物理化學(xué)教學(xué)中對(duì)分課堂的實(shí)踐

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摘要：本文基于在線開(kāi)放課程教學(xué)平臺(tái)，結(jié)合物理化學(xué)課程的特點(diǎn)，闡述在物理化學(xué)教學(xué)中實(shí)施“以問(wèn)題為中心”的教學(xué)法（PBL）與對(duì)分課堂結(jié)合的具體實(shí)施步驟，探討這種教學(xué)模式在物理化學(xué)教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用。實(shí)踐表明，這種教學(xué)模式不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)的興趣，提高了課堂的教學(xué)效率，而且培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：物理化學(xué);問(wèn)題教學(xué)法;對(duì)分課堂;學(xué)習(xí)興趣

物理化學(xué)是理工科專(zhuān)業(yè)的一門(mén)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)效果直接影響到人才培養(yǎng)質(zhì)量。物理化學(xué)內(nèi)容的邏輯性很強(qiáng)，包括大量的理論、模型和公式且其應(yīng)用條件苛刻，對(duì)于大部分學(xué)生來(lái)說(shuō)是一塊難啃的“硬骨頭”。這就使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，嚴(yán)重影響物理化學(xué)課堂教學(xué)效果。因此，如何在教學(xué)大綱規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容里應(yīng)用多種教學(xué)模式提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)的興趣，是改善課堂教學(xué)效果，培養(yǎng)創(chuàng)新人才的關(guān)鍵。近年來(lái)，慕課、微課等在線開(kāi)放課程得到了快速發(fā)展，給傳統(tǒng)的教學(xué)模式帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，引發(fā)了教育者對(duì)新的教學(xué)模式和教學(xué)設(shè)計(jì)的思考。對(duì)分課堂，又簡(jiǎn)稱(chēng)PAD課堂，是由普林斯頓心理學(xué)博士、復(fù)旦大學(xué)張學(xué)新教授2013年率先提出的。對(duì)分課堂的操作程序包括教師課上教授（Presentation）、學(xué)生課外內(nèi)吸收（Assimilation）和學(xué)生課上討論（Discussion）三個(gè)環(huán)節(jié)。其核心理念是將課堂時(shí)間平均分配：一半課堂時(shí)間給教師講授，另一半時(shí)間用作學(xué)生討論。教師講授和學(xué)生討論的時(shí)間錯(cuò)開(kāi)，實(shí)施“隔堂討論”，讓學(xué)生在課后有一周時(shí)間自主安排學(xué)習(xí)，以進(jìn)行個(gè)性化的內(nèi)化吸收。這一教學(xué)模式結(jié)合傳統(tǒng)教授式課堂與討論式課堂各自的優(yōu)勢(shì)，而有效地規(guī)避了兩者獨(dú)立實(shí)施的缺陷，可以有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。自2014年以來(lái)，這一教學(xué)模式引起了國(guó)內(nèi)高校的廣泛關(guān)注。“以問(wèn)題為中心”的教學(xué)法（Problem-BasedLearning，PBL）主要以學(xué)生為中心，以問(wèn)題為基礎(chǔ)，通過(guò)精選問(wèn)題、界定問(wèn)題、解析問(wèn)題、成果展示和總結(jié)反思等五個(gè)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。PBL教學(xué)模式與目前倡導(dǎo)的“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念是吻合的?；谖锢砘瘜W(xué)的課程特點(diǎn)和本校的學(xué)生特性以及培養(yǎng)模式，如果直接采用翻轉(zhuǎn)課堂代替?zhèn)鹘y(tǒng)課堂模式，可能會(huì)對(duì)學(xué)生帶來(lái)較大沖擊，課上討論環(huán)節(jié)學(xué)生較難適應(yīng)。因此，基于PBL的對(duì)分課堂教學(xué)模式改革應(yīng)用于物理化學(xué)教學(xué)實(shí)踐中。該模式可實(shí)現(xiàn)課上課下相結(jié)合、課內(nèi)課外相銜接，使師生課堂活動(dòng)時(shí)間重新被分配，真正體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。這種教學(xué)模式具有可操作性，取得了良好的教學(xué)效果。在2016級(jí)精細(xì)化工專(zhuān)業(yè)學(xué)生的物理化學(xué)教學(xué)中，作者首次嘗試了基于PBL的對(duì)分課堂教學(xué)模式。具體實(shí)施方案和案例介紹如下。

一、基于PBL的對(duì)分課堂教學(xué)模式實(shí)踐過(guò)程

精細(xì)化工專(zhuān)業(yè)的物理化學(xué)課程共64學(xué)時(shí)，一周兩次課，每次課連續(xù)兩節(jié)，每節(jié)50分鐘，共16周的課程，主要學(xué)習(xí)熱力學(xué)、化學(xué)平衡、相平衡、電化學(xué)、界面現(xiàn)象與膠體和動(dòng)力學(xué)六大部分內(nèi)容?；赑BL的對(duì)分課堂的實(shí)施過(guò)程如下圖所示。試點(diǎn)班以PBL為基礎(chǔ)，課堂上將學(xué)生4～6人分成一個(gè)討論小組，組內(nèi)討論個(gè)人學(xué)習(xí)時(shí)的問(wèn)題并尋求解決方法。教師根據(jù)小組討論的情況，有針對(duì)性地進(jìn)行講解，并實(shí)時(shí)調(diào)整課堂教學(xué)進(jìn)度。我們采用的是隔堂對(duì)分的對(duì)分課堂形式，在具體實(shí)施時(shí)靈活運(yùn)用，根據(jù)不同內(nèi)容對(duì)講授時(shí)間和學(xué)生討論的時(shí)間比例進(jìn)行調(diào)整，并非一定是講授時(shí)間和討論時(shí)間平均分配，也并非每一次課都采用對(duì)分課堂形式。為了輔助課堂教學(xué)，方便學(xué)生課下學(xué)習(xí)，開(kāi)設(shè)了物理化學(xué)在線開(kāi)放課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，相關(guān)的教學(xué)資源包括多媒體課件、教學(xué)視頻、作業(yè)等。學(xué)生也可進(jìn)行在線討論和問(wèn)題解析，開(kāi)展互動(dòng)交流，教師也會(huì)根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生的疑問(wèn)及時(shí)進(jìn)行解答。以熱力學(xué)第二定律為例。熱力學(xué)第二定律是熱力學(xué)的基本定律之一，這部分內(nèi)容的概念抽象，原理費(fèi)解，學(xué)生理解起來(lái)比較困難，是物理化學(xué)的教學(xué)難點(diǎn)之一。在采用對(duì)分課堂教學(xué)模式時(shí)，我們?cè)诘谝淮握n中對(duì)知識(shí)框架進(jìn)行講解引入了第二定律的內(nèi)容。首先通過(guò)一些生活中的實(shí)例說(shuō)明滿(mǎn)足熱力學(xué)第一定律的現(xiàn)象也不一定能發(fā)生。例如氣體可以自由地膨脹，但卻不能自由地壓縮；一杯熱水可以在空氣中自然冷卻，卻不能自發(fā)地從空氣中吸收熱量而溫度升高；墨汁滴入水中可以自由擴(kuò)散，卻不能發(fā)生其逆過(guò)程即墨水中的小炭粒自發(fā)聚集到一起成為一滴墨汁；但空調(diào)工作時(shí)，為什么熱量是從低溫物體傳到高溫物體。通過(guò)實(shí)例逐步引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論過(guò)程是有方向和限度的，從而引入熱力學(xué)第二定律的表述。然后通過(guò)講解卡諾循環(huán)，引入熵的概念和熵增原理。在此基礎(chǔ)上，下課前給學(xué)生布置課后自主學(xué)習(xí)的內(nèi)容，要求學(xué)生完成學(xué)習(xí)筆記，并給學(xué)生布置精心準(zhǔn)備的問(wèn)題。例如，熵的本質(zhì)是什么；利用熵增原理闡明“覆水難收”“破鏡難圓”“木已成舟”等自然過(guò)程；熱力學(xué)第二定律表述為：孤立系統(tǒng)的熵永不減少。這意味著熵可以不變或者增加，那么，第二定律為什么又稱(chēng)為熵增原理？自然過(guò)程中熵可以不變嗎？如果將生命看成是在高溫?zé)嵩矗ㄌ?yáng)）和低溫?zé)嵩矗ǖ孛妫┲g工作的熱機(jī)，如何用熱力學(xué)第二定律闡明生命系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)……課下，學(xué)生首先要溫習(xí)上次課內(nèi)容，并完成自主學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)筆記，然后學(xué)生利用課余時(shí)間查閱資料、準(zhǔn)備老師布置的思考題和課堂討論，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)及時(shí)將疑難問(wèn)題進(jìn)行反饋。這個(gè)過(guò)程是學(xué)生自主化、個(gè)性化地學(xué)習(xí)過(guò)程，可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)能力和計(jì)劃安排學(xué)習(xí)時(shí)間。在第二次課的第一節(jié)課上，教師針對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的疑難問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生交流、分組討論并解決問(wèn)題，完成上一次課所學(xué)知識(shí)的鞏固。第二次課的第二節(jié)課，教師講授下一章節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容，并在下課前給學(xué)生布置自主學(xué)習(xí)內(nèi)容和問(wèn)題。后面每一次的上課模式都與第二次課相類(lèi)似。每學(xué)完一章后，要求學(xué)生進(jìn)行總結(jié)，對(duì)本章的內(nèi)容進(jìn)行回顧和整理，并畫(huà)出本章的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖。

二、基于PBL的對(duì)分課堂教學(xué)模式實(shí)踐的幾點(diǎn)思考

1.教師精講內(nèi)容與學(xué)生自主學(xué)習(xí)內(nèi)容的分配在“對(duì)分課堂”教學(xué)模式中，教師上一次課講授的內(nèi)容與下一次課中學(xué)生的討論是密切相關(guān)的，所以哪些內(nèi)容需要教師精講，哪些可以是學(xué)生課下自主學(xué)習(xí)，這是在教學(xué)設(shè)計(jì)中要考慮的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題。因此，在對(duì)分課堂教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，教師的講授不需要完整詳盡，而是對(duì)章節(jié)的主要內(nèi)容進(jìn)行概括，精講其中的難點(diǎn)與重點(diǎn)內(nèi)容，使學(xué)生對(duì)章節(jié)內(nèi)容形成一個(gè)知識(shí)框架，而把學(xué)生自己可以看懂的簡(jiǎn)單一些的內(nèi)容留到學(xué)生課下的學(xué)習(xí)中解決。在我們的教學(xué)實(shí)踐中，針對(duì)對(duì)分課堂教學(xué)模式，重新進(jìn)行了教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)，并對(duì)課件進(jìn)行了修改，使講授內(nèi)容與學(xué)生自學(xué)內(nèi)容和課堂討論內(nèi)容更加明確，對(duì)課上講授的內(nèi)容精益求精，并注重教學(xué)方法，注重引導(dǎo)。學(xué)生的反饋是，他們也更加清楚了哪些是章節(jié)的重點(diǎn)難點(diǎn)，從而做到有的放矢。這種模式下的教學(xué)不再是簡(jiǎn)單的講授+討論，既保證了教師不可缺少的引導(dǎo)作用，又充分地發(fā)揮了學(xué)生的主動(dòng)性，讓創(chuàng)新性思維與學(xué)生的溝通合作能力在每一次課中得到貫徹。

2.問(wèn)題的設(shè)計(jì)基于PBL的對(duì)分課堂教學(xué)的另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題就是課后問(wèn)題和作業(yè)的布置，問(wèn)題和作業(yè)的難易程度、數(shù)量和形式直接影響學(xué)生在課后的內(nèi)化吸收效率和效果。在問(wèn)題設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：（1）明確教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn)難點(diǎn)，問(wèn)題的設(shè)計(jì)要圍繞重點(diǎn)難點(diǎn)提出。以表面張力章節(jié)為例，基本要求是：明確液體比表面吉布斯函數(shù)和表面張力的概念，理解附加壓力及其引起的表面現(xiàn)象。在課堂上講授了表面張力的概念、附加壓力的產(chǎn)生，為了加深學(xué)生的理解，可以圍繞基本內(nèi)容給學(xué)生布置諸如以下問(wèn)題：觀察指尖下的肥皂泡和水滴在形狀上有什么共同特征？為什么是這樣？觀看網(wǎng)絡(luò)上回形針浮于水面的實(shí)驗(yàn)視頻并試做，觀察浮于水面的回形針周?chē)乃嬗惺裁刺厥庵帲糠治鲈诳趶胶苄〉牟ＡЧ苤?，水面和水銀面的內(nèi)外壓強(qiáng)有什么差別？對(duì)于中空的肥皂泡，如果認(rèn)為液膜的內(nèi)外兩個(gè)表面的半徑相等，則肥皂泡內(nèi)外的壓強(qiáng)差為多大？（2）問(wèn)題的設(shè)計(jì)要由易到難，層次遞進(jìn)。在PBL教學(xué)模式中，問(wèn)題的設(shè)計(jì)除了要涵蓋教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)，還要注意層次遞進(jìn)，逐步深入地提出與內(nèi)容相關(guān)的核心問(wèn)題，在追問(wèn)的過(guò)程中刺激學(xué)生思考，激發(fā)尋找解決的方案。例如在以上表面張力的例子中，就體現(xiàn)了這一設(shè)計(jì)原則。另外，為了避免因?qū)W生準(zhǔn)備不充分或者不積極發(fā)言而導(dǎo)致課堂討論時(shí)冷場(chǎng)的情況，在實(shí)施的初期設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)盡可能將內(nèi)容細(xì)分成若干個(gè)知識(shí)點(diǎn)，課堂討論中各知識(shí)點(diǎn)由不同的小組完成，這樣，如果個(gè)別學(xué)生準(zhǔn)備不充分，就不會(huì)影響整個(gè)課堂的實(shí)施。（3）問(wèn)題的創(chuàng)設(shè)要生動(dòng)直觀，與實(shí)際結(jié)合。在創(chuàng)設(shè)問(wèn)題時(shí)，要善于利用網(wǎng)路資源，問(wèn)題情境要生動(dòng)直觀，把抽象、深?yuàn)W的問(wèn)題具體化、形象化，讓枯燥的理論趣味化，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究問(wèn)題的熱情。例如在表面張力一章中講到表面活性劑時(shí)，我們可以提出這樣的問(wèn)題：觀看網(wǎng)絡(luò)視頻并試做在牛奶中加入液體顏料，然后在其中加入一滴洗潔精的實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象并分析產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因；寒冷的冬天，從室外進(jìn)入溫暖的室內(nèi)時(shí)，眼鏡就會(huì)起一層霧。思考如何利用表面張力避免眼鏡起霧。在相平衡一章，可以有如下問(wèn)題：因?yàn)楸北笕呛Ｋ?，因紐特人沒(méi)有可以飲用的淡水，他們需要到冰山上去取冰回來(lái)后熔化，那么因紐特人應(yīng)該選擇怎樣的環(huán)境溫度下取冰？這類(lèi)的問(wèn)題與生活息息相關(guān)，讓學(xué)生感受到“學(xué)以致用”，可以有效地激發(fā)學(xué)生的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生探究問(wèn)題的積極性。

3.提高學(xué)生解決綜合問(wèn)題的能力物理化學(xué)課程的知識(shí)點(diǎn)多、公式多、公式條件多，知識(shí)的邏輯性和關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)，學(xué)習(xí)過(guò)程中我們還要考慮知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性，加練一些綜合題，有意識(shí)地鍛煉學(xué)生利用知識(shí)解決綜合問(wèn)題的能力。例如，化學(xué)動(dòng)力學(xué)中的阿累尼烏斯方程與化學(xué)平衡熱力學(xué)中的范特霍夫等壓方程和相平衡熱力學(xué)中的克-克方程具有類(lèi)似的形式，這三個(gè)方程有何異同？利用這三個(gè)方程分別解決什么問(wèn)題？又如，在相平衡一章，針對(duì)化工專(zhuān)業(yè)的背景，引入反應(yīng)精餾的例子：直接酯化法是國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)醋酸乙酯的主要工藝路線。以醋酸和乙醇為原料，硫酸為催化劑直接酯化得醋酸乙酯。讓學(xué)生查閱資料了解直接酯化法生產(chǎn)乙酸乙酯的詳細(xì)工藝流程，并思考此流程中產(chǎn)物是通過(guò)什么原理進(jìn)行分離的？當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，是如何提高轉(zhuǎn)化率的？以前學(xué)過(guò)的無(wú)機(jī)或有機(jī)反應(yīng)是否也有可以采用類(lèi)似的方法的？課堂上通過(guò)同學(xué)們的討論，引導(dǎo)同學(xué)們理解反應(yīng)精餾巧妙地將相平衡和化學(xué)平衡結(jié)合起來(lái)，既實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)物的分離，又通過(guò)化學(xué)平衡的移動(dòng)提高了反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。通過(guò)一學(xué)期這樣的鍛煉之后，學(xué)生解決綜合問(wèn)題的能力得到了提高。

三、基于PBL的對(duì)分課堂的教學(xué)效果

基于PBL的對(duì)分課堂從教師如何教到學(xué)生如何學(xué)、從課下自主學(xué)習(xí)到課堂管理模式，與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比都發(fā)生了根本性的變革。在此教學(xué)模式中，教師在保證教學(xué)體系的基礎(chǔ)上，在把握重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)的前提下，選擇部分關(guān)鍵問(wèn)題留給學(xué)生課后思考探究，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)難點(diǎn)深入理解。學(xué)生在課后經(jīng)過(guò)課程復(fù)習(xí)和完成作業(yè)，再到課堂進(jìn)行“隔堂討論”，這與傳統(tǒng)的課堂講授為主的PBL法相比，“隔堂討論”可以使學(xué)生有備而來(lái)，為課堂討論的有效性奠定了基礎(chǔ)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和討論質(zhì)量也顯著提高。在對(duì)分課堂教學(xué)模式中，保留了一半的傳統(tǒng)教學(xué)的課堂講授，有助于幫助學(xué)生把握課程的基本框架和重點(diǎn)難點(diǎn)。而課下對(duì)知識(shí)的內(nèi)化吸收和“隔堂討論”則培養(yǎng)了學(xué)生的主動(dòng)思考能力與探究能力，提高了學(xué)生有效參與課堂討論和小組合作能力。通過(guò)一學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生已經(jīng)很熟練地掌握了查閱資料的方法，課上大部分學(xué)生積極參加小組討論并踴躍回答問(wèn)題，越來(lái)越多的學(xué)生對(duì)物理化學(xué)充滿(mǎn)了興趣。另外，對(duì)分課堂的教學(xué)模式使課堂氛圍變得活潑、愉快，分組討論讓基礎(chǔ)較好的同學(xué)帶動(dòng)了基礎(chǔ)較差一點(diǎn)的同學(xué)，促使同學(xué)們提高了學(xué)習(xí)物理化學(xué)的積極性。在課堂討論中，學(xué)生嘗試用各種方法解決問(wèn)題，時(shí)時(shí)碰撞出智慧的火花，這在極大程度上培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新性思維。在學(xué)期末，我們采用問(wèn)卷調(diào)查和期末測(cè)驗(yàn)的方法對(duì)基于PBL的對(duì)分課堂的教學(xué)效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并總結(jié)學(xué)生對(duì)該課程模式的反饋意見(jiàn)。結(jié)果表明，92%的學(xué)生認(rèn)為，基于PBL的對(duì)分課堂教學(xué)模式提高了學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性，增加了教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”之間的互動(dòng)；85%的學(xué)生認(rèn)為，課后的學(xué)習(xí)時(shí)間管理能力和注意力集中能力得到了提高；80%的學(xué)生表示，對(duì)物理化學(xué)的重點(diǎn)難點(diǎn)知識(shí)的掌握能力高于預(yù)期目標(biāo)；90%的學(xué)生表示對(duì)分課堂的應(yīng)用提高了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。從期末測(cè)試的成績(jī)看，實(shí)驗(yàn)班在客觀題的得分情況與對(duì)照班無(wú)明顯區(qū)別，但主觀題的得分情況以及總成績(jī)要比對(duì)照班好。這說(shuō)明學(xué)生的解決問(wèn)題的能力和主動(dòng)探究能力得到了加強(qiáng)。

四、結(jié)束語(yǔ)

物理化學(xué)是高校理工科專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程，改善物理化學(xué)教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵。物理化學(xué)教師需要不斷提升自己的知識(shí)水平和業(yè)務(wù)能力，激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，不斷尋找適合培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的教學(xué)方法?；赑BL的對(duì)分課堂教學(xué)模式應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中尚屬于探索階段，在實(shí)踐中可能會(huì)遇到很多的實(shí)際問(wèn)題，對(duì)教師的把控能力要求較高，需要教師多加思考、不斷摸索和提升，根據(jù)課程的特點(diǎn)進(jìn)行演化。在今后的教學(xué)實(shí)踐中，筆者將依據(jù)教學(xué)效果與反饋進(jìn)一步優(yōu)化和完善基于PBL的對(duì)分課堂教學(xué)模式，以期培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，進(jìn)一步提高教學(xué)效果。

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作者：劉杰 單位：青島科技大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院