗，蔡穎，宋金玲，肖淑艷，胡鋒，趙鑫

內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010

結(jié)構(gòu)化學(xué)是利用量子力學(xué)基礎(chǔ)，從微觀層次上研究原子、分子、晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的一門基礎(chǔ)科學(xué)。由于課程的研究對象是抽象的微觀體系，因此理論性較強，內(nèi)容晦澀難懂。在課程學(xué)習(xí)過程中，不僅要求學(xué)生具有一定的數(shù)理知識，同時要具有嚴(yán)密的邏輯思維能力和一定的空間想象力，導(dǎo)致多數(shù)學(xué)生存在畏難和抵觸心理[1-3]。此外，現(xiàn)階段，在有限的課堂學(xué)時內(nèi)，傳統(tǒng)的面授、灌輸式的教學(xué)方法已無法充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，因此必須針對結(jié)構(gòu)化學(xué)課程進行適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)改革，例如開展模型實習(xí)、討論課、翻轉(zhuǎn)課堂及在線教學(xué)等[4-6]。本文介紹了線上線下混合式教學(xué)模式在結(jié)構(gòu)化學(xué)課程中的探索與實踐。

結(jié)構(gòu)化學(xué)混合式課程設(shè)計與建設(shè)方案如圖1所示。具體內(nèi)容包含課前學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，主要為教師發(fā)布的教學(xué)平臺內(nèi)容及知識點自測；線下內(nèi)容主要針對課程內(nèi)容中知識點的串講，以及針對線上自主學(xué)習(xí)中普遍出現(xiàn)的問題進行集中解析，課后學(xué)生對重要知識點進行鞏固練習(xí)。

圖1 線上、線下混合教學(xué)模式方案

1 線上課程平臺建設(shè)

本課程基于優(yōu)慕課在線教育平臺開展線上內(nèi)容建設(shè)[7]。按照結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的教學(xué)大綱，將教學(xué)內(nèi)容劃分為學(xué)習(xí)單元，各單元學(xué)時的分配可查閱平臺中“課程信息”模塊下的教學(xué)大綱。每個學(xué)習(xí)單元下設(shè)置具體的學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括課件資源、“單元導(dǎo)學(xué)”模塊及知識點學(xué)習(xí)。通過思維導(dǎo)圖建立知識點關(guān)聯(lián)性，幫助學(xué)生了解本單元的知識點、學(xué)習(xí)目標(biāo)及學(xué)習(xí)進度。

圖2列舉了單元4(分子的對稱性)的導(dǎo)學(xué)內(nèi)容。導(dǎo)學(xué)中首先明確了教學(xué)要求，并建立單元知識點導(dǎo)圖，模塊中不同顏色代表了知識點的掌握程度，同時細化每部分的學(xué)習(xí)進度。例如，第一個模塊為對稱操作和對稱元素，其中有三個重要知識點，包括旋轉(zhuǎn)軸、對稱中心以及鏡面。學(xué)生了解知識點掌握程度的同時，可以按照課前及課后自主安排學(xué)習(xí)時間，便于學(xué)生從整體上把控學(xué)習(xí)強度并合理安排學(xué)習(xí)進度。

圖2 單元導(dǎo)學(xué)(單元4“分子的對稱性”)

學(xué)生通過“學(xué)習(xí)單元”的學(xué)習(xí)掌握知識點，并且針對一些需要重點掌握的教學(xué)內(nèi)容，還可通過“例題精講”模塊加深理解。例如在單元4中，分子全部對稱元素及所屬點群的判定是這一章節(jié)的重要知識點，部分學(xué)生在單元學(xué)習(xí)后仍無法準(zhǔn)確地進行判斷，經(jīng)常出現(xiàn)點群判斷錯誤或無法找出全部的對稱元素，故而在單元4模塊下增加了典型分子如苯、間苯三酚、乙烯、環(huán)丙烷等的三維立體構(gòu)型及動態(tài)旋轉(zhuǎn)圖，如圖3所示，并對其進行說明，使學(xué)生通過分子結(jié)構(gòu)可視化深刻理解這一知識點的判定。此外，學(xué)生也能夠通過“單元小測”模塊及時掌握自主學(xué)習(xí)的效果。同時，線上課程平臺開設(shè)討論區(qū)，學(xué)生可以通過討論區(qū)與教師及其他同學(xué)展開交流討論，對不理解的知識點進行溝通，促進學(xué)習(xí)效果的提升。

圖3 單元4“例題精講”模塊下的課程建設(shè)內(nèi)容

此外，平臺增加了“知識拓展”模塊，在該模塊下學(xué)生可自行下載典型晶體如CaF2、NaCl、金剛石、石墨等材料的.vesta文件。除了在課堂上搭建晶體球棍模型之外，還可以通過Vesta晶體結(jié)構(gòu)可視化軟件了解晶系、點陣及晶面指數(shù)等內(nèi)容，增加學(xué)習(xí)趣味性[8]。例如，圖4是學(xué)生通過Vesta軟件打開的CaF2和NaCl的晶體結(jié)構(gòu)圖。其中，圖4a中黃色區(qū)域表示的是CaF2的(110)晶面，由Vesta工具欄中的Lattice planes選項實現(xiàn)，圖4b為面心立方NaCl的多面體形式，從圖中可以很清晰地看出Cl-的配位數(shù)為6，即八面體配位。通過三維結(jié)構(gòu)的可視化，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性的同時，能夠使學(xué)生更好地掌握晶系、空間點陣等晶體結(jié)構(gòu)的知識點。

圖4 晶體結(jié)構(gòu)圖

2 線上內(nèi)容與線下的有機結(jié)合

結(jié)構(gòu)化學(xué)課程線下內(nèi)容的建設(shè)，主要針對線上學(xué)習(xí)效果進行知識點串講及重難點解析，并根據(jù)線上測試的反饋結(jié)果，及時調(diào)整線下面授的教學(xué)方案。例如，圖5為線上平臺單元2(原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì))中五個知識點的掌握情況，匯總樣品數(shù)為64。從分析結(jié)果可以看出，在“原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)”這一單元中，學(xué)生對知識點的掌握總體情況良好，10%左右的學(xué)生對徑向分布函數(shù)及多電子原子軌道能的學(xué)習(xí)效果不理想。因此，根據(jù)這一反饋結(jié)果在線下的面授課程中加以強調(diào)，通過線上反饋結(jié)果及時調(diào)整線下課程的內(nèi)容，實現(xiàn)線上線下的優(yōu)勢互補。

圖5 線上平臺單元2(原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì))知識點小測分析結(jié)果

同時，為了調(diào)動學(xué)生在線下面授課堂中的積極性，課程采用了微助教平臺進行隨堂學(xué)習(xí)檢測[9]。例如，圖6所示為線下授課中通過價層電子對互斥理論(VSEPR)判斷分子構(gòu)型這一知識點的考查情況，測試以三道選擇題的形式出現(xiàn)，學(xué)生參與率為80%以上，因此基本上能夠調(diào)動大多數(shù)同學(xué)參與課堂活動。此外，通過測試發(fā)現(xiàn)，該知識點的正確率在第一次練習(xí)時僅為50%，通過教師根據(jù)反饋結(jié)果對知識點進行重點解析后，正確率提高到了85%、93%，因此該方式有助于教師及時了解學(xué)生對知識點的掌握情況，以便做出調(diào)整。

圖6 線下授課中微助教平臺知識點測試結(jié)果圖

3 結(jié)語

將混合式教學(xué)模式應(yīng)用于結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的教學(xué)中，將線上自主學(xué)習(xí)與線下面授有機結(jié)合起來，充分利用現(xiàn)代化學(xué)習(xí)平臺及專業(yè)軟件，加強學(xué)生對抽象知識的理解，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，構(gòu)建知識框架，提高課堂教學(xué)效率，確保課程教學(xué)質(zhì)量。通過線上教學(xué)平臺，教師可及時掌握學(xué)生學(xué)習(xí)效果并根據(jù)反饋結(jié)果調(diào)整線下面授內(nèi)容，充分體現(xiàn)了教師的主導(dǎo)作用及學(xué)生的主體作用，使學(xué)生取得了較好的學(xué)習(xí)效果。