以解决实际问题为导向的物理化学教学模式探索
时间：2023-06-20 15:50:04 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
郑秀君
黑龙江东方学院食品工程学院，哈尔滨 150066
工程教育专业认证背景下，要求我们在教学活动中始终坚持“产出导向”和“持续改进”的理念，培养学生解决问题的能力[1,2]。物理化学课程是服务工程类学科的基础课程，在构筑各专业知识的应用能力培养过程中起着理论与应用的衔接作用。通过该课程学习，对于学生独立思考的能力、创新能力都有很好的锻炼[3,4]。物理化学课程涉及到大量的数学和物理的知识及方法，学习过程中会运用到物理知识、数学推理及运算，逻辑性较强。同时，课程包含的知识点又与科研发展及我们的日常生活息息相关[5-7]。鉴于此，基于成果导向教育(OBE)理念[8,9]，本课程的引入、知识推导、案例引入、例题讲解等课上的教学活动以及课后作业、课后任务布置等课下的教学活动等都要考虑对学生解决问题的能力培养。本文从生活中常见的物理化学现象及案例入手，通过物理化学课程的“章节预习单”贯穿物理化学课程课上、课下的教学活动，以单组分系统两相平衡的教学设计为例，从课程导入、教学内容设计、小组合作学习任务布置、过程考核、课后反思与持续改性等方面对物理化学课程改革进行了探索。
采用问题探究式教学方法，通过学生对身边生活环境的观察，引导、启发学生思考、讨论，增强学生学习物理化学课程的兴趣[10]。比如，在物理化学课程的第一次课(绪论)，为了充分调动学生的兴趣，将后面章节中涉及到的生活现象，提出的问题展示给学生，引起学生的好奇心，为课程后面章节中的问题埋下伏笔，在后面课程中带领学生一一解决。本节通过以下4个问题进行导入，问题1：为什么冬天松花江中的鱼没有被冻死？问题2：我们知道冰的表面并不十分光滑，为什么穿上冰刀后滑冰会那么顺畅、快速？问题3：为什么通过冷冻干燥法能制备美味可口的果蔬干？冻干疫苗是如何生产的呢？问题4：西藏某城市、海边某城市、0.23 MPa高压锅内水的沸点分别为92.87 °C、100 °C、124.85 °C，这三个地区水的沸点不同，如何定量进行解释呢？
课上、课下教学活动均以解决实际问题为导向进行设计。将知识、能力、素养有机融合，采用案例教学，从较为简单的问题开始，引导学生加深对自然现象的本质认识，理解和掌握物质变化过程中的基本规律，逐步过渡到能独立将这些规律、原理和方法用于分析和解决所遇到的实际问题，使学生具备深入理解和解决实际问题的能力，教学内容设计见图1。课上、课下基于学习通教学平台开展教学活动。课上通过学习通教学平台中“活动”里面的“主题讨论、随堂练习、分组任务、选人、投票、提问”等活动省时高效地记录下各项课堂活动，一并记录到过程考核中。
图1 单组分系统两相平衡教学内容设计
每次课提前一天向学生发放“预习单”。预习单中包括学生课下和课上完成的内容，要求学生在本节下课后及时上交，预习单内容见表1。物理化学课程公式多，概念抽象、逻辑性强、推理严谨，涉及物理学、高等数学及化学的一些相关知识，如果学生先期奠定的基础知识不够，课上很难听懂。预习单第一部分为本次课将要用到的知识点，为了保证学生课上能够跟上教师讲课的思路与进度，要求学生课前填写完成；
目的是帮助学生复习回忆知识点，学生通过回忆复习加深对之前知识的理解，为本次课引出新知识奠定基础。第二部分为本次课学习目标、知识点分解、重点难点；
由教师提前在课程预习单里面填写好，方便学生课上学习；
目的是呈现成果目标、知识框架，便于学生思考，同时为小组讨论做准备。第三部分为本次课的重点公式的使用条件，教师针对本次课而设计的问题是如何解决的；
要求下课前学生填写后上交；
目的是帮助学生巩固和加深对知识点的理解及应用。同时教师也能及时了解学生对本节知识的掌握情况，而且提供过程考核记录。
表1 单组分系统两相平衡预习单内容
疫情期间，学生们线上学习和在寝室时间相对较长，大家互相之间交流的时间和机会也相对较多。通过小组合作学习和小组讨论可以帮助学生理解重点难点以及复习熟练掌握知识点。以调动学生的主观能动性作为教学过程的最重要的任务，尊重学生的学习自主性，让学生从被动的知识接收者转变为主动的知识寻求者。通过小组合作学习，充分调动学生参与度。小组合作学习包括课上和课下两种模式，分别见图2和图3。课上教师在讲解完后，针对所讲解知识点设计问题，引导学生思考，学生通过小组讨论的方式，解答教师提出的问题。以“单组分系统两相平衡”为例，布置的课上小组讨论内容见表2。课下在小组合作学习过程中，学生通过反复探讨、深入思考、互相启发、通过多次的对课程内容的接收、思索、反馈，不断修正、补充，加深巩固自己对课程内容的理解和领会。在学习通教学平台中“活动”布置“分组任务”，通过教师评价、组内互评、组间互评方式开展课下小组合作学习，一并记录到过程考核中。
通过课上小组讨论的方式反馈教师提出的问题，为了让学生积极响应教师提出的问题，针对每个问题开展小组讨论后，每个小组要派代表向全班同学展示本小组的讨论结果。向137名学生进行了“物理化学课程教学过程中，你希望教师通过哪种方式引出课程新知识”的问卷调查。其中25.5%学生希望教师完全基于旧知识点的延伸和扩展，由浅入深启发学生思考和讨论逐步引出新知识；
48.2%学生希望教师针对生活、生产中的物理化学现象或者案例提出问题的方式启发学生思考和讨论，利用知识点的衔接逐步引出新知识；
26.3%学生希望教师通过知识点的衔接，启发学生思考和讨论，逐步引出新知识。
以单组分系统两相平衡的教学设计为例，教学大纲中该内容为1学时(45 min)，所涉及到的各个环节包括课程导入、教师重点讲授、课上小组学习任务的小组讨论及结果汇报等，时间分配见表3。每1学时，教师针对生活、生产中的物理化学现象提出问题或者案例不超过4个。相似的问题或者案例可以安排为小组课下小组合作学习的内容。
图2 课下小组合作学习模式
图3 课上小组合作学习模式
表2 单组分系统两相平衡课上小组讨论内容
表3 单组分系统两相平衡各个教学环节时间分配
在成绩考评中增加了学生自主思考与团队协作相结合的比重，将该部分渗透到课上和课下的各个环节中。对所有学生参与课堂教学的行为包括小组讨论、小组作业、课程阶段总结、平时测验、课程小论文等都给予评价，各种表现都计入成绩，包括课上和课下考核。过程考核通过学习通平台同步进行记录。以学习通教学平台中“活动”的形式开展学生课上的小组讨论，以学习通平台中“作业”的形式对课下学生参与课堂教学的行为包括小组作业、课程阶段总结、平时测验、课程小论文等。每项内容提前在平台中设置好分数，便于定量统计后进行折算。
课上考核包括每节课预习单(课上部分)、出勤、提问、课堂发言、小组讨论、课前小测试6部分组成。课下考核包括每节课预习单(课下部分)、每节线上“超星学习通”任务点、绘制每节每章的思维导图、每章线上测试、小组作业、课程阶段总结、课程小论文7部分组成。其中对于课程小论文，教师仅给出一些选题的提示，并不限制学生的思考范围，学生可以自行选择自己感兴趣的物理化学小问题，或者结合自己在参与科研实践中遇到的实际问题中的物理化学知识展开分析和讨论。
课程通过提出4个问题进行课程导入，使学生带着疑问学习，激发学生的求知欲和好奇心。在讲授克拉佩龙方程过程中，结合冻干疫苗的冷冻干燥法案例，引入科学家精神，学习科学家们勇攀高峰敢为人先的创新精神，集智攻关团结协作的协同精神，达到了课程思政的目的。在教授本节内容的过程中，学生能够在教师带领下积极参与到课程教学活动中来，小组内积极思考，互相讨论教师提到的问题。学生自始至终都能够保持旺盛的求知欲和探究性学习的主动性。在克拉佩龙方程的基础上分别讨论固-液两相平衡、液-气两相平衡、固-气两相平衡三种情况引出了克拉佩龙-克劳修斯方程。讲授推导克拉佩龙-克劳修斯方程公式的过程中，要重点强调引入的条件(液-气两相平衡、固-气两相平衡)，这样学生才能充分重视到公式的使用条件。通过小组讨论活跃课堂气氛，充分调动学生参与度，锻炼学生的表达能力、人际交往能力和团队合作能力。
本文以单组分系统两相平衡的教学设计为例，从课程导入、教学内容设计、小组合作学习任务布置、过程考核、课后反思与持续改性等方面对物理化学教学方法提出改革和建议。
在发扬传统教学体系优势的基础上，结合物理化学课程特点，通过小组合作学习的方式，以解决实际问题为导向布置课上与课下的学习任务，充分调动学生参与度，能够获得良好的教学效果。
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