基于学习通与分段教学的混合式教学在有机化学教学中的应用探索
作者： 万丹丹 王雪宁
［摘 要］ 作为具有理论性、实践性、实用性的学科，有机化学课程同样具有枯燥、复杂等诸多特征，教学工作开展阶段需要充分落实“教师为主导、学生为主体”的理念，并依托先进的辅助教学工具以及成熟的教学思想，才可保障教学效果满足社会、行业对人才的需求。基于学习通与分段教学的混合式教学于有机化学中的应用探索，以化学键—原子轨道课程为例，探讨如何将混合教育模式应用于有机化学教育之中，旨在通过为高校教育者提供参考与借鉴，促进教师打造完善的有机化学教学体系，为培养高质量人才奠定良好教育基础。
［关 键 词］ 有机化学；混合式教学；学习通；分段教学；原子轨道
［中图分类号］ G642 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 2096-0603（2024）18-0104-04
有机化学作为高校化学、高分子、化工、医药等诸多专业下一门重要的基础化学课程，其知识点繁杂、理论性强，传统的课堂教学模式难以满足学生的需求。混合式教学模式应用于有机化学教学中，其一，学习通平台的运用让学生在一个互联网的环境中学习有机化学知识，学生可以在自己方便的时间进行学习，并在网络空间中进行交流和讨论。其二，分段教学则能够帮助有机化学教学的知识点划分更加准确，紧凑而不失重要性，使学生更好地吸收和消化所学知识，从而提高学习效率。
一、有机化学课程介绍
（一）有机化学课程
有机化学是大学化学、生物、化工、高分子等诸多专业中的一门重要基础课程，是研究含碳化合物结构、变化与性质的学科。有机化学课程主要介绍有机化学的基本理论以及有机化合物的结构、命名、合成、性质和重要反应等内容。如图1。
（二）有机化学课程特点
1.知识点复杂
有机化学是一种复杂的体系学科，其理论架构较为复杂，内涵丰富，知识点数量庞大。这些知识点包括化学键的组合方式、分子结构、反应机理等多方面内容，需要学生进行系统化、整体化学习。
2.难度大
有机化学内容涉及很多化学知识，难度较大，需要学生有较高的理论素养和实战技能。在学习这门课程时，学生需要充分掌握化学公式、反应机理、结构定量等理论知识。同时，有机化学作为一种实践性学科，还需要学生在课外进行大量高难度的实验。
3.枯燥性
由于有机化学课的知识点复杂，难度大，知识点复杂度极高，故而在学习过程中学生往往会遇到诸多困难。同时，有机化学课程涉及大量的化学式、反应方程式等，学习相对单调，学生需经历大量的练习和记忆来掌握知识点。重复性的学习缺乏创新和挑战性，容易让学生感到乏味、疲劳，学生极易在学习过程中因无法坚持而半途而废[1]。
二、基于学习通与分段教学的混合式教学内涵
基于学习通与分段教学的混合式教学模式，是将现代信息技术与教育教学活动紧密结合的新型教学方式，其将传统的教育模式与互联网教育资源有机融合，注重学生在学习过程中的个体性、互动性与体验性，旨在提高教学的有效性与学生的学习效率。
在混合式教学中，学习通信息平台的运用，为教学模式提供了灵活多样的交互环境和极其丰富的学习资源。通过在线与线下相结合的方式，利用学习通平台的讨论区、课件下载、视频播放与在线测验等功能，混合式教学能够在非面对面环境中进行有效的课程管理、辅助教学。分段教学策略，则进一步完善了混合式教学的结构。教师在教学设计时，会根据教学目标和内容将课程分成若干教学单元或板块，按照由浅入深，由易到难的原则，逐步建立学习的层次性与逻辑性。每个分段都有明确的学习目标，便于学生在不同时间、不同场合，通过学习通平台上的资源和活动进行自主学习。图2为基于学习通与分段教学的混合式教学实施流程：
１．课程规划与分段环节，由教师负责确定课程的目标和教学内容，并将其分段为不同的学习单元。同时，设计教学计划，包括每个单元的学习目标、教学方法、教材和电子资源的使用以及评估方法，并将教材与电子资源上传至学习通平台，设置课程学习任务、学习要求。
２．线上自主学习环节，学生登录学习通平台，浏览并按要求完成每个单元的学习任务。完成自学后，在讨论区交流和分享对学习材料的理解与想法，且完成在线课程知识点测试，获得来自学习通平台的反馈。
３．线下教学活动环节，教师针对每个单元的学习任务进行深入解释、互动式讲授和讨论。同时，向学生分配课堂作业并鼓励交流和协作，为学生提供实验室或实践环节来加强实际应用能力，并通过线上讨论区与线下实验相结合，促进学生对知识点的掌握。
４．形成性评价环节，根据设定的评估标准，为每个单元的评估制定目标和方式。教师使用在线评估工具，评估学生的学习结果并提供有针对性的反馈[2]。
三、有机化学教学中学习通与分段教学的混合式教学模式应用
为客观掌握有机化学教学期间学习通与分段教学的混合式教学模式应用要点，本文以有机化学-化学键-原子轨道课程为例，对混合式教学模式的具体应用开展研究。
（一）课程概述
有机化学-化学键-原子轨道课程，内容涵盖原子结构基础，包括量子数和电子排布规律，原子轨道的形状、能级与组合方式，对s、p、d和f轨道的详细剖析以及它们的立体几何和能量状态。化学键—原子轨道课程教学目标如下：
①理解原子轨道的概念及其在化学键形成中的作用；②掌握量子力学在描述原子轨道中的基本原理及其数学表述；③建立化学键类型与物质属性关系的认知框架；④运用分子轨道理论和杂化理论，预测和描述多原子分子的结构和键合方式。
（二）课程规划与分段环节
在实现化学键—原子轨道课程规划与分段期间，教师需紧密结合课程知识结构，实现知识点细化与模块化。具体分段期间，可将课程划分为三个单元。
第一单元：薛定谔方程与波函数基础。在该单元，教师解释薛定谔方程在量子化学中的中心地位，并介绍波函数的物理意义。线上方面，主要通过学习通推送薛定谔方程的引入视频与相关理论资料，学生在线下的预习阶段自学这部分内容。线下教学，则着重解释方程的数学形式与物理解释，并通过解析简单的实例，深入讲解波函数的性质，加深学生理解。
第二单元：氢原子轨道与量子数。本单元线上教学期间，基于学习通引导学生自主学习氢原子轨道的形成及其与量子数的关系。使用动态模型展示s、p、d等轨道的形态，以及轨道之间的能量差异。线下课堂活动，着重讨论n、l、m量子数与轨道形状、方向、能量等的关系，帮助学生构建立体的轨道理解。
第三单元：类氢原子的波函数与原子轨道角度分布图。线上方面，主要在学习通平台上布置类氢原子波函数的学习任务，特别是对角度分布图的理解，让学生通过虚拟实验室中的软件模拟观察不同原子的轨道形状与能级，并通过讨论和作业来归纳总结这些原子的普遍性质。线下，则进一步讨论角度分布图对化学键形成的意义，以及其如何通过杂化影响分子几何结构。
（三）线上自主学习环节
1.第一单元
通过学习通平台提供的互动教学资源，学生首先接触薛定谔方程的基础概念。资源形式可以是模块化的视频讲解，配合动画演示方程的提出背景、基本形式及物理意义，从而引导学生理解波函数的作用和重要性。
为了加深理解，学习通提供一系列教学文本，详细讲述波函数的数学表达和物理解释，且包含自我评估的小测验环节。学生可以通过讨论区发起讨论或提问，教师在线上进行实时答疑。
2.第二单元
第二单元专注于氢原子轨道与量子数的联系。学生将通过线上的多媒体材料学习量子数的定义及其如何确定电子的能级和轨道类型。此外，通过虚拟化学实验室提供立体视觉模型，可视化地展示s、p、d轨道的立体构型，帮助学生建立直观的感知。
此外，基于知识点的资源展示配合线上练习和模拟测试，可着重培养学生运用量子数来解析轨道性质的能力。此环节也通过讨论区完成，以保持学生间的交流与合作，促进深入理解。
3.第三单元
在有关类氢原子的线上学习中，学习通平台面向学生提供先进的模拟软件，允许学生探索不同原子的波函数和轨道角分布图。在此阶段，学生利用软件工具模拟实验，观察角度分布图形态与原子轨道之间的关联，进而在线上提交操作报告。教师则可以布置相关的在线作业，如撰写分析比较特定原子轨道的论文任务，以培养学生用理论知识解释实验现象的能力。
（四）线下教学活动环节
1.第一单元
在完成线上学习通平台提供的薛定谔方程与波函数的理论学习后，线下实践环节旨在引导学生应用所学知识解决实际问题。实践阶段，教师通过有针对性的问题，引导学生运用基础方程和波函数解释原子和分子的电子状态，带领学生开展案例分析、手写演绎。在实验设计课程阶段，带领学生使用量子化学软件计算简单体系的波函数，从而实现理论与实践的充分结合。
2.第二单元
第二单元线下实践教学，重点在于让学生通过实验演示，强化氢原子光谱线与量子数的联系。学生在实验室操作光谱实验，观察氢原子的发射谱线，学习如何从实验数据中提炼出量子数的信息。此外，教师通过构建模型方式，增强学生对氢原子轨道形状和量子数之间关系的空间直观感受。实验之后，师生进行讨论，深入分析实验结果与理论预测的一致性、偏差性。
3.第三单元
第三单元实践教学内容，集中于可视化和模拟类氢原子的波函数与原子轨道。利用线上学习环节掌握的知识，让学生在专业软件的辅导下，模拟不同原子的波函数和角度分布，将抽象的数学方程和函数图像转化为具体直观的模型。在此过程中，教师应组织实践活动，如制作三维模型等实现对波函数物理含义及其在原子尺度下行为的理解。此外，通过实验仿真活动，可让学生将理论计算与实验观测桥接起来，能够在实际应用中评价模型的有效性和局限性[3]。
（五）形成性评价环节
形成性评价的互动性和及时反馈对学生的学习体验至关重要，能有效促进学生掌握学习材料，并对学生的疑惑给予针对性辅导。通过此种方式，学生获得的知识更加扎实，对有机化学原子轨道知识的理解也更为深刻。
1.第一单元
第一单元——薛定谔方程与波函数基础评价目标为确保学生理解薛定谔方程的基本形式与解释，并能够在概念层面上正确描述波函数的物理意义及其在原子和分子电子状态中的应用。评估阶段采用在线监测+论述题解答+作业提交与反馈的综合性评价形式。具体评价实施内容如表1。
2.第二单元
第二单元——氢原子轨道与量子数评价目标为学生应能描述量子数对氢原子轨道的影响，并能根据量子数对电子状态进行分析。评价方式采用实验报告+问题解析+互动评估形式。具体评价实施内容见表2。
3.第三单元
第三单元——类氢原子的波函数与原子轨道角度分布图评价目标为了解学生如何利用既定理论建模类氢原子的波函数，分析其准确性及原子轨道角度分布图的特征。评价实施采用模拟演示+概念测试+线上评审讨论方式[4]。具体评价实施内容见表3。