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摘 要：慕课作为一种新型在线教育模式，为高等教育带来了挑战和机遇。为提升学时相对较少的工科物理化学课程的教学效果，我们依托“物理化学”中国大学慕课，采用翻转课堂与传统讲授相融合的混合教学方式，实现优势互补。根据知识点的难易程度，构建不同层次、不同形式的翻转课堂教学模式，增强了学生主动获取知识的能力，有效提高了课程教学质量。
关键词：物理化学;慕课（MOOC）;混合教学;翻转课堂
物理化学是一门概念性、理论性、系统性和逻辑性都很强的课程，其内容涵盖化学热力学、统计热力学、化学动力学、电化学、表面与胶体等从微观到宏观、从静态到动态的系统知识[1]，涉及面广，内容环环相扣，在化学化工类本科专业基础课中一向被认为是“教师难教、学生难学”的课程。基于信息技术支撑的MOOC教学，为学生自主学习提供了极大的方便，无疑成为解决物理化学“教与学”问题的最佳途径。大连理工大学工科“物理化学”国家精品资源共享课在学校大力支持下，率先转型升级，制作精良的“物理化学”慕课先后在 “大工慕课”平台和“爱课程”网上线，本着“建以致用”的基本原则，面向校内学生和社会开放。迄今授课五轮，为遍及世界各地近
52 000名学员提供了持续在线服务。在我校，秉持“以学生为中心”的教学理念[2-3]，依托MOOC平台提供的“富媒体”教学资源，以化工与制药大类本科生四个平行大班（每班100～120人）为试点，结合专业基础课程“物理化学B”（上册40学时，下册48学时），开展了传统教学与翻转课堂相融合的混合式教学实践，创设互动、开放的“教”与“学”氛围，有效提升了课程教学效果和教学质量。
一、物理化学MOOC教学内容呈现方式
MOOC倡导学习者按照主题学习或知识碎片化学习[4]。因此，我们参考目前国内外几大MOOC平台的专业课程[5]，结合物理化学课程本身的特点，确立了本课程内容的多级呈现方式。具体包括：
（1）章节学习资料。围绕主要教学内容展开，以知识点为基本单元，对原有知识进行划分、重组，保证每一个知识点的相对独立性，便于学习者选择。呈现方式以教师精心录制的视频短片（控制时长约为5～10分钟）为核心，同时提供相应的电子教案，方便学生观看学习;并通过在线自主练习题（一般2～5题）快速检测对相关内容的理解与掌握情况。题型设计为选择、判断类客观题，只要提交答案，立即显示正确答案，有助于学习者及时发现问题、及早修正那些理解或掌握不到位的知识点。
（2）课程导学板块。为了帮助学习者将碎片化习得的知识有效地关联起来，建立科学的知识脉络体系，我们设计了各章导学内容，以知识结构图的方式直观地体现，放在每一章的开篇，使学生一目了然，把握核心内容。同时，“导学”部分还提供了各章学习的重点内容和难点内容指导，以帮助学生能够有的放矢地学习、讨论、掌握和运用。
（3）拓展学习资料。为学有余力者提供了团队教师多年来对物理化学教学内容深入探讨所发表的教学研究论文，如“关于熵判据、亥姆霍兹函数判据和吉布斯函数判据的讨论”“关于化学反应表观活化能和指前因子的教学讨论”“关于Langmuir经典吸附理论的现代教学思考”“有关固体颗粒分散度与化学平衡常数关系的探讨”等，作为补充阅读材料，为学生开阔视野、提升思辨能力，满足不同层次学习者的需求。
（4）学习評价系统。借助“爱课程”平台强大的交互功能，针对教学要求的重点或难点内容，分别设置了单元测试题（计算题，编写为选择题形式）、作业题（计算或推导题，要求解题过程与步骤，系统支持学生在纸面书写后再拍照上传）、期末测试题（包含主/客观题）等，依据教学进度、按闯关模式逐级发放，每一次任务都要求在规定时间内完成，且只允许提交一次，所得成绩计入MOOC课程总评成绩。同时，学习者可在讨论区发帖，交流课程学习心得、疑问;教师随时进行在线交流与答疑，或发起讨论，跟踪把握学习状态。
二、翻转课堂教学设计与实施效果
MOOC丰富的教学资源和强大的平台功能，为教师改变传统的“一言堂”授课模式提供了方便。翻转课堂是一种新兴的课堂教学模式，它在结构和过程上都颠覆了传统的课堂教学模式，可实现“以学生为中心”的教学理念的转变[6]。针对化工与制药大类学生的培养目标，我们在物理化学课程教学中立足“必需、够用、少而精”的原则[7]，在确保化学热力学和化学动力学知识结构完整、通畅的基础上，坚持夯实基础和培养能力并重，采用“线上+线下”混合式教学，利用MOOC开展了翻转课堂及多样化互动式教学，实现了教学增强，深受学生好评。
翻转课堂的组织实施过程可分为“课前自学、课内深化、课后升华”三个阶段，其成功的关键在于“整体化教学设计”[8-9]。即教师不仅要自己“备课”，还需花费更多时间精力去考虑如何调动学生、布置哪些课前学习任务、关注其掌握程度（备学生），这对教师提出了更高的要求。物理化学的学科特点决定了学生单纯依靠自主习得，困难重重。因此，我们采用“混合式教学”模式，通过“线上”自主学习与“线下”面授讨论及翻转课堂，使MOOC对传统课堂教学起到“补充、强化”的增效作用，同时培养学生在学习过程中的主动性和创造性。另外，物理化学内容抽象、深奥，翻转课堂的设置不宜太频繁，需坚持循序渐进、温故而知新的教学原则，根据学生对知识的理解情况合理选择相应内容。在具体操作上，可灵活采取不同的教学方式。
（1）讨论式教学。对于物理化学教学要求的基本概念、基本原理、基本方法及重点、难点内容，在学生自学的基础上，由教师在课堂上串讲，为学生搭建知识框架结构，并通过全员参与的课堂讨论，加深对基本内容的理解。例如关于“热力学第二定律”，通过对热机效率问题、热功转换的方向问题、自发变化等的讨论，引导学生建立起思维脉络图（如图1所示），使抽象知识系统化、知识关联清晰化，有助于学生理解热力学第二定律的本质、认识其“来龙”与“去脉”，为后续应用热力学第二定律解决问题打下坚实的基础。 物理化学课程中涉及各种科学规律和理论的提出，无一不是建立在实验基础上，通过前人对大量实验现象的观察总结、构建模型、引进假设、推出数学公式，简洁直观地表示相应的规律或理论。因此，教学中注重利用这些内容，采取探究式教学策略，培养学生通过实验数据挖掘科学规律的能力。例如，关于“兰缪尔吸附理论”“电解质溶液的导电性质”“电解质溶液的离子平均活度因子”等内容，均可采取教师主导—学生课前预习—课上讨论、分析图/表数据、领会提炼科学规律的探究式教学。学生普遍反映很享受这种教学过程，能够在课堂上真正吸收知识，学到处理问题的方法。
（2）任务驱动式教学。针对物理化学概念多、公式多、应用条件严格，容易理解混淆等教学难点，倡导学生及时归纳总结，尽量把每一章节内容浓缩为“一页纸”，即通过学生自主总结、设计思维脉络图，厘清知识点之间的关联，使知识内容高度条理化、清晰化。为了激发学生认真思考、加强个人“知识内化”的过程，设置了小组评比环节，推选出总结优秀者，在课堂上分享其学习成果，教师予以点评。图2是一位同学对于“不可逆电极过程”总结的知识点关联图，可以看到，该生对这部分内容考虑得非常详尽，知识点的彼此关系十分明确，这无疑特别有助于其正确理解与灵活运用。学生普遍反映，自己总结后，再借鉴课堂上共享的他人长处进行补充完善，可以快速把握有关内容的要领，获得深刻的认识。
（3）小组合作学习模式。在教师有重点地讲解清楚每一章节的知识主线和重要的概念、定律或原理后，对于需要展开的知识及重点掌握的技能点，可借助合作学习模式进行翻转课堂教学。课前，教师分配任务，学生分组合作、依托MOOC自主学习;课中，小组展示、学生提问、回答讨论、教师讲评;课后，学生自主总结。教师主要起引导和指导作用，真正突出学生的主体地位。
例如，在“多组分系统热力学”一章的教学中，把重点、难点和容易出现概念混淆的“偏摩尔量与化学势”“理想稀溶液”“真实液态混合物与真实溶液”作为课堂面授内容;而相对容易理解和需要掌握运用的内容“稀溶液的两个经验定律”“理想液态混合物”“稀溶液的依数性”，安排为学生利用MOOC线上学习，再通过翻转课堂来检验学习效果。鉴于授课班级人数众多，把学生分为若干小组，由组长负责、分别把小组成员的学习成果设计为不同类型的问题，经主讲教师审核，在课堂上进行小组间交叉抽题、讨论，教师把握讨论的进度和深度。学生纷纷反映，“通过查阅资料，准备题目，深刻理解了稀溶液热力学性质的相关知识，希望这样的课堂再多一些”。
（4）拓展提高环节。物理化学内容抽象难懂，学生个体学习能力有差异，大班学生的水平难免会参差不齐。为了更好地激发学生的学习兴趣，培养主动应用知识的能力，采用案例教学法，将授课内容与化工领域的生产实践或物理化学学科新进展紧密结合、穿插讲解，并鼓励学生参与拓展训练。他们自主选题，先后围绕热力学第一定律的发展及应用、四冲程内燃机、海水淡化、催化合成氨、胶体磁性催化剂、硅溶胶的性质与应用、锂离子电池、燃料电池等内容，查阅文献、制作讲稿，在课堂上展示，既锻炼了自己，又为同学们开阔了眼界，受到热烈欢迎。
三、存在的问题与思考
实践表明，依托物理化学MOOC进行混合式教学，让学生走上讲台、参与课堂教学，是一个“知识输出”的过程，只有将知识充分内化，才能自由地组织、表达。这无疑有助于培养学生自主学习、探究协作的能力。但是，实施翻转课堂，要想达到每个学生都能够真正投入、积极参与，应以30人左右的小班教学为前提。若班级规模过大，在有限的教学学时内，难以保证每一位学生有展示机会，而小组合作中如何有效评价组长及成员的贡献，值得探讨。此外，物理化学在线课程需要跟踪管理和维护，及时在MOOC平台答疑解惑，建立“物理化学慕课学习QQ群”，可更方便地与学生交流互动，而这些单靠教师一己之力很难高质量完成，还需要聘请助教提供强有力的支撑。相信随着应用MOOC的经验积累和课程平台的不断完善，在教学团队齐心协力的合作下，物理化学MOOC在实现“教学增强”方面大有可为。
参考文献：
[1] 鲍浩波，高盘良. 物理化学教材建设的趋势[J]. 化工高等教育，2011（5）：100-103.
[2] 于歆杰. 以学生为中心的教与学——利用慕课资源实施翻转课堂的实践[M[. 北京：高等教育出版社，2015.
[3] 宋鑫. “以学生为中心”视角下的北京大学课堂教学改革的实践与探索[J]. 中国大学教学，2015（11）：27-30.
[4] 苏小红，赵玲玲，叶麟，等. 基于MOOC+SPOC的混合式教学的探索与实践[J]. 中国大学教学，2015（7）：60-65.
[5] 管会生，高青松，张明洁. MOOC浪潮下的高校课程联盟[J]. 高等理科教育，2014（1）：44-52.
[6] 王坦，吉标. “翻转课堂”模式的理性审思[J]. 课程·教材·教法，2016（6）：55-61.
[7] 张树永，侯文华，刁国旺. 高等学校化学类专业物理化学相关教学内容与教学要求建议[J]. 大学化学，2017，32（2）：9-18.
[8] 張树永，李英，苑世领，等. 物理化学研究型教学的系统构建与实践[J]. 大学化学，2013（2）：11-14.
[9] 苏小红，王甜甜，张羽，等. 基于大班翻转课堂的混合教学模式探索与实践[J]. 中国大学教学，2017（7）：54-62.
[责任编辑：余大品]
关键词：物理化学;慕课（MOOC）;混合教学;翻转课堂
物理化学是一门概念性、理论性、系统性和逻辑性都很强的课程，其内容涵盖化学热力学、统计热力学、化学动力学、电化学、表面与胶体等从微观到宏观、从静态到动态的系统知识[1]，涉及面广，内容环环相扣，在化学化工类本科专业基础课中一向被认为是“教师难教、学生难学”的课程。基于信息技术支撑的MOOC教学，为学生自主学习提供了极大的方便，无疑成为解决物理化学“教与学”问题的最佳途径。大连理工大学工科“物理化学”国家精品资源共享课在学校大力支持下，率先转型升级，制作精良的“物理化学”慕课先后在 “大工慕课”平台和“爱课程”网上线，本着“建以致用”的基本原则，面向校内学生和社会开放。迄今授课五轮，为遍及世界各地近
52 000名学员提供了持续在线服务。在我校，秉持“以学生为中心”的教学理念[2-3]，依托MOOC平台提供的“富媒体”教学资源，以化工与制药大类本科生四个平行大班（每班100～120人）为试点，结合专业基础课程“物理化学B”（上册40学时，下册48学时），开展了传统教学与翻转课堂相融合的混合式教学实践，创设互动、开放的“教”与“学”氛围，有效提升了课程教学效果和教学质量。
一、物理化学MOOC教学内容呈现方式
MOOC倡导学习者按照主题学习或知识碎片化学习[4]。因此，我们参考目前国内外几大MOOC平台的专业课程[5]，结合物理化学课程本身的特点，确立了本课程内容的多级呈现方式。具体包括：
（1）章节学习资料。围绕主要教学内容展开，以知识点为基本单元，对原有知识进行划分、重组，保证每一个知识点的相对独立性，便于学习者选择。呈现方式以教师精心录制的视频短片（控制时长约为5～10分钟）为核心，同时提供相应的电子教案，方便学生观看学习;并通过在线自主练习题（一般2～5题）快速检测对相关内容的理解与掌握情况。题型设计为选择、判断类客观题，只要提交答案，立即显示正确答案，有助于学习者及时发现问题、及早修正那些理解或掌握不到位的知识点。
（2）课程导学板块。为了帮助学习者将碎片化习得的知识有效地关联起来，建立科学的知识脉络体系，我们设计了各章导学内容，以知识结构图的方式直观地体现，放在每一章的开篇，使学生一目了然，把握核心内容。同时，“导学”部分还提供了各章学习的重点内容和难点内容指导，以帮助学生能够有的放矢地学习、讨论、掌握和运用。
（3）拓展学习资料。为学有余力者提供了团队教师多年来对物理化学教学内容深入探讨所发表的教学研究论文，如“关于熵判据、亥姆霍兹函数判据和吉布斯函数判据的讨论”“关于化学反应表观活化能和指前因子的教学讨论”“关于Langmuir经典吸附理论的现代教学思考”“有关固体颗粒分散度与化学平衡常数关系的探讨”等，作为补充阅读材料，为学生开阔视野、提升思辨能力，满足不同层次学习者的需求。
（4）学习評价系统。借助“爱课程”平台强大的交互功能，针对教学要求的重点或难点内容，分别设置了单元测试题（计算题，编写为选择题形式）、作业题（计算或推导题，要求解题过程与步骤，系统支持学生在纸面书写后再拍照上传）、期末测试题（包含主/客观题）等，依据教学进度、按闯关模式逐级发放，每一次任务都要求在规定时间内完成，且只允许提交一次，所得成绩计入MOOC课程总评成绩。同时，学习者可在讨论区发帖，交流课程学习心得、疑问;教师随时进行在线交流与答疑，或发起讨论，跟踪把握学习状态。
二、翻转课堂教学设计与实施效果
MOOC丰富的教学资源和强大的平台功能，为教师改变传统的“一言堂”授课模式提供了方便。翻转课堂是一种新兴的课堂教学模式，它在结构和过程上都颠覆了传统的课堂教学模式，可实现“以学生为中心”的教学理念的转变[6]。针对化工与制药大类学生的培养目标，我们在物理化学课程教学中立足“必需、够用、少而精”的原则[7]，在确保化学热力学和化学动力学知识结构完整、通畅的基础上，坚持夯实基础和培养能力并重，采用“线上+线下”混合式教学，利用MOOC开展了翻转课堂及多样化互动式教学，实现了教学增强，深受学生好评。
翻转课堂的组织实施过程可分为“课前自学、课内深化、课后升华”三个阶段，其成功的关键在于“整体化教学设计”[8-9]。即教师不仅要自己“备课”，还需花费更多时间精力去考虑如何调动学生、布置哪些课前学习任务、关注其掌握程度（备学生），这对教师提出了更高的要求。物理化学的学科特点决定了学生单纯依靠自主习得，困难重重。因此，我们采用“混合式教学”模式，通过“线上”自主学习与“线下”面授讨论及翻转课堂，使MOOC对传统课堂教学起到“补充、强化”的增效作用，同时培养学生在学习过程中的主动性和创造性。另外，物理化学内容抽象、深奥，翻转课堂的设置不宜太频繁，需坚持循序渐进、温故而知新的教学原则，根据学生对知识的理解情况合理选择相应内容。在具体操作上，可灵活采取不同的教学方式。
（1）讨论式教学。对于物理化学教学要求的基本概念、基本原理、基本方法及重点、难点内容，在学生自学的基础上，由教师在课堂上串讲，为学生搭建知识框架结构，并通过全员参与的课堂讨论，加深对基本内容的理解。例如关于“热力学第二定律”，通过对热机效率问题、热功转换的方向问题、自发变化等的讨论，引导学生建立起思维脉络图（如图1所示），使抽象知识系统化、知识关联清晰化，有助于学生理解热力学第二定律的本质、认识其“来龙”与“去脉”，为后续应用热力学第二定律解决问题打下坚实的基础。 物理化学课程中涉及各种科学规律和理论的提出，无一不是建立在实验基础上，通过前人对大量实验现象的观察总结、构建模型、引进假设、推出数学公式，简洁直观地表示相应的规律或理论。因此，教学中注重利用这些内容，采取探究式教学策略，培养学生通过实验数据挖掘科学规律的能力。例如，关于“兰缪尔吸附理论”“电解质溶液的导电性质”“电解质溶液的离子平均活度因子”等内容，均可采取教师主导—学生课前预习—课上讨论、分析图/表数据、领会提炼科学规律的探究式教学。学生普遍反映很享受这种教学过程，能够在课堂上真正吸收知识，学到处理问题的方法。
（2）任务驱动式教学。针对物理化学概念多、公式多、应用条件严格，容易理解混淆等教学难点，倡导学生及时归纳总结，尽量把每一章节内容浓缩为“一页纸”，即通过学生自主总结、设计思维脉络图，厘清知识点之间的关联，使知识内容高度条理化、清晰化。为了激发学生认真思考、加强个人“知识内化”的过程，设置了小组评比环节，推选出总结优秀者，在课堂上分享其学习成果，教师予以点评。图2是一位同学对于“不可逆电极过程”总结的知识点关联图，可以看到，该生对这部分内容考虑得非常详尽，知识点的彼此关系十分明确，这无疑特别有助于其正确理解与灵活运用。学生普遍反映，自己总结后，再借鉴课堂上共享的他人长处进行补充完善，可以快速把握有关内容的要领，获得深刻的认识。
（3）小组合作学习模式。在教师有重点地讲解清楚每一章节的知识主线和重要的概念、定律或原理后，对于需要展开的知识及重点掌握的技能点，可借助合作学习模式进行翻转课堂教学。课前，教师分配任务，学生分组合作、依托MOOC自主学习;课中，小组展示、学生提问、回答讨论、教师讲评;课后，学生自主总结。教师主要起引导和指导作用，真正突出学生的主体地位。
例如，在“多组分系统热力学”一章的教学中，把重点、难点和容易出现概念混淆的“偏摩尔量与化学势”“理想稀溶液”“真实液态混合物与真实溶液”作为课堂面授内容;而相对容易理解和需要掌握运用的内容“稀溶液的两个经验定律”“理想液态混合物”“稀溶液的依数性”，安排为学生利用MOOC线上学习，再通过翻转课堂来检验学习效果。鉴于授课班级人数众多，把学生分为若干小组，由组长负责、分别把小组成员的学习成果设计为不同类型的问题，经主讲教师审核，在课堂上进行小组间交叉抽题、讨论，教师把握讨论的进度和深度。学生纷纷反映，“通过查阅资料，准备题目，深刻理解了稀溶液热力学性质的相关知识，希望这样的课堂再多一些”。
（4）拓展提高环节。物理化学内容抽象难懂，学生个体学习能力有差异，大班学生的水平难免会参差不齐。为了更好地激发学生的学习兴趣，培养主动应用知识的能力，采用案例教学法，将授课内容与化工领域的生产实践或物理化学学科新进展紧密结合、穿插讲解，并鼓励学生参与拓展训练。他们自主选题，先后围绕热力学第一定律的发展及应用、四冲程内燃机、海水淡化、催化合成氨、胶体磁性催化剂、硅溶胶的性质与应用、锂离子电池、燃料电池等内容，查阅文献、制作讲稿，在课堂上展示，既锻炼了自己，又为同学们开阔了眼界，受到热烈欢迎。
三、存在的问题与思考
实践表明，依托物理化学MOOC进行混合式教学，让学生走上讲台、参与课堂教学，是一个“知识输出”的过程，只有将知识充分内化，才能自由地组织、表达。这无疑有助于培养学生自主学习、探究协作的能力。但是，实施翻转课堂，要想达到每个学生都能够真正投入、积极参与，应以30人左右的小班教学为前提。若班级规模过大，在有限的教学学时内，难以保证每一位学生有展示机会，而小组合作中如何有效评价组长及成员的贡献，值得探讨。此外，物理化学在线课程需要跟踪管理和维护，及时在MOOC平台答疑解惑，建立“物理化学慕课学习QQ群”，可更方便地与学生交流互动，而这些单靠教师一己之力很难高质量完成，还需要聘请助教提供强有力的支撑。相信随着应用MOOC的经验积累和课程平台的不断完善，在教学团队齐心协力的合作下，物理化学MOOC在实现“教学增强”方面大有可为。
参考文献：
[1] 鲍浩波，高盘良. 物理化学教材建设的趋势[J]. 化工高等教育，2011（5）：100-103.
[2] 于歆杰. 以学生为中心的教与学——利用慕课资源实施翻转课堂的实践[M[. 北京：高等教育出版社，2015.
[3] 宋鑫. “以学生为中心”视角下的北京大学课堂教学改革的实践与探索[J]. 中国大学教学，2015（11）：27-30.
[4] 苏小红，赵玲玲，叶麟，等. 基于MOOC+SPOC的混合式教学的探索与实践[J]. 中国大学教学，2015（7）：60-65.
[5] 管会生，高青松，张明洁. MOOC浪潮下的高校课程联盟[J]. 高等理科教育，2014（1）：44-52.
[6] 王坦，吉标. “翻转课堂”模式的理性审思[J]. 课程·教材·教法，2016（6）：55-61.
[7] 张树永，侯文华，刁国旺. 高等学校化学类专业物理化学相关教学内容与教学要求建议[J]. 大学化学，2017，32（2）：9-18.
[8] 張树永，李英，苑世领，等. 物理化学研究型教学的系统构建与实践[J]. 大学化学，2013（2）：11-14.
[9] 苏小红，王甜甜，张羽，等. 基于大班翻转课堂的混合教学模式探索与实践[J]. 中国大学教学，2017（7）：54-62.
[责任编辑：余大品]