《物理化學》課程教學模式改革的思考

□付秋平 婁 杰 嚴 偉

《物理化學》是化學學科的理論基礎，常被稱為“理論化學”，對工業(yè)生產(chǎn)、科學研究等都有很大的理論指導價值[1]?！段锢砘瘜W》課程的理論性比較強，要求學生掌握的理論知識抽象、繁瑣、公式多且復雜[2]。學生對于該課程中抽象的概念沒有感性認識會給學生的學習帶來一些困難，容易導致學生對這門課程的學習產(chǎn)生一定的畏難情緒。此外，《物理化學》課程內(nèi)容的理論性比較強，常會給學生一種不實用的錯覺，這種錯覺會直接導致學生對該課程缺乏學習興趣和動力。因此，學生對該課程的認知程度不足也會影響其對該課程的學習效果。隨著互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的快速發(fā)展，教育信息化得到快速推進，智慧校園、智慧課堂建設發(fā)展迅速，電子白板、多媒體課件、教學視頻等網(wǎng)絡教學資源日益豐富[3]。在大數(shù)據(jù)的背景下，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的教學改革繼續(xù)推進，特別是教學形式和教學方法的改革，大數(shù)據(jù)改變教育勢所必然[4]。因此，通過充分利用大數(shù)據(jù)時代的新興技術(shù)，可以更好地幫助學生進行學習。另外，教師可以利用該課程內(nèi)容與日常生活的聯(lián)系及與科研課題之間的緊密關(guān)系引導學生努力學習。

一、《物理化學》課程特點以及存在的問題

(一)《物理化學》課程內(nèi)容豐富且公式繁多?！段锢砘瘜W》是化學專業(yè)的一門專業(yè)基礎課程，在化學專業(yè)的學習中具有重要作用，而且材料科學與工程、環(huán)境工程、食品工程及制藥工程等專業(yè)都涉及了《物理化學》課程內(nèi)容的學習?！段锢砘瘜W》課程的內(nèi)容非常豐富，且內(nèi)容抽象、公式繁多，有很多的理論、公式需要推導[5]。抽象的理論和復雜的公式推導會使對抽象的理論無感性認識和高等數(shù)學較差的學生對這門課程失去學習興趣。因此，在學習過程中需要學生具有較強的邏輯思維和解決問題的能力以及較好的高等數(shù)學基礎。

(二)傳統(tǒng)教學方式存在的問題。《物理化學》課程的大部分內(nèi)容較為專業(yè)、抽象。該課程目前的主要教學模式仍然是以灌輸式教學模式為主，即“教師講授、學生聆聽”。如果教師按照教材照本宣科開展課堂教學，學生在整個過程中處于一個被動接受的狀態(tài)，學生對于課堂會缺乏參與感。這種教學模式，教師可能是講得很精彩，但學生不一定學得好。因為這種教學模式會導致學生學習的主動性不夠，缺乏對學生自主學習和獨立思考的引導，減弱學習效果和學習效率。最后可能導致學生感覺《物理化學》課程內(nèi)容枯燥乏味，學習興趣下降，容易被手機上富有娛樂性的游戲、短視頻等所吸引，造成課堂上學生抬頭率低的情況[6]。另外，高年級的學生在跟低年級的學生交流的過程中，經(jīng)常會傳遞《物理化學》課程難學的信息。這些情況疊加在一起，最終導致學生對于課程的興趣和積極性進一步降低，甚至產(chǎn)生厭學和畏懼情緒。

二、《物理化學》課程教學改革的必要性

在大數(shù)據(jù)時代，很多行業(yè)都隨著信息技術(shù)的發(fā)展而進行了一些改革以適應當前環(huán)境。同樣的，高校也在快速推進教學和課程改革。在當前信息技術(shù)快速發(fā)展的浪潮中，人們可以隨時隨地搜索獲取所需信息和知識，極大方便了日常生產(chǎn)、生活[7]。大家隨身攜帶的手機里有著各種有趣的小游戲、小視頻，還可以網(wǎng)上購物，這些有趣和誘惑是網(wǎng)絡時代嚴重影響學生學習的因素，導致一些學生在課堂上成為低頭族，給現(xiàn)今的課堂教學帶來了很大的挑戰(zhàn)，也是導致傳統(tǒng)課堂教學無法滿足現(xiàn)今學生學習需求的重要原因之一。當然，大數(shù)據(jù)時代對高校教學的影響與它對其他行業(yè)的影響一樣，也有著有利的方面。比如，互聯(lián)網(wǎng)上存在豐富的網(wǎng)絡學習資料，學生可以輕松獲取這些學習資源[8]。而且，目前在互聯(lián)網(wǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了很多專門用于學習的教學平臺，里面擁有很多優(yōu)秀教師講授的《物理化學》教學視頻[9]。由于專業(yè)側(cè)重點的不同，不同教師講授的側(cè)重點也不相同。教師可以自己錄制教學視頻，上傳到系統(tǒng)上。同樣的，學生也可根據(jù)自己的需要來選擇適合自己的教學視頻，拓寬自己的知識面。另一方面，教師利用好大數(shù)據(jù)，能更好地了解學生在《物理化學》課程學習中的疑難點和學生的薄弱點，有助于教師及時地、有針對性地調(diào)整教學方案，提升教學質(zhì)量。因此，在當前這樣的大數(shù)據(jù)時代，利用好網(wǎng)絡上豐富的教學資源和大數(shù)據(jù)對《物理化學》課程教學模式進行改革，有效提高教學質(zhì)量是非常必要的。

三、《物理化學》課程教學模式改革的措施

(一)利用豐富的網(wǎng)絡教學資源引導學生做好課前預習。大學生有大量的課余時間，怎么樣才能夠激發(fā)學生的學習興趣，怎么樣才能引導學生充分利用好課余時間進行學習，使他們變被動學習為主動學習，這是當前要解決的首要問題，也是現(xiàn)在教學改革的主要努力方向。隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和大數(shù)據(jù)時代的到來，各種教學平臺的相繼出現(xiàn)，極大豐富了教師的教學方式和學生的學習方式，教師和學生上課也不再局限于教室。教師可以對網(wǎng)絡上豐富的教學資源進行收集、整理，也可以自己錄制教學視頻，然后將這些視頻教學資源提供給學生，引導學生將這些視頻教學資源和教材相結(jié)合進行課前預習。同時，教師還可以在教學平臺上提前發(fā)布一些引導性問題和預習測試題供學生預習時完成，引導學生帶著問題進行預習，在預習后完成相應的預習測驗。利用教學平臺批閱學生完成的預習測試題，并對學生的答題情況進行匯總、分析，更好地掌握學生的預習效果。同時，鼓勵學生在預習平臺上對預習過程中遇到的難點問題進行留言。有助于教師在上課前了解學生的預習情況及效果，在課堂上更好地做到有的放矢。這種方式可以避免教師在課堂上憑自己的感覺和經(jīng)驗開展教學，還能很好地解決學生的問題。

(二)進一步完善課后評價機制。課后評價是教學過程中的一個重要環(huán)節(jié)，它不僅可以檢驗學生對課堂教學內(nèi)容的學習效果，還可以反映出教師的課堂教學效果。但是在教學過程中非常重要的課后評價常被教師和學生忽視。教師一般是通過批改課后布置的作業(yè)來測驗學生對課堂授課內(nèi)容的掌握情況。對于《物理化學》課程，教師很多時候布置的作業(yè)以計算題為主，但是通過計算題反饋的信息量是非常有限的。另外，教師批改下來往往也只是對這個班上學生掌握情況的一個整體印象，缺少詳實的數(shù)據(jù)參考。在當今這樣一個大數(shù)據(jù)時代，教師可以通過學習平臺發(fā)布課后測驗，測驗的內(nèi)容可以輕松做到豐富、多樣，覆蓋面廣。不僅可以從測驗內(nèi)容上豐富，如：考查概念的掌握程度、課堂授課內(nèi)容的熟悉程度等，還可以從題型上豐富，如：選擇題、填空題、判斷題等。像選擇題和判斷題，教學平臺可以自動完成批改并對學生的答題情況進行匯總、分析，形成一個數(shù)據(jù)詳實的批改報告。教師可以通過教學平臺生成的批改報告，及時掌握學生的學習情況，如對概念的理解情況、知識的掌握程度和公式的運用情況，從而幫助教師反思課堂教學過程中的一些不足之處，及時改進教學方法，甚至對教學內(nèi)容、教學進度進行調(diào)整。通過對測驗數(shù)據(jù)的分析，可以幫助教師及時了解學生在上一節(jié)課學習中的薄弱環(huán)節(jié)，以便于教師在下一堂課上對上一節(jié)課的內(nèi)容、知識點有針對性地、有側(cè)重點地進行回顧，幫助學生解決上一節(jié)課在學習上存在的問題。整個的教學過程可用流程圖1來簡要描述。

圖1 教學過程簡圖

此外，教師還可以通過平臺獲得每個學生對課前預習作業(yè)和課后作業(yè)完成情況的詳細數(shù)據(jù)(包括是否及時完成和正確率等信息)，以及學生在預習過程中或者在課后復習過程中提出的疑問的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，然后將這些信息用于學生平時成績的給分依據(jù)。充分利用好平臺的各種功能來調(diào)動學生對《物理化學》課程的學習主動性和積極性。

(三)改革教學方式。在日常教學中，教師經(jīng)常會將教學內(nèi)容與日常生活中的現(xiàn)象相結(jié)合引導學生學習。比如，冬天出現(xiàn)凝凍天氣，道路結(jié)冰，需要對道路進行撒鹽處理來實現(xiàn)防滑的目的。教師可以利用《物理化學》課程中溶液凝固點降低來解釋撒鹽這種行為的作用。但是并不是《物理化學》課程中所有的知識點都可以很好地與日常生活中的一些現(xiàn)象聯(lián)系起來?！段锢砘瘜W》被稱為化學學科的理論基礎，且與很多專業(yè)密切相關(guān)?？梢詫⑺c教師的科研課題聯(lián)系起來，鼓勵學生積極參與教師的科研課題研究，更好地做到科研反哺教學。比如，在開展吸附相關(guān)的實驗研究時，往往會采用等溫吸附模型、吸附動力學模型和吸附熱力學等對實驗數(shù)據(jù)進行擬合分析。對實驗數(shù)據(jù)進行等溫吸附模型的擬合分析時，需要運用《物理化學》課程中的表面物理化學(Langmuir等溫式，F(xiàn)reundlich等溫式和BET等溫式等吸附模型)方面的知識。對實驗數(shù)據(jù)進行吸附動力學模型的擬合分析時，需要運用《物理化學》課程中的化學動力學基礎(一)(擬一級動力學和擬二級動力學等)方面的知識。在進行吸附熱力學研究時，需要應用化學熱力學(計算吸附過程中的焓變、熵變和吉布斯自由能變等)等相關(guān)內(nèi)容，討論吸附過程是吸熱的還是放熱的等。教師可以找一些相關(guān)文獻提供給學生閱讀，并將授課班級的學生分成若干小組，讓學生以小組為單位，利用所學知識，結(jié)合豐富的網(wǎng)絡資源對相關(guān)內(nèi)容進行討論、分析，考查學生能否靈活運用所學《物理化學》課程中的相關(guān)知識開展相應的數(shù)據(jù)分析工作。這樣既可以考查學生對所學知識的掌握程度和靈活運用情況，也可以讓學生了解所學課程的應用價值，從而激發(fā)學生對《物理化學》課程的學習興趣。另外，小組成員需要結(jié)合所學知識、查閱相關(guān)資料來幫助自己更好地理解相關(guān)內(nèi)容，而且成員之間要相互討論、相互配合完成教師布置的任務。這樣的教學方式還有助于學生團隊意識和協(xié)作能力的培養(yǎng)。

四、結(jié)語

大數(shù)據(jù)時代的到來，為當前的高校化學教學帶來了很多的便利性，學生能夠輕松、方便地了解更多《物理化學》課程相關(guān)的知識，也豐富了《物理化學》課程的課堂教學內(nèi)容。在教學過程中，通過大數(shù)據(jù)信息收集與數(shù)據(jù)分析更好地了解學生的學習情況，及時發(fā)現(xiàn)學生學習過程中的難點，更好地促進教師及時做出相應的教學改革。這種針對性的改革有利于學生增強學習自信心和學習興趣。大數(shù)據(jù)時代的到來，使教師能更加全面地對學生學習情況做出評價，有效推動《物理化學》課程教學模式改革。鼓勵學生積極參與教師的科研課題，教師利用科研課題與《物理化學》課程之間的聯(lián)系更好地激發(fā)學生對該課程的學習興趣。