物理化學課程在線教學實踐與效果分析

任冬梅，王力霞，趙巖，夏云生

渤海大學化學與材料工程學院，遼寧 錦州 121013

物理化學作為化學學科的一個分支，是化學專業(yè)及與化學密切相關(guān)專業(yè)的一門主干基礎(chǔ)課。由于物理化學中公式較多且適用條件嚴格，部分概念過于抽象而難于理解，因此教學難度較大[1]。隨著高校教育的全面改革，OBE (Outcomes-based Education)教學理念[2]及微課、慕課等線上教學形式[3,4]均對傳統(tǒng)教學產(chǎn)生了積極而深遠的影響。如何充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，激發(fā)學生的學習興趣和課堂參與積極性，發(fā)揮學生自主學習的潛能，保證學生掌握物理化學課程的專業(yè)技能，達到課程目標，是高校物理化學教師共同面臨的重要問題。

疫情期間，眾多網(wǎng)絡(luò)教學平臺在高校線上教學過程中發(fā)揮了重要作用，每位教師均對線上教學設(shè)計、教學過程、教學效果以及教學評價等方面進行了有益的探析[5–8]。為適應(yīng)我校學情，我們綜合比較了各類平臺，最終我校的物理化學課程確定選用操作便捷、互動性好、穩(wěn)定流暢的“釘釘”作為主要的教學平臺，輔以“超星”和“問卷星”，對物理化學的線上教學方法及過程進行了探索及實踐，以期為相關(guān)教學的開展提供借鑒。

1 物理化學課程線上教學實踐

本學期的物理化學課程為化學熱力學部分，教材為南京大學傅獻彩編寫的《物理化學》(第5版)上冊。內(nèi)容包含緒論、氣體、熱力學定律、多組分熱力學、相平衡及化學平衡，上課17周，共計68學時。

物理化學課程線上教學與傳統(tǒng)教學方式的相同之處在于，整個教學過程均分成管理、資源及教學三個部分?！肮芾怼敝饕菍崿F(xiàn)兩個方面的管理，一是授課內(nèi)容的總體安排及簡介，使學生能夠及時了解課程的進度和具體要求，二是對選課學生學習日常狀態(tài)進行管理。“資源”主要是指教學中為學生提供的基本資料和拓展資料，學生可隨時在線觀看，下載學習。“教學”則是指具體的課堂教學，通過課程講授、課程作業(yè)和在線測試來完成學習者的自我學習評價。線上教學與傳統(tǒng)教學方式的不同之處在于網(wǎng)絡(luò)資源豐富、學習者不受時空的限制，但其學習的自覺性和學習狀態(tài)需要教師監(jiān)督與激勵。因此線上教學中各個部分的完成方式與傳統(tǒng)教學方式相比有所不同，尤其是教學管理及課程講授過程。

1.1 管理細致透明

學生自學能力的培養(yǎng)一直是教學的重點，也是教學的難點。線上教學過程中，為提升學生自學能力，教學計劃管理、教學組織管理等基本環(huán)節(jié)需加以細化統(tǒng)籌。

教學計劃管理的細致透明是指制定一份目標任務(wù)清晰、學習計劃詳細、進度安排合理的教學計劃表，通過釘釘平臺的“家校通知”或“新建任務(wù)”功能展示給學生。教學計劃表包含三個部分，月度計劃表，章節(jié)計劃表，課前計劃表。月度計劃表以索引方式安排每月課程的總體進度；章節(jié)計劃表指當月的每次課程完成的章節(jié)學習內(nèi)容、相應(yīng)知識點視頻資源、學習時間等給出建議；課前計劃表指下次課需要完成的具體目標，通常通過“DING一下”功能在上課的前一天提醒學生。這樣，可以使學生有規(guī)劃、有步驟自我管理，也方便學生帶著問題去學習。

學生學習的自我規(guī)劃與自覺管理是變被動學習為主動學習的關(guān)鍵，而使學習成為習慣的過程中教師適時的督學作用不可缺少。及時要求學生簽到、簽退，通過平臺記錄，關(guān)注學生的學習時長是督學過程中必要的管理手段。由于釘釘平臺的簽到功能是無法自動簽到或無法補簽，而簽到地址亦是無法更改的，這能在一定程度上對學生起到督促作用。為提高互動性還可以通過“家校本”方式實現(xiàn)圖片簽到功能，學生簽到的積極性也較高。整個學期的教學實踐中，通過打卡方式簽到的學生參與度可在95%以上，視頻或照片打卡的參與度可達100%，可見學生更易接受互動式網(wǎng)絡(luò)教學，并在督學的過程中表現(xiàn)出了良好的學習自覺性。

1.2 教學分層模塊

線上教學雖然缺少了師生面對面的交流，但豐富多樣的網(wǎng)絡(luò)學習資源、學習時間不必受課時限制等優(yōu)勢充分尊重學習者的學習主體地位。然而，學習者的自學能力有著較大的差異，因此在線教育勢必要做到講授有層次、與學生接受相匹配才能發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學的巨大擴張力。經(jīng)半年的教學實踐，物理化學課程逐漸形成了“簡單–詳細–歸納”的分層模塊教學模式(如圖1所示)。

圖1 線上物理化學課程的模塊式教學

(1) 簡單教學模塊主要利用“超星”平臺教學資源。該平臺上的大連理工大學物理化學上冊全部教學內(nèi)容的教學視頻僅9.6 h，因此可以用做預(yù)習性講解。新單元開始即要求學生利用1–2課時在平臺講解下進行全單元自主預(yù)習。經(jīng)過講解，理解能力較強的學生可以掌握大部分的內(nèi)容。理解能力較弱的學生也能做到心中有數(shù)，哪些是自己根本不懂的內(nèi)容，哪些是自己比較疑惑的地方，從而掌握學習的主動權(quán)。簡單教學模塊課時約占總課時的1/5。

(2) 詳細教學模塊是在簡單教學模塊之后進行，這部分的課時占總課時的3/5。該模塊是根據(jù)本校學生學情，以錄播或直播的方式詳細并有針對性地講解知識點。提出適應(yīng)本校教學的學習要求，指出重點和難點，強調(diào)各部分學習的意義及相互聯(lián)系。需要指出的是，直播教學應(yīng)盡量選擇釘釘視頻會議(或在線課程)形式，這有利于設(shè)計問題，在學生掌握課堂內(nèi)容的基礎(chǔ)上，進行課堂討論，即時溝通，提高線上教學的互動性。在這部分教學中，目標須清楚地表述，切中課程特定具體的要求，不可模棱兩可。教學過程中可以采用手寫筆演示功能，以提高學生思維的跟隨度，并有利于學生課后針對上課過程中所學知識進行總結(jié)，記錄課堂筆記。直播或錄播教學完畢，利用釘釘平臺的“家校本”功能設(shè)置作業(yè)，明確作業(yè)完成的截止時間、平時考核的截止時間等。

該模塊可讓自學能力強的學生全面掌握本章的知識點，徹底解決在簡單模塊中遺留的問題，構(gòu)建更完善的知識體系，融會貫通。也可讓自學能力較弱的學生系統(tǒng)掌握基礎(chǔ)知識，領(lǐng)會本單元的重點。此外，同步作業(yè)批改可以通過平臺的語音批改功能進行有針對性的講解，把課堂未詳細講解的知識進一步完善，不留死角。

(3) 知識點歸納總結(jié)模塊是教學中極為重要的一環(huán)。該模塊的課時雖然僅占總課時的1/5，但這部分課程的完成必須通過視頻直播課完成。歸納總結(jié)課時重點是要幫助學生進一步理清概念，搭建知識網(wǎng)絡(luò)，著重突出知識點之間的邏輯關(guān)系及整體知識結(jié)構(gòu)。就重要理論、重點、難點進行分析總結(jié)，安排課堂討論，通過我問你答的方式解決學習中的共性問題。

該模塊教學中，學生還可以隨時對不理解且感興趣的內(nèi)容進行提問，教師在解答過程中不僅可以進行擴展性的補充和解釋，而且可以通過互動再次了解學生學習中存在的問題，有針對性地加以指導，并有針對性地布置課后作業(yè)鞏固相關(guān)知識點。通過對知識點的系統(tǒng)整理和綜合，輔以廣泛深入而有針對性的討論和交流，將學生的疑惑再次減少，形成教學活動中最有特色、最有活力的學習形式。

圖2給出了本學期物理化學課程“相律”部分的模塊式教學實施過程。超星平臺將該部分課程分成“獨立組分數(shù)”“相律”及“相律推導”三個部分，講解始于C=S ?R ?R’的計算，時長共約32 min。經(jīng)過該部分學習，學生基本上可以掌握研究系統(tǒng)的獨立組分數(shù)及自由度的計算方法?；A(chǔ)較好的學生對于相及相數(shù)的理解基本沒有障礙，但對于R’的理解及運用能力較差，而基礎(chǔ)較弱的同學對于Φ的確定已經(jīng)比較模糊，僅能機械記憶C及f的兩個計算公式。

圖2 相律的模塊式教學實施過程

結(jié)合隨堂提問的反饋及知識重難點要求，我們在釘釘平臺上將獨立組分數(shù)及相律部分擴展，時長共約55 min。獨立組分數(shù)擴展成“基本概念”和“狡猾的獨立組分數(shù)”兩部分：基本概念詳細介紹關(guān)于相的概念、關(guān)于物質(zhì)的概念及自由度的概念；狡猾的獨立組分數(shù)中以 HCN水溶液等系統(tǒng)為例，通過不同的計算方法均得到相同的C，從而總結(jié)出計算規(guī)律為考慮問題的角度不同，物種數(shù)可以不同，但組分數(shù)唯一。相律部分的擴展主要體現(xiàn)在應(yīng)用系統(tǒng)擴展，添加了常見滲透系統(tǒng)及水鹽系統(tǒng)，加強學生對相律的靈活運用能力。由于簡單模塊已經(jīng)將相律推導部分介紹得比較清楚，則不予以擴展。經(jīng)過對模塊詳細的講解，所有學生對相律部分的知識體系已經(jīng)能達到清晰明了，基礎(chǔ)好的學生已經(jīng)可以自行解決相對難一些的習題了。

最后，通過作業(yè)反饋，在釘釘平臺上以學生討論、搶答計分等方式對即將要接觸到的蒸餾過程和合金系統(tǒng)進行自由度的計算，由學生自主總結(jié)知識點，并指出各公式的使用注意事項，則學生能完全掌握該部分知識，達到教學目的。

綜上可見，經(jīng)過三次不同層次模塊教學，學生學習積極性可以充分調(diào)動，并且可以滿足學生的個性化需求，便于不同自學能力的學生與不同層次的教學相匹配，有利于教學相長和師生互動的完美實現(xiàn)。

1.3 評測形影相隨

為適應(yīng)線上教學過程，課程考核方式也將相應(yīng)地有所改變。本學期物理化學課程考核方式中期末理論考試占比降低，為40%，平時過程考核比例提高至50%，出勤以課堂表現(xiàn)代替，占比為10%。

平時考核的成績來源主要是布置的作業(yè)以及章節(jié)后的測試。作業(yè)的布置及批改均由釘釘平臺完成，而網(wǎng)絡(luò)平臺“問卷星”能夠提供方便的在線測試功能。每單元結(jié)束，本課程均設(shè)計了考查基本知識點的測試性習題，要求學生通過手機掃描二維碼，限時、獨立完成測試過程。問卷星平臺可以詳實獲得學生的總體學習情況(題目正確率等)和學生的個別完成情況。這將有利于依據(jù)題目的正確率調(diào)整討論或評講方式，及時調(diào)節(jié)教學進度。此外，利用網(wǎng)絡(luò)平臺保證了每個學生都能積極參與完成學習任務(wù)，并且教師能夠在無需收、閱卷的情況下快捷掌握學生的學習情況，提高教學效率。整個學期，學生的平時成績平均為45.7分(總分50分)，參與度為100%，表明學生是樂于并積極參與在線學習的。由此可見，降低總結(jié)性考試，增加過程性考核，使考核如影隨形，有利于充分激勵學生平時自主學習物理化學課程的熱情，亦是教師督學、導學的重要手段。

2 課程目標達成度分析

目前我校正在推行OBE的教學模式，課程目標達成度評價系統(tǒng)是OBE教學改革項目之一。物理化學課程教學目標體現(xiàn)在知識(目標1)、技能(目標2)及素養(yǎng)(目標3)三個方面，目前成績考核的來源分別是課堂表現(xiàn)(10%)，平時考核(50%)以及期末考試(40%)。平時考核中的50分中有30分對應(yīng)課堂目標1層次，20分對應(yīng)課堂目標2層次；期末考試中24分對應(yīng)課堂目標1的難度，課堂目標2及課堂目標3的難度均為8分；課堂討論的10分中有4分來自于基本知識的討論(課程目標1)，其余6分對應(yīng)綜合能力(課程目標2和3)。

圖 3給出了線上及線下物理化學課程目標達成度比較。本次線上教學參與考試的 2018級學生共計141人，有效試卷141份。上一屆參與線下教學的2017級學生計135人，有效試卷為135份。由圖3可知，與線下教學相比，線上教學的總體目標達成度良好(86%、83%)，且課程目標1、課程目標2目標達成度均在80%以上，說明選課學生對于課程的基礎(chǔ)知識和原理掌握較好，已經(jīng)具備運用物理化學方法解決問題的能力，即運用化學熱力學原理和方法分析問題和解決問題的能力。但線上教學的兩個班的目標3達成度僅為68%和61%，低于線下教學(73%)，可見線上教學過程應(yīng)加強綜合性知識的引導與練習，即歸納模塊的強度應(yīng)予以適當增加。

圖3 物理化學課程目標達成度分析

3 結(jié)語

以釘釘為授課的主要平臺，進行了“簡單–詳細–歸納”三模塊式線上物理化學的教學實踐。結(jié)果表明：

(1) 線上教學資源豐富，但學習者的自我管理能力參差不齊，透明精細化的教學管理有利于發(fā)揮教師的監(jiān)督及激勵作用，而過程性考核比例的增大亦可促進學生學習的自覺性及主動性。

(2) “簡單–詳細–歸納”的分層模塊式教學可以使不同學習能力的學生都能夠從在線教學中得到知識和能力的提升，從而達到教學目的，完成培養(yǎng)目標。

(3) 課程的總體目標達成度均可達80%以上，分目標達成度均在60%以上，表明選課學生對于課程的基礎(chǔ)知識和原理掌握較好，已經(jīng)具備運用物理化學方法解決問題的能力，模塊化的網(wǎng)絡(luò)教學是適當并合理的教學形式。

(4) 教師通過出鏡的視頻直播歸納總結(jié)知識點，更便于學生構(gòu)建完整的知識體系，突出重點和難點，更好地把握知識鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為深入學習和將來的深造打下堅實的理論基礎(chǔ)。同時也能讓教與學在輕松和諧的氛圍下完成，起到畫龍點睛、知識升華的良好效果，是在線教學中的重要一環(huán)。