1. 引言
在当今科技迅速发展的背景下，化学作为自然科学的核心学科之一，发挥着不可替代的重要作用。在大学化学专业的课程体系中，《化学专业导论》作为一门基础性课程，不仅是学生接触化学专业知识的起点，更是培养学生科学兴趣、塑造科学精神和价值观的重要环节[1]，承担着引导学生踏入化学领域的重要使命。随着社会信息化的迅速发展和教育理念的不断更新，新时期大学生的特性也在发生深刻变化，传统教学模式已难以满足当前课程教学的需求。为进一步提升教学质量，教师必须与时俱进，不断探索并采用适应课程内容和学生特征的创新教学模式。当前，高校教学模式主要包括传统教学模式、互动式教学模式[2]、案例教学模式[3]、项目驱动教学模式[4]、混合式教学模式[5]以及翻转课堂教学模式[6]等。
Table 1. Comparison between a flipped classroom teaching model and traditional teaching model
表1. 翻转课堂教学模式与传统教学模式对比
教学模式 |
授课形式 |
教师角色 |
学生角色 |
传统教学模式 |
教师讲授(板书 + PPT) + 课后复习 |
知识传授者 |
知识被动接收者 |
翻转课堂教学模式 |
课前预习 + 课中讨论 + 课后反馈 |
知识引导者 |
知识主动研究者 |
其中，翻转课堂教学模式是指对传统课堂教学结构进行翻转，将知识传授的过程移至课外，课堂时间则用于互动、探讨和实践，由“先教后学”转变为“先学后教”[7]。该模式在授课形式以及师生角色等方面，与传统教学模式存在显著差异(见表1)。传统课堂上，教师主要以板书和PPT的形式讲授知识，学生被动听讲。而翻转课堂通过“课前预习、课中讨论、课后反馈”三个环节来引导学生开展探索式学习，教师不再是知识的唯一传授者，而是引导者，他们通过设计高质量的预习材料和有意义的学习活动，引导学生开展合作学习、思考问题与讨论等[8] [9]。学生也不再是被动接受知识的对象，而是主动学习的主体。在《化学专业导论》的教学实践中，采用翻转课堂教学不仅能够激发学生对化学的兴趣和学习主动性，还可以引导他们关注化学研究的前沿热点和领域动态，从而培养其科研创新思维。
2. 教学模式改革的必要性
目前，在国内高校的教学中，《化学专业导论》课程仍主要采用传统教学模式，教师在讲台上进行知识讲授，学生则在座位上被动接受。这种教学模式虽然在知识传递方面有一定的效果，但也存在一些局限性和不足之处，主要表现在以下几个方面：
1) 学生参与度低、互动性不足：传统课堂讲授模式通常以教师为中心，学生主要是被动接受知识。这种模式下，师生之间的互动较少，导致学生在课堂上的参与度不高，难以有效激发他们的学习兴趣和主动性[10] [11]。
2) 教学内容更新滞后：随着科技的持续进步和创新，化学领域的知识更新速度极快。然而，在传统教学模式下，教材和课程内容常常滞后于最新的科研进展。这使得学生所学知识缺乏前沿性，可能影响其竞争力和创新能力。
3) 教学和评价方法单一：传统教学模式侧重于知识的传授和记忆，缺乏多样化的教学手段。同时，过于依赖考试成绩来评估学生的学习效果，忽视了学生综合能力的培养。
4) 缺乏个性化教学：近年来，我国本科高校生源规模持续扩大，大学生群体日益多样化，每位学生的学习能力和时间管理能力存在差异[12]。在传统教学模式下，教师往往采用统一的教学方法，难以为每个学生提供个性化教学，这可能无法满足学生的个性化学习需求。
针对上述弊端和不足，许多高校已开始探索新的教学方法。其中，“翻转课堂”教学模式受到广泛关注。这种模式能够有效解决传统教学中的“师生互动不足”和“缺乏个性化教学”等问题，同时提升学生的学习积极性和参与度。因此，高校在《化学专业导论》课程中应积极采用“翻转课堂”这一教学改革，以更好地适应当今信息化和个性化教育的发展趋势。
3. 新时代下翻转课堂教学模式的设计与实践
3.1. 《化学专业导论》课程翻转课堂教学模式的设计
3.1.1. 教学目标
目标1：深入了解化学学科的基础理论、基本概念和发展前沿；理解并掌握化学学科的分类，包括有机化学、无机化学、分析化学、物理化学、高分子化学等五大类专业主干课程涉及的主要内容，以增进学生对化学的认知。
目标2：全面了解化学在不同领域中的应用，深刻领会其对人类进步的重要性，增强对化学的兴趣和热情，培养科学素养和终身学习的意识。
目标3：了解全球及中国化学发展的历史，深入认识我国在该领域的优势与不足，增强社会责任感和职业道德意识。
3.1.2. 设计思路
随着教育理念的革新和技术的普及，传统课堂教学模式逐渐被翻转课堂模式所取代。在《化学专业导论》课程中实施翻转课堂改革，旨在打破传统教学的界限，通过结合课前自主学习与课堂深入讨论的方式，促进学生的主动学习，培养其批判性思维和创新能力，同时提升教学效率，助力学生的专业发展。
此外，高校作为培养未来社会栋梁的重要基地，其使命不仅在于传授专业知识，更在于培养全面发展的社会主义建设者和接班人。因此，在《化学专业导论》课程中融入思政教育元素，能够帮助学生建立正确的思想观念，引导他们积极思考社会现实问题，从而提高其社会责任感和使命感[13]。
基于此，我们结合“化学在能源中的应用”这一教学案例，综合利用线上和线下教学资源，设计了《化学专业导论》课程的翻转课堂教学流程，如图1所示。
Figure 1. Flowchart of the flipped classroom teaching model
图1. 翻转课堂教学模式流程图
3.2. 《化学专业导论》课程翻转课堂教学模式的实施
3.2.1. 课前预习——自主学习
课前预习指的是学生在正式上课之前，通过观看教师提供的学习资料、视频等，自主进行知识获取和初步理解的过程。这不仅是翻转课堂得以有效实施的基础，也是培养学生自主学习能力的关键环节。以“化学与能源”教学为例，该环节可以从以下四个方面展开：
1) 学习资源的准备与发布：教师应提前准备高质量的教学视频、阅读材料和辅助PPT，并通过如“微助教”、“雨课堂”、“智慧教室LinkWall”等网络平台或学习管理系统进行发布。教学视频内容应涵盖新能源的原理和应用，如锂电池的化学反应原理(正负极反应式、电解质选择)、燃料电池中氢气的氧化和氧气的还原反应机制、太阳能电池中光伏效应的化学解释。视频可以由教师本人录制，配合图解动画进行讲解，直观展示化学反应及装置结构，也可以选择优质的在线课程、专家讲座和实验演示等。阅读材料应包括化学与能源的前沿研究论文、学术资料或相关教材。此外，预习材料应融入思政教育内容，涉及与化学能源相关的社会现实问题，如当前全球面临的能源危机、环境污染、气候变化等问题，以引导学生认识到能源危机对全球可持续发展的影响，从而培养学生的能源危机意识和可持续发展意识。
2) 学习任务的布置与监督：教师在上传预习材料的同时，应发布预习作业和思考题目，如“锂电池中的负极材料主要有哪些？”、“燃料电池为何比传统电池更环保？”、“如何利用新能源技术解决环境污染？”等，并设定明确的截止日期。在学习平台上监督学生的完成情况，以帮助他们快速掌握核心概念。
3) 学习支持与指导：在线学习平台应设立讨论区和答疑环节，教师应积极与学生互动，及时解答学生在预习过程中遇到的问题，并提供学习技巧和策略的指导，以提高学生的自主学习效果。
4) 学习反馈与调整：教师应根据学生的预习作业和讨论反馈，适时调整教学内容和策略，以优化教学效果。同时，应定期收集学生对课前自主学习体系的意见和建议，并进行相应的优化与改进。
总之，翻转课堂教学模式中的课前预习环节是培养学生自主学习能力和提高课堂教学效率的关键。教师应重视课前预习体系的建设与完善，为学生提供丰富多样的学习资源和个性化的学习建议与指导。
3.2.2. 课中讨论——知识内化
翻转课堂的有效性不仅依赖于学习方式的改变，更在于如何实现知识的内化。知识内化不仅是学生掌握知识的标志，更是其灵活应用、创新思维和持续学习的基础[14]。
1) 课堂引入：经过课前自主学习，学生对课程内容已有初步了解。教师应简要回顾学生课前预习的内容及作业反馈，适当淡化自学部分内容和已解决的问题，以腾出宝贵的教学时间，集中解决学生普遍存在的疑难问题。以“新能源材料的选择与技术挑战”教学内容为例，教师可以设计开放性问题，如“为什么锂电池广泛应用于储能设备？其主要技术瓶颈是什么？”、“在燃料电池中，氢气的来源有哪些？是否真正环保？”、“面对当前全球面临的能源危机、环境污染、气候变化等问题，如何利用新能源技术解决这些问题？”等，引导学生们进行思考与探讨。
2) 分组讨论：根据班级人数及学生的性别、性格、学习背景等因素，将学生分为若干小组，每组4至6人。每组负责一个问题，围绕化学原理和实际应用展开讨论，提出改进方案或研究思路。每组选派一名代表或轮流分享讨论的结果，并提出在本节课中遇到的疑难点问题，其他小组可以进行提问与补充。在此过程中，学生被赋予课堂“主导权”，主讲人可以运用多样化的教学手段，如口头讲解、板书设计以及PPT展示等[15]，旨在通过问题探讨，激发学生的参与感和分析问题的能力。
3) 师生互动：小组讨论结束后，教师应对各组分享的核心内容进行总结与扩展补充，并对学生在讨论中遇到的疑难点或未解决的问题进行针对性解答。这一过程不仅加深了学生对知识点的理解，还通过师生互动引导学生主动反思，培养其自我肯定和积极向上的心态，增强学习获得感。同时，教师应巧妙融入思政教育元素，可以选取国内外在新能源领域的成功案例，如中国在光伏发电、氢能应用领域的进展，和相关企业的创新成果(例如比亚迪、宁德时代等)。通过生动的案例，分析国家绿色发展战略与化学技术创新的结合，探讨中国化学专业学生如何为国家的绿色发展贡献自己的智慧与力量。这不仅拓宽了学生的思维视野，还揭示了化学学科的重要性与现实意义，从而在潜移默化中增强学生的家国情怀和社会责任感，使学习过程更加充实和富有成效[16]。
3.2.3. 课后反馈——巩固评价
在翻转课堂教学中，课后巩固和评价是至关重要的环节。这不仅有助于学生内化和强化所学知识，还能有效检测和反馈他们的学习效果。为确保每位学生获得实质性的成长，我们精心构建了全面而高效的“巩固体系”和“评价体系”。
1) 巩固体系：该体系旨在通过多样化的学习活动和资源，帮助学生将课堂上学到的知识转化为长期记忆，并提升其在实际情境中的应用能力。例如，在每节课或每个学习单元结束后，引导学生立即进行知识回顾与总结，这可以通过思维导图、课堂笔记整理或快速问答等形式进行，以帮助学生巩固记忆要点和建立知识联系。此外，针对化学基础不同的学生，设计不同难度层次的课后作业和练习题，对基础较好的学生，设计开放性课题，如“探索不同电解质对锂电池性能的影响”，鼓励他们查阅文献并进行实验设计；对基础薄弱的学生，引导他们完成基础任务，如查找新能源材料的种类及其特点，并在课堂讨论中分享；对新能源感兴趣的学生，推荐专业领域内的重要文献或演讲视频，如诺贝尔奖得主关于电池技术的讲座，并鼓励他们尝试申请加入相关实验室开展实际研究。定期提供一对一反馈，了解学生的学习困惑和进展，为他们提供针对性的建议。
2) 评价体系：该体系采用多维度、个性化的评估方式，全面衡量学生的学习成效，为后续教学调整提供了重要依据。我们构建了以“学习成效”为核心的评价体系，涵盖了平时成绩和期末成绩两大指标。平时成绩包括课前预习、课堂出勤、课堂表现、反思笔记和课后作业等方面；期末成绩则主要通过课程论文的完成质量来体现。鉴于这些评价指标对学习成效的影响程度不同，其权重比例也有所差异(见表2)。此外，定期收集学生对教学模式的意见和建议，为教学方法的持续改进提供了有力支持。
Table 2. Evaluation system of “Introduction to Chemistry” course under flipped classroom teaching model
表2. 《化学专业导论》课程在翻转课堂教学模式下的评价体系
评价指标 |
考核项目 |
评价依据与方法 |
比重 |
平时成绩 |
课前预习 |
在课前预习的过程中，让学生搜集关于化学在生活中的各种应用的学习资料，根据学生完成在线学习及答题情况进行评价；根据课程论文考查学生对我国化学领域相关先进技术的了解情况。 |
5% |
课堂出勤 |
课堂出勤总计10分，因特殊原因请假一次扣0.5分，迟到、早退一次扣1分，无故旷课扣一次扣2分，对旷课达5次以上者(含5次)，不得参加本课程的考核，成绩按零分记载。 |
10% |
课堂表现 |
设置提问、讨论环节，根据回答积极性、回答质量、回答频率等决定课堂表现成绩。 |
10% |
反思笔记 |
学生的笔记应覆盖课堂重要的知识点和关键概念，包括教师的主要讲解内容，自己的问题和疑惑，以及课堂上展示的示例和解决方法。 |
10% |
课后作业 |
根据作业质量与正确率，每次作业单独给出批阅成绩，折算为百分制后，计算平均得分。 |
15% |
期末成绩 |
课程论文 |
根据课程论文完成质量评价。 |
50% |
总评成绩 |
平时成绩 × 50% + 期末课程论文成绩 × 50% |
100% |
4. 结束语
翻转课堂教学模式有效突破了传统课堂的时空限制，通过课前预习视频和在线资源学习等前置任务，使学生在课堂上能够更专注于问题探讨和深度知识的构建。这种模式不仅可以增强学生的学习动力和自主性，还能促进师生及同学之间的互动与合作，营造更加积极和活跃的学习氛围。《化学专业导论》作为化学学科的入门课程，其翻转课堂的实践不仅帮助学生建立了坚实的学科基础，还激发了他们对化学领域的探索欲和好奇心。同时，通过融入思政教育元素，培养了学生的职业道德意识和社会责任感，引导他们树立正确的思想观念。我们期望通过翻转课堂教学模式进一步激发学生对化学学科的兴趣，提升他们的自主学习能力、科学素养和综合素质，为未来的专业发展奠定坚实的基础。
基金项目
湖北科技学院教学研究项目(项目编号：2023XY005)。
NOTES
*通讯作者。