應(yīng)用型本科高校物理化學(xué)混合教學(xué)模式的建設(shè)與實(shí)踐

馮帥，范克棟，侯現(xiàn)明，高志崇，任春霞

1泰山學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，山東 泰安 271000

2泰安市教育局，山東 泰安 271000

作為高等院?；瘜W(xué)專業(yè)、制藥工程專業(yè)及環(huán)境工程等相關(guān)專業(yè)的必修課程[1]，物理化學(xué)課程不僅培養(yǎng)學(xué)生縝密分析和解決實(shí)際問題的能力，還有助于學(xué)生形成“由已知探究未知”的科學(xué)思維能力。本文探討在培養(yǎng)“一流應(yīng)用型人才”的背景下[2]，充分發(fā)揮混合式教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)，通過線上線下課堂深度融合，創(chuàng)建開放式教學(xué)氛圍，以任課教師為主導(dǎo)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，從而達(dá)到物理化學(xué)課程的最佳教學(xué)效果。

1 調(diào)整課程教學(xué)目標(biāo)的改革

針對(duì)物理化學(xué)課程的特點(diǎn)以及專業(yè)的辦學(xué)定位和人才培養(yǎng)目標(biāo)，我們依照《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》[3]、《化學(xué)類專業(yè)化學(xué)理論教學(xué)建議內(nèi)容》[4]、《高等學(xué)?；瘜W(xué)類專業(yè)物理化學(xué)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)要求建議(2020版)》[5]，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，將我校物理化學(xué)課程教學(xué)目標(biāo)調(diào)整為：構(gòu)建系統(tǒng)的理論框架，提高學(xué)生的實(shí)踐技能，解決問題和自主學(xué)習(xí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生更快地適應(yīng)多種崗位的綜合素質(zhì)。具體表現(xiàn)為：(1) 學(xué)生能夠系統(tǒng)掌握物理化學(xué)的基本知識(shí)和原理，具備邏輯推理能力、批判精神和反思意識(shí)；(2) 學(xué)生能夠綜合運(yùn)用學(xué)科知識(shí)和技能，分析和解決本專業(yè)或跨學(xué)科的復(fù)雜問題，提出相應(yīng)的解決方案，具備解決問題的能力；(3) 學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)了解國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域全球重大問題，能夠自主學(xué)習(xí)，綜合分析多領(lǐng)域相關(guān)問題。與傳統(tǒng)的教學(xué)目標(biāo)更注重學(xué)生的理論思維和科學(xué)研究能力相比，調(diào)整后的教育目標(biāo)更關(guān)注學(xué)生的應(yīng)用能力。

2 教學(xué)模式改革

2.1 教學(xué)流程改革

基于OBE (Outcome-Based Education)理念，我們以目標(biāo)為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心[6]，對(duì)物理化學(xué)教學(xué)流程進(jìn)行改革。具體流程為：“課前導(dǎo)學(xué)–引導(dǎo)探究–小組協(xié)作–學(xué)習(xí)報(bào)告–課堂講解–案例分析–翻轉(zhuǎn)課堂–課后梳理/練習(xí)”，即課前利用學(xué)習(xí)通平臺(tái)為學(xué)生提供相關(guān)的預(yù)習(xí)素材，通過問題引導(dǎo)學(xué)生自主閱讀，并以小組為單位探討交流，完成并通過平臺(tái)提交預(yù)習(xí)報(bào)告。通過預(yù)習(xí)素材，不但可以讓學(xué)生了解學(xué)科應(yīng)用與前沿，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，還可以培養(yǎng)學(xué)生合作解決問題的團(tuán)隊(duì)精神。此外，通過收集學(xué)生預(yù)習(xí)報(bào)告，教師可以在課前了解學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)以及材料的理解和掌握程度，做到精準(zhǔn)教學(xué)，有的放矢。在課堂中，在掌握基本概念的基礎(chǔ)上，采用素材講解、問題啟發(fā)、分組探討等方式，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用理論基礎(chǔ)和技能解決實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和解決問題的能力。課后通過繪制思維導(dǎo)圖，梳理知識(shí)點(diǎn)，構(gòu)建系統(tǒng)的理論框架；通過進(jìn)一步組織學(xué)生研討科技專利與科研文獻(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力和創(chuàng)新意識(shí)。以電化學(xué)一章中的可逆電池為例，教學(xué)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 關(guān)于可逆電池的混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)

2.2 教學(xué)流程的實(shí)施過程

2.2.1 課前開展自主閱讀、問題引導(dǎo)及小組探討

在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，由于課前預(yù)習(xí)指導(dǎo)不足，學(xué)生學(xué)習(xí)效果不佳。針對(duì)此問題，我們選擇一些針對(duì)性強(qiáng)的文獻(xiàn)資料，制成導(dǎo)學(xué)材料，課前一周通過學(xué)習(xí)通平臺(tái)發(fā)布，通過問題引導(dǎo)學(xué)生查閱課本，積極思考，并開展小組探討，以小組為單位完成預(yù)習(xí)報(bào)告，通過平臺(tái)提交。“可逆電池”的課前導(dǎo)學(xué)設(shè)計(jì)，如表2所示。

表2 可逆電池線上導(dǎo)學(xué)設(shè)計(jì)

教師可以通過平臺(tái)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果監(jiān)測(cè)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，并以線上提醒的方式督促未完成的同學(xué)(如圖1所示)。

圖1 學(xué)生導(dǎo)學(xué)材料預(yù)習(xí)情況

通過引導(dǎo)提問，學(xué)生在完成預(yù)習(xí)材料的過程中，對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)及背景的了解層層遞進(jìn)。與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，學(xué)生完成預(yù)習(xí)報(bào)告的意愿更強(qiáng)烈，掌握更多的學(xué)習(xí)主動(dòng)權(quán)，達(dá)到了較好的學(xué)習(xí)效果。為了激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和發(fā)現(xiàn)問題，對(duì)于撰寫認(rèn)真、思考積極，特別是能夠提出疑問的學(xué)生，平時(shí)成績(jī)給予獎(jiǎng)勵(lì)(預(yù)習(xí)部分在考核中占比為10%)。

2.2.2 重構(gòu)線下課堂模式，形成翻轉(zhuǎn)互動(dòng)機(jī)制

根據(jù)美國(guó)教育心理學(xué)家杰羅姆·布魯納的教學(xué)目標(biāo)分類理論可知，學(xué)生學(xué)習(xí)的過程可以分為“識(shí)記→理解→應(yīng)用→分析→評(píng)價(jià)→創(chuàng)造”6個(gè)層次[7]，而傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)模式不能達(dá)成高階教育目標(biāo)，因此，需要對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行改革。

首先，我們重新整合了教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整了教學(xué)方案。對(duì)于一些通俗易懂且與其他課程重復(fù)的知識(shí)點(diǎn)，如化學(xué)平衡、部分電化學(xué)和膠體化學(xué)等內(nèi)容，學(xué)生在無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)等課程中已經(jīng)涉及，我們安排學(xué)生利用課外時(shí)間，通過線上平臺(tái)自主學(xué)習(xí)錄播課程。為保證自主學(xué)習(xí)質(zhì)量，在觀看過程中設(shè)置多層次的限時(shí)彈題，并將自主學(xué)習(xí)納入平時(shí)考核中，設(shè)定比例為10%。而對(duì)于難以理解或者比較重要的內(nèi)容，則充分利用線下課堂進(jìn)行詳細(xì)的講解。

為了調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，我們也對(duì)線下教學(xué)模式進(jìn)行了改革，具體改革方案如圖2所示。在課堂的教學(xué)過程中，根據(jù)不同知識(shí)點(diǎn)的難易度，分別采取翻轉(zhuǎn)課堂、案例分析和講解學(xué)科發(fā)展等方式。

圖2 線下課堂教學(xué)模式的改革方案

例如，在講解可逆電池時(shí)采用翻轉(zhuǎn)課堂方式。首先選出學(xué)生代表，對(duì)于導(dǎo)學(xué)材料中涉及的問題進(jìn)行匯報(bào)，隨后采用快問快答的方式引導(dǎo)其他學(xué)生根據(jù)匯報(bào)情況進(jìn)行分析。在匯報(bào)和分析的過程中發(fā)現(xiàn)疑難問題，將課程的重點(diǎn)難點(diǎn)升華，有助于學(xué)生對(duì)課程的認(rèn)知由點(diǎn)升華為線，最后匯聚至面，構(gòu)架完整的知識(shí)體系。

對(duì)于內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單易懂的章節(jié)如理想氣態(tài)/液態(tài)混合物的化學(xué)勢(shì)、單組分相圖、完全互溶雙液系相圖、電動(dòng)勢(shì)測(cè)定的應(yīng)用、化學(xué)動(dòng)力學(xué)基本概念、表面活性劑及其應(yīng)用等內(nèi)容，學(xué)生通過課下小組探討，制作PPT，走上講臺(tái)進(jìn)行講解。也安排學(xué)生講解課后習(xí)題和簡(jiǎn)單的知識(shí)點(diǎn)等。如圖3所示。

圖3 學(xué)生制作的習(xí)題分析和知識(shí)點(diǎn)講解的課件案例

在課下準(zhǔn)備講解的過程中，學(xué)生深入思考、嘗試解決問題和復(fù)習(xí)總結(jié)，遇到問題時(shí)學(xué)生能及時(shí)請(qǐng)教教師，嘗試溝通解決，不僅完成任務(wù)還形成自己的認(rèn)知，成為了積極的探究者。在翻轉(zhuǎn)課堂的講解中，學(xué)生提高了知識(shí)的運(yùn)用和語言表達(dá)能力，獲得了參與感和成就感。

其次，通過案例分析引導(dǎo)學(xué)生深入分析，學(xué)以致用。以講解“可逆電池”為例(表3)。

表3 電池案例分析

通過分析研究四種電池的案例，學(xué)生一方面對(duì)于本節(jié)重點(diǎn)“可逆電池”的含義有了深刻的理解，另一方面對(duì)電池的發(fā)展歷程也有了深入的了解，讓學(xué)生了解任何一種科學(xué)技術(shù)都不是一蹴而就，都是經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的曲折發(fā)展而來，在無形中融入了思政內(nèi)容。此外，從當(dāng)前世界能源發(fā)展的大背景出發(fā)，向?qū)W生介紹電化學(xué)理論的實(shí)用價(jià)值以及所面臨的關(guān)鍵科學(xué)問題。以鉛酸電池和鋰離子電池為例，兩種電池的反應(yīng)機(jī)理不同，所面臨的關(guān)鍵科學(xué)問題也不同，鋰離子電池的關(guān)鍵科學(xué)問題是如何保證電極與電解質(zhì)界面中的電荷傳遞和穩(wěn)定性，如何調(diào)節(jié)電極材料的微觀結(jié)構(gòu)從而提高電池的循環(huán)壽命和容量；鉛酸電池則需要關(guān)注在沉積/析出過程中所涉及的相變、形變和循環(huán)穩(wěn)定性，以及相關(guān)副反應(yīng)(析氫、析氧等)。通過案例分析，學(xué)生清晰地理解了不同的實(shí)際問題背后所蘊(yùn)含的物理化學(xué)原理，在應(yīng)用能力方面受到啟迪。最后，以鋰電池在我國(guó)的快速發(fā)展為例，引導(dǎo)學(xué)生努力擔(dān)負(fù)起振興祖國(guó)的歷史使命。

在課堂教學(xué)中，我們跳出課本局限，積極拓寬學(xué)生視野，除了推導(dǎo)公式定理，還帶領(lǐng)學(xué)生重溫知識(shí)的發(fā)展歷史，了解課程中涉及的概念、公式和定律的演變過程，構(gòu)建學(xué)術(shù)思維。例如在講述吉布斯自由能這個(gè)概念時(shí)，介紹吉布斯的《論非均相物體的平衡》論文，這篇論著闡明了化學(xué)平衡、相平衡、表面吸附等現(xiàn)象的本質(zhì)。通過講解，不僅讓學(xué)生將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)在一起，還讓學(xué)生了解吉布斯的卓著成就和高尚人格，激勵(lì)學(xué)生對(duì)科研工作者的尊重和崇尚之情。此外，適當(dāng)引入相關(guān)科技前沿，引導(dǎo)學(xué)生突破現(xiàn)有知識(shí)，積極思考理論與實(shí)際的關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)發(fā)散思維能力。例如，通過荷葉表面、魚鱗表面具有自潔性，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)固體表面浸潤(rùn)性與接觸角的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上講解一些科研人員研究的事例，如，Barthlott和Neihuis[8]發(fā)現(xiàn)荷葉表面的微米結(jié)構(gòu)乳突，引起科學(xué)家們?cè)谖⒚壮叨认卵芯砍杷牧系呐d趣，繼而讓學(xué)生研讀我國(guó)江雷院士[9,10]關(guān)于仿生多尺度超浸潤(rùn)界面材料的文獻(xiàn)，了解我國(guó)科學(xué)家在相關(guān)領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)，不僅培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，還能激勵(lì)學(xué)生的愛國(guó)主義情懷。

2.2.3 線上線下結(jié)合，督促學(xué)生課后鞏固提升

為督促學(xué)生課后積極復(fù)習(xí)，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力，我們充分利用線上線下資源設(shè)計(jì)形式多樣的復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)。安排學(xué)生在每個(gè)章節(jié)學(xué)習(xí)結(jié)束后全面梳理重點(diǎn)、難點(diǎn)并繪制章節(jié)思維導(dǎo)圖，構(gòu)建完整的章節(jié)框架，通過學(xué)習(xí)通平臺(tái)線上提交，如圖4所示。

圖4 學(xué)生繪制的思維導(dǎo)圖案例

以四周課程為一周期，安排學(xué)生在學(xué)習(xí)通平臺(tái)上傳學(xué)習(xí)筆記、學(xué)習(xí)方法及解題心得等。材料形式多樣化，既有紙質(zhì)版的學(xué)習(xí)筆記，又有學(xué)生自己錄制的講解微視頻，教師選取優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)在課堂或平臺(tái)進(jìn)行共享，學(xué)生可利用課下時(shí)間觀看，并通過設(shè)置任務(wù)點(diǎn)及彈幕等形式讓同學(xué)們積極參與交流討論。

為調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，我們還將課題討論、小組交叉辯論等教學(xué)形式延伸至線上課堂。例如，溶液依數(shù)性、二組分雙液系相圖、簡(jiǎn)單級(jí)數(shù)反應(yīng)等內(nèi)容，由學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，共同制作PPT在課堂上進(jìn)行辯論。由于課堂時(shí)間有限，也可以利用自習(xí)課時(shí)間，通過騰訊會(huì)議、釘釘、學(xué)習(xí)通直播等進(jìn)行線上答辯賽，學(xué)生通過彈幕形式提問或點(diǎn)評(píng)辯論。學(xué)生表現(xiàn)更加活躍大膽，參與度更高。

這些教學(xué)改革，不僅提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，還鍛煉了他們的協(xié)作能力、學(xué)術(shù)表達(dá)能力和解決問題的能力等。

為了促進(jìn)學(xué)生積極參與到線上線下的多種學(xué)習(xí)活動(dòng)中，我們對(duì)考核內(nèi)容和形式進(jìn)行了改革。考核模式由原來單一的以期中期末考試成績(jī)和平時(shí)作業(yè)成績(jī)?yōu)橹?，調(diào)整為多角度、多元化的考核評(píng)價(jià)體系。在考核過程中，增加過程性考核的權(quán)重，由原來的30%增加到50%，考核內(nèi)容包括：平臺(tái)預(yù)習(xí)任務(wù)、課堂互動(dòng)、翻轉(zhuǎn)課堂、主題討論、小組辯論、經(jīng)驗(yàn)交流等。過程性考核成績(jī)來源于教師打分、生生互評(píng)和平臺(tái)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，更能客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，避免臨時(shí)突擊的應(yīng)試學(xué)習(xí)思維，更利于培養(yǎng)學(xué)生的整體綜合素質(zhì)。教學(xué)考核評(píng)價(jià)量表設(shè)計(jì)如表4所示。

表4 物理化學(xué)課程考核評(píng)價(jià)量表

2.2.4 促進(jìn)教學(xué)和學(xué)術(shù)互相融合，培養(yǎng)創(chuàng)新素養(yǎng)

在教學(xué)過程中，充分發(fā)揮線上線下混合教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)，將理論知識(shí)與科學(xué)前沿有效融合，為學(xué)生提供與授課章節(jié)相關(guān)的前沿文獻(xiàn)資料，培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生積極參與本校教師的研究課題組及大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目(大創(chuàng))，不僅開闊學(xué)生視野，還提高學(xué)生探索問題、解決問題的科研能力。

3 結(jié)語

地方應(yīng)用型高校應(yīng)致力于培養(yǎng)應(yīng)用型人才，滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)應(yīng)用型人才的需求。積極推動(dòng)教學(xué)與信息技術(shù)的深度融合，探究多樣化混合教學(xué)模式，是提高培養(yǎng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)能力的重要途徑。