高職物理化學課程信息化教學設計與實施

白 潔

(楊凌職業(yè)技術學院 藥物與化工分院， 陜西 楊凌 712100)

1 課程基本情況

1.1 課程基本信息

《物理化學》是石油化工、環(huán)境工程、化學、制藥、醫(yī)學等專業(yè)的專業(yè)基礎課，是從研究物理現象和化學現象之間的相互聯系入手來探求化學變化規(guī)律的一門學科，主要研究內容包括化學熱力學、化學動力學、電化學、表面現象及分散體系四大部分，為化工類等專業(yè)的后續(xù)課程學習及化工生產打下必要的基礎[1-4]。

1.2 教學手段及教學資源

主要使用到的教學手段有：QQ直播平臺、課堂派、PPT、知識點小卡片、圖片演示、手寫板書、優(yōu)慕課、微課、思維導圖、視頻、動畫、動圖、嗨格式錄屏大師、微信等。

《物理化學》的優(yōu)慕課網絡平臺中有豐富多彩的課程資源。其中文檔資源有例題庫、習題庫、課程分章節(jié)教案、PPT、章節(jié)導學單等；視頻資源有每節(jié)課的視頻、生活中的物理化學趣味視頻、實驗講解視頻等；配合上課的資源有每節(jié)課手寫板書及知識點照片或截圖等。

2 教學分析

2.1 教學內容

物理化學主要由化學熱力學、化學動力學、物質結構三大部分組成。其中，化學熱力學主要研究變化過程的能量轉換及變化的方向和限度問題；化學動力學是研究化學反應速率和機理的學科，其基本任務是闡明化學反應進行的條件(溫度、壓強、濃度、介質和催化劑等)對化學反應速率的影響，了解化學反應機理，探索物質結構與反應能力之間的關系；物質結構是運用物理學的理論和實驗方法研究物質內部的結構，從而闡明化學現象的本質及結構與性能之間的關系[5]。

2.2 教學目標

通過本課程的學習，能夠判斷一定條件下化學反應進行的方向、限度；掌握化學反應的速率和機理；理解物質的性質與其微觀結構之間的關系。最終培養(yǎng)學生的自學能力、知識應用能力以及社會責任感和專業(yè)使命感。

2.3 學情分析

(1)知識基礎。已學分析化學、有機化學、高等數學，為物理化學提供了物質化學結構、化學性質、基礎分析方法和涉及儀器原理的物理、數學等知識。

(2)認知能力。具備一定的推理能力；具備一定的歸納總結能力。

(3)學習特點。喜歡網絡學習，熟練網絡社交工具；工程思維能力差、抽象概念理解能力弱；習慣于接受學習而不是探究學習，獨立思考能力差。

2.4 教學重難點

物理化學課程的教學重點：掌握熱力學的基本概念及相關理論，建立平衡的觀念，了解影響系統(tǒng)平衡的相關因素，并能應用熱力學的基本原理分析并解決化工過程中的能量及平衡等相關問題，掌握熱力學處理問題的基本方法和思路。了解和掌握反應速率的概念及催化理論的基本知識，以及各種因素對反應速率的影響，與此同時，還需掌握物理化學的實驗方法及基本操作技能，能正確使用相關儀器設備等。以上既是本課程的教學重點，也是教學難點，是學生必須掌握的知識及技能。通過本課程的學習，能使學生較為系統(tǒng)地了解物理化學的基本理論，建立平衡和速率的概念，掌握物理化學的基本計算方法及實驗操作技能；培養(yǎng)學生分析及解決問題的能力，并為學習其他專業(yè)課及從事相關化工類工作奠定基礎，滿足化工生產、管理、建設等的需要。

3 教學實施

本課程將信息技術貫穿于知識呈現與傳遞、協(xié)作交互、考試考核、教學評價、數據分析等整個教學活動全過程。知識呈現與傳遞方面，利用信息技術制作較為精美的課程微視頻以增加課程的觀賞性；協(xié)作交互方面，借助優(yōu)慕課平臺進行線上討論、課程視頻、動畫、在線測試、作業(yè)及調查問卷等教學活動，增加師生交互；在學習評價方面，利用優(yōu)慕課平臺的自動評分功能、大數據分析功能觀測學生的學習情況，對成績不佳的學生進行預警、并及時調整教學進度和教學策略。

《物理化學》以課前自主學習、課中現場交流、課后知識鞏固、拓展延伸四個教學階段，分階段促進學生思考、挑戰(zhàn)、內化，從而最終形成自己的認知。

3.1 課前——激發(fā)興趣

發(fā)布任務清單，在任務清單中列出學生在課前需要完成的學習任務，包括觀看微課、填寫調查問卷、完成在線測試和話題與討論等。教師觀測后臺的數據，收集學習問題，調整上課內容。

例如，在講《物理化學》的表面活性劑這一章時，為激發(fā)學生學習興趣，在優(yōu)慕課網絡課程的導學單中上傳任務1——觀看2個短視頻：①2019年大熱的電視劇《延禧攻略》中一根針浮在水面上的短視頻；②紅酒的掛杯現象短視頻；任務2——參與話題討論，①你認為針是如何能夠浮在水面上的？②你認為紅酒的掛杯現象原理是什么？任務3——完成在線測試。

3.2 課中——攻克重難點

教師根據課前學生的預習情況，巧妙導入課程內容，適時提問，設計多樣化的教學活動，攻克重難點，學生在手機中完成在線測試，請同學們利用思維導圖自發(fā)歸納本節(jié)課知識點。

3.3 課后——能力提升

根據上課情況，布置精準的作業(yè)；學生完成作業(yè)、參與話題討論、觀看課程相關視頻、QQ答疑等。

3.4 拓展——開拓眼界

在優(yōu)慕課網絡課程中上傳相關文字材料及視頻內容，拓寬學生知識面，如：

(1)電化學部分。從手機、電腦、電動車等生活用電池入手講解了人類對電源的需求，系統(tǒng)介紹了當前國際上在電源領域包括太陽能電池、燃料電池、新一代儲蓄電池的最新進展，介紹了能源轉換領域新型電極材料例如電解水高效電極等的基本原理和最新進展，從常見的PH計入手介紹了電分析化學領域的選擇性電極的用途、原理和最新進展，從心電圖、腦電圖等常見醫(yī)學檢測手段入手介紹了生物電化學中的最新發(fā)現、與人類健康、人體奧秘的關系。通過這些內容，同學們對電化學有了更為全面的認識， 深刻體會到與生活、生產密切相關的物理化學。

(2)動力學部分。著重講解了綠色化學的概念、起源和對人類的重要意義，闡明了催化材料、技術對實現綠色化學的關鍵作用， 系統(tǒng)講解了催化原理、催化劑評價關鍵指標、催化領域國內外最新進展及主要技術瓶頸。介紹了光化學對人類社會的重大作用， 從光合作用基本原理講起，拓展到人工光催化技術對于解決人類面臨的化石能源緊缺、環(huán)境污染、氣候變暖等重大危機中的關鍵作用，介紹了光催化的基本原理、相關材料和最新進展。通過這些內容，極大地提高了同學們對物理化學重要性的認識，讓學生體會到一個關系人類和地球前途命運的物理化學。

(3)界面現象、膠體化學部分。從開爾文公式入手，著重講解了納米科技的概念、起源和最新進展，以經典案例介紹了納米科學作為當今世界重大科研領域對人類未來可能的貢獻，并將最新進展與界面現象緊密關聯。介紹了溶液中膠體特征與廢水處理技術的關聯，介紹了固體顆粒特征與當前廣受關注的大氣霧霾成因、治理方案等的關聯。通過這些內容，讓同學們深切感受到， 物理化學和科技前沿緊密相連，與自己學校的優(yōu)勢積淀密切相關， 與自己的專業(yè)緊密相關。

(4)科學家的故事。在授課過程中，從相關授課內容延伸，捎帶介紹焦耳、吉布斯、亥姆霍茲、阿倫尼烏茲、朗繆爾等多位知名科學家的故事，介紹科學發(fā)現的過程和重大貢獻，激發(fā)同學們對科學的興趣、對科學家群體的尊敬[6]。

3.5 信息化課程評價體系

信息化教學設計的《物理化學》課程評價見表1。

表1 物理化學課程評價體系

4 課程創(chuàng)新點及實施效果

4.1 課程思政創(chuàng)新

(1)借力信息技術，提升學生的專業(yè)使命感?；ぎa品是醫(yī)用防護、抗菌消毒、治療用品、醫(yī)用活動板房、交通運輸等重要原材料及產品，更是2020年打贏新型冠狀病毒疫情攻堅戰(zhàn)的關鍵物資。本課程借助信息技術跨越時空，給學生在線分享打贏新冠肺炎的幕后戰(zhàn)士們——無數加班加點的化工人，從而提升學生的專業(yè)使命感和自豪感，讓學生們更深刻的感受到，化工不單是為日常生活的衣食住行服務，也為應對國家和世界上的重大突發(fā)事件提供物質基礎。

(2)小組協(xié)同合作，強化學生的責任與擔當。在2020年新型冠狀病毒疫情期間，有人為了金錢不擇手段，生產假冒偽劣的口罩、酒精等等，故結合時局，讓學生成立“打假小分隊”，各個小分隊自己搜集材料，整合信息，應用所學知識揭露這些假貨，并歸納總結質量合格的口罩、酒精等的鑒別方法，做成PPT、微視頻等成果演示給其他同學。通過身體力行的項目完成，培養(yǎng)了學生的批判反思意識，同時也讓學生更好地用專業(yè)知識回饋社會，傳遞正能量。

在項目完成過程中，教師隨時給予指導和幫助，如提供思路、指出問題所在、提供文獻查閱途徑、成果完善意見等，使得小組任務能夠順利進行。

4.2 多樣化的在線交互，提高學生的課堂參與度

(1)來自企業(yè)工程師、往屆畢業(yè)生的視頻鼓勵。請校企合作的企業(yè)工程師、已工作的往屆畢業(yè)生錄制相關視頻，接軌企業(yè)，使學生更有代入感。

(2)作業(yè)互評環(huán)節(jié)。學生的學習效果如何呢？這個信息其實同學之間也是想知道的。一方面，榜樣的力量是無窮的，另一方面，被點到名的同學將更加努力。所以本課程把學生好的作業(yè)、好的討論、好的解決方案、好的提問等，在課堂上展示出來。這樣形成隱形 PK 環(huán)境、給予學生成就感、最終達到協(xié)同向前。

(3)師生互動。引導學生進行探索式學習，講解疑難問題時，學生先將自己推導或解題過程拍照上傳至QQ群，教師分享到大屏幕，同學們一起發(fā)彈幕探討，再由教師總結歸納。

(4)趣味視頻引入課堂，激發(fā)學生的學習熱情。課堂內容從生活實例出發(fā)，如，在講表面活性劑這一章時，從深受學生們喜愛的電視劇《延禧攻略》中一根針浮在水面上的鏡頭著手，再講紅酒的掛杯現象等生活趣例，抓牢學生好奇心，變“被動學習”為“主動學習”。

(5)巧用板書，呈現教師思維過程。添加手寫板書拍照上傳至優(yōu)慕課環(huán)節(jié)，學生可以直接保存圖片，節(jié)約做筆記的時間。

(6)知識點小卡片。教師為每節(jié)課制作知識點卡片，再拍照上傳至QQ群，便于學生自行繪制思維導圖。

(7)電子獎狀。在課程階段性總結后，來點兒儀式感——頒發(fā)電子獎狀，樹立了榜樣、點燃了課堂。

4.3 “信息化”教學實施效果

通過分析學生問卷調查，學生對課程的滿意度較高，但有部分學生認為加重了學習負擔。本課程對石化19023班全班43名學生進行問卷調查，通過分析問卷調查的數據，發(fā)現學生對于趣味視頻和在線討論這兩個教學活動滿意度較高，學生認為通過這兩個教學活動能夠激發(fā)學習興趣，使課程不再是單純的理論講解。

此外，本課程在線教學模式得到了88%的學生肯定，認為能夠更為全面地培養(yǎng)學生的綜合素質。但同時 28%的學生認為加重了課業(yè)負擔，7%的學生保持中立。考慮今后進一步凝練更為精準的小測試、適當減少作業(yè)量，做到少而精。