基于“兩性一度”的消防專(zhuān)業(yè)化學(xué)教學(xué)案例設(shè)計(jì)*

高洪澤，王 勇，王維民

(1 中國(guó)人民警察大學(xué)偵查學(xué)院，河北 廊坊 065000；2 中國(guó)人民警察大學(xué)研究生院，河北 廊坊 065000；3 中國(guó)人民警察大學(xué)移民管理學(xué)院，河北 廊坊 065000)

2018年6月教育部部長(zhǎng)陳寶生指出：要提高大學(xué)生的學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度，合理增加大學(xué)本科課程難度、拓展課程深度，擴(kuò)大課程的可選擇性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和專(zhuān)業(yè)志趣，真正把“水課”變成有深度、有難度，有挑戰(zhàn)度的“金課”。 據(jù)此，教育部高等教育司司長(zhǎng)吳巖在第十一屆“中國(guó)大學(xué)教學(xué)論壇”上明確了“金課”的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為“兩性一度”，即高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度[1]。從此對(duì)“金課”研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)也主要集中在了它的內(nèi)涵、建設(shè)路徑、必要性和時(shí)代意義上，由于缺乏必要的學(xué)理支撐和理論指導(dǎo)而浮于表面，淪為了口號(hào)[2]。鑒于以往在消防專(zhuān)業(yè)化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，尤其在學(xué)習(xí)熱力學(xué)基本概念過(guò)程中出現(xiàn)的學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低、主動(dòng)性和積極性不高、學(xué)習(xí)效果差的情況，同時(shí)也為了探索“金課建設(shè)”的有效教學(xué)策略，結(jié)合“金課”標(biāo)準(zhǔn)，按照兩性一度的要求，結(jié)合消防實(shí)際，精心設(shè)計(jì)了化學(xué)熱力學(xué)基本概念和定律的教學(xué)“案例”，以便提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)興趣。并不斷進(jìn)行實(shí)踐、嘗試和修正，以期拋磚引玉。

1 案例設(shè)計(jì)依據(jù)

1.1 基于高階性思維的案例引入

所謂“高階性”，就是知識(shí)、能力、素質(zhì)的有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力和高級(jí)思維。[1]大學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)就是讓學(xué)生具備高階能力，把高階思維認(rèn)知作為教學(xué)目標(biāo)定位與課程教學(xué)有機(jī)整合，是培養(yǎng)學(xué)生高階能力的有效路徑[2]。目前大多數(shù)研究者認(rèn)為本杰明·布魯姆(Benjamin Bloom)等人提出的認(rèn)知目標(biāo)分類(lèi)學(xué)說(shuō)可以對(duì)高階思維教學(xué)進(jìn)行有效的指導(dǎo)[3]。發(fā)展了的布魯姆分類(lèi)法的六個(gè)層級(jí)(記憶(remember)、理解(understand)、應(yīng)用(apply)、分析(analyze、評(píng)價(jià)(evaluate)、創(chuàng)造(create))中的分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造被稱(chēng)為高階思維，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用這些層次的認(rèn)知開(kāi)展有意義的建構(gòu)學(xué)習(xí)就是高階學(xué)習(xí)[4]。

高階性的關(guān)鍵在于培養(yǎng)學(xué)生的高階能力。學(xué)習(xí)在傳統(tǒng)課堂中主要體現(xiàn)為以教師講授和學(xué)生被動(dòng)接受為主的低階學(xué)習(xí)，忽視了高階學(xué)習(xí)[5]。高階教學(xué)模式是建立在建構(gòu)主義基礎(chǔ)上的，以學(xué)習(xí)者為中心的學(xué)習(xí)，學(xué)生是信息加工的主體，教師成為意義建構(gòu)的促進(jìn)者、引導(dǎo)者和學(xué)習(xí)支架的搭建者[2]。我們?cè)噲D從高階性入手進(jìn)行案例設(shè)計(jì)和引入，運(yùn)用真實(shí)案例(結(jié)合真實(shí)場(chǎng)景)、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合作和探究性學(xué)習(xí)等教學(xué)模式，使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)并主動(dòng)進(jìn)行信息加工，成為學(xué)習(xí)的中心，從而培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的高階思維能力。

1.2 創(chuàng)新性-小組化和探究式學(xué)習(xí)

所謂“創(chuàng)新性”，是指課程內(nèi)容反映前沿性和時(shí)代性，教學(xué)形式呈現(xiàn)先進(jìn)性和互動(dòng)性，學(xué)習(xí)結(jié)果具有探索性和個(gè)性化[1]。“金課”的創(chuàng)新性一是必須明確要解決的問(wèn)題(問(wèn)題導(dǎo)向)；二是要圍繞課程要素開(kāi)展變革[2]。就是要針對(duì)課程的目標(biāo)(定位準(zhǔn)確、目標(biāo)明確)、內(nèi)容(體現(xiàn)前沿性和時(shí)代性，創(chuàng)新課程內(nèi)容的形式)、方法、路徑、評(píng)價(jià)進(jìn)行結(jié)構(gòu)性的革新和創(chuàng)造。在方法和路徑上要從根本上改變師生角色和課堂教學(xué)模式，實(shí)質(zhì)就是教師引導(dǎo)與學(xué)生自主建構(gòu)的有機(jī)結(jié)合與統(tǒng)一。學(xué)生必須改變被動(dòng)接受知識(shí)并充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性參與到學(xué)習(xí)中；教師要通過(guò)師生角色重建，進(jìn)行有效引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)有效的雙動(dòng)(師生互動(dòng)、生生互動(dòng))，實(shí)現(xiàn)師生“教、學(xué)”相長(zhǎng)和彼此成就。我們?cè)诎咐牒?，主要集中在方法和路徑上的探索，組織學(xué)生開(kāi)展小組化學(xué)習(xí)和探討，制定出明確的需要解決的問(wèn)題和需要掌握的知識(shí)要點(diǎn)等供學(xué)生及小組進(jìn)行學(xué)習(xí)和探究。

1.3 挑戰(zhàn)度-融合深度學(xué)習(xí)

所謂“挑戰(zhàn)度”，是指課程一定要有一定難度，需要學(xué)生和老師一起，跳一跳才能夠得著，老師要認(rèn)真花時(shí)間花精力花情感備課講課，學(xué)生課上課下要有較多的學(xué)習(xí)時(shí)間和思考做保障[1]。高挑戰(zhàn)度的課程強(qiáng)調(diào)更有效的反思和更高的認(rèn)知目標(biāo)層次、更強(qiáng)的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和更多的學(xué)習(xí)投入、真實(shí)情境和基于問(wèn)題(項(xiàng)目)的學(xué)習(xí)。實(shí)現(xiàn)課程挑戰(zhàn)度的關(guān)鍵是促進(jìn)深度學(xué)習(xí)[2]。與之相對(duì)應(yīng)的淺層學(xué)習(xí)對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)則是死記硬背、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)是外部的、被動(dòng)和消極的、學(xué)習(xí)的主要目標(biāo)是分?jǐn)?shù)；促進(jìn)淺層學(xué)習(xí)的有效手段則是考試。總的來(lái)說(shuō)淺層學(xué)習(xí)是基于低階思維的學(xué)習(xí)，也是缺乏挑戰(zhàn)度的，很難促進(jìn)學(xué)生的深度理解、高階思維和批判精神的培養(yǎng)。深度學(xué)習(xí)是離不開(kāi)淺層學(xué)習(xí)的，要在淺層學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上促進(jìn)深度學(xué)習(xí)，因此不是放棄淺層學(xué)習(xí)，而是要對(duì)淺層學(xué)習(xí)做有針對(duì)性地調(diào)整。研究認(rèn)為促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的合作學(xué)習(xí)活動(dòng)一般包括創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境、個(gè)體自主探究、組內(nèi)討論、組間交流、師生總結(jié)評(píng)價(jià)五個(gè)階段[2]。我們的案例正是基于真實(shí)情境和現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)問(wèn)題任務(wù)，通過(guò)小組化學(xué)習(xí)，使學(xué)生增加投入，引導(dǎo)學(xué)生在新舊知識(shí)之間建立聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)學(xué)生主動(dòng)、協(xié)作并有目的的建構(gòu)新知識(shí)，進(jìn)而成為教學(xué)活動(dòng)的主體；嘗試跨學(xué)科、跨教材和跨課堂分析問(wèn)題，同時(shí)強(qiáng)調(diào)小組成員之間的合作，在交流碰撞中促進(jìn)對(duì)新知識(shí)的加工和分析應(yīng)用。

2 案例設(shè)計(jì)

2.1 案例引入

首先我們將要講授和學(xué)習(xí)的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為學(xué)生要解決的問(wèn)題，為學(xué)生創(chuàng)建結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)任務(wù)。消防實(shí)踐中一個(gè)非常現(xiàn)實(shí)和經(jīng)常遇到的問(wèn)題就是一個(gè)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的能有多熱呢？用專(zhuān)業(yè)的話來(lái)說(shuō)，就是一個(gè)火場(chǎng)的最高火焰溫度能達(dá)到多高呢？而這恰恰是可以通過(guò)熱力學(xué)的知識(shí)和定律能夠解決的。從這入手可以很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。拋出這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生馬上就會(huì)覺(jué)得這門(mén)課程(相關(guān)知識(shí))離消防太近了，是一定要好好學(xué)習(xí)并要學(xué)好的。但要解決這個(gè)問(wèn)題，必須深入分析(鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的高階性思維)，必須找到解決這問(wèn)題的關(guān)鍵著力點(diǎn)，在復(fù)習(xí)舊知識(shí)的基礎(chǔ)上和學(xué)生分析探究引發(fā)出相應(yīng)的條件：①最高溫度意味著能量沒(méi)有損失，火場(chǎng)所產(chǎn)生能量全部用來(lái)升高溫度，也就是說(shuō)理論上發(fā)生在絕熱條件下(Q=0)；②火災(zāi)的發(fā)生一般暴露在大氣環(huán)境中，也就是說(shuō)另一個(gè)條件是發(fā)生在等壓條件(同時(shí)要和學(xué)生明確化學(xué)反應(yīng)在確定始態(tài)下的最高火焰溫度是一種理論值，反應(yīng)實(shí)際進(jìn)行時(shí)因熱損失等原因常導(dǎo)致所能達(dá)到的實(shí)際溫度要比理論值低)。具體如圖1所示。有了方向如何實(shí)現(xiàn)呢？學(xué)生已經(jīng)躍躍欲試了，大腦已經(jīng)開(kāi)始了頭腦風(fēng)暴，趁熱打鐵，開(kāi)始布置第二階段的學(xué)習(xí)任務(wù)和小組劃分。

圖1 案例綜合分析及實(shí)現(xiàn)導(dǎo)圖

2.2 小組合作、基本概念、原理和定律學(xué)習(xí)深化

這個(gè)階段是由高階學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換到低階學(xué)習(xí)過(guò)程(以知識(shí)的記憶和理解為目標(biāo))，中間也不時(shí)設(shè)計(jì)穿插具有高階性和挑戰(zhàn)度的學(xué)習(xí)。這種轉(zhuǎn)換極地大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索意愿，為了解決最終問(wèn)題，學(xué)生并不會(huì)感到枯燥，伴隨著的是強(qiáng)烈的求知欲。我們的教學(xué)模式自然而然地發(fā)生了變化，認(rèn)知與學(xué)習(xí)發(fā)展的階段性一般應(yīng)該是由低階學(xué)習(xí)向高階學(xué)習(xí)發(fā)展，而我們恰恰反過(guò)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)用高階性思維刺激學(xué)生主動(dòng)地進(jìn)行低階性學(xué)習(xí)，這也是我們此案例設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之處。小組劃分好后，布置學(xué)生分組學(xué)習(xí)，合作和自主探究，此時(shí)需要為學(xué)生提供學(xué)習(xí)支架及大致學(xué)習(xí)順序。也就是說(shuō)要想解決前面分析出的問(wèn)題，是需要很多熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和一些定律的，整個(gè)的順序和邏輯就是反應(yīng)熱→重要熱力學(xué)函數(shù)→反應(yīng)熱與熱力學(xué)函數(shù)關(guān)系→如何利用這些熱力學(xué)數(shù)據(jù)→Hess定律等。任務(wù)細(xì)化(支架)為：什么是化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)？化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的類(lèi)型和表示方法？什么是焓？化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)和熱力學(xué)函數(shù)內(nèi)能變及焓變是什么關(guān)系，成立的前提條件是什么？如何表示化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)？反應(yīng)焓變與標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓和標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓之間存在怎么樣的關(guān)系，這種關(guān)系的依據(jù)是什么？環(huán)環(huán)相扣，鼓勵(lì)小組成員在自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上碰撞觀點(diǎn)，互相質(zhì)疑，補(bǔ)充、修正并加深每個(gè)學(xué)生對(duì)各個(gè)問(wèn)題的理解，成員間不斷反思和加工。圖1中所示的各種概念和關(guān)系隨著學(xué)習(xí)的深入也就不斷完善和呈現(xiàn)，學(xué)生的成就感也會(huì)不斷增強(qiáng)。要求每個(gè)小組就前面的問(wèn)題在最后給出總結(jié)，包括涉及到的基礎(chǔ)知識(shí)、基本定律及一些物理量之間的關(guān)系。最后課堂共同討論，引申和分析出要解決一開(kāi)始提出的問(wèn)題，一個(gè)重要的具有挑戰(zhàn)度的關(guān)聯(lián)或結(jié)論就是Qp=△H(Qv=△U)。持續(xù)深化挖掘，由于焓屬于狀態(tài)函數(shù)，根據(jù)狀態(tài)函數(shù)的特點(diǎn)，我們就可以設(shè)計(jì)便于進(jìn)行計(jì)算的路徑從而簡(jiǎn)潔、高效和科學(xué)地解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。學(xué)到這，學(xué)生已經(jīng)開(kāi)始主動(dòng)詢問(wèn)如何利用學(xué)到的理論和邏輯解決具體的真實(shí)問(wèn)題了，這為下一步運(yùn)用學(xué)習(xí)結(jié)果分析解決具體問(wèn)題埋下了伏筆，也進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的求知欲和進(jìn)行成果檢驗(yàn)的行動(dòng)了。

2.3 學(xué)習(xí)結(jié)果運(yùn)用

具備了前面的理論知識(shí)和解決方法之后，在學(xué)生的滿懷期待下，給出課上模擬火場(chǎng)的物料組成：“甲烷(CH4, g)與理論量二倍的空氣混合，始態(tài)溫度25 ℃，在常壓(p≈100 kPa)下燃燒，求燃燒產(chǎn)物所能達(dá)到的最高溫度。設(shè)空氣中氧氣的摩爾分?jǐn)?shù)為0.21，其余為氮?dú)?，所需?shù)據(jù)查閱參考書(shū)后附錄?！备鶕?jù)前述總結(jié)和學(xué)習(xí)成果，要求每個(gè)小組分別給出解題思維導(dǎo)圖，并附上導(dǎo)圖根據(jù)，經(jīng)過(guò)分析討論，整個(gè)思路如圖2所示。

圖2 實(shí)例分析導(dǎo)圖

圖3 求解 思維導(dǎo)圖及過(guò)程結(jié)果

整個(gè)過(guò)程需要跨學(xué)科、跨教材和跨課堂進(jìn)行分析。經(jīng)過(guò)這樣的分析整理之后，代入數(shù)據(jù)，結(jié)果很容易的就得到了(這里沒(méi)有給出最終計(jì)算結(jié)果，感興趣的話可以自行計(jì)算)。案例的整個(gè)過(guò)程是要始終保持一種問(wèn)題驅(qū)動(dòng)感，為解決出現(xiàn)問(wèn)題就需要學(xué)習(xí)一個(gè)新的知識(shí)，環(huán)環(huán)相扣，學(xué)完以后還要繼續(xù)學(xué)習(xí)新的知識(shí)，直到把所有需要學(xué)生掌握的知識(shí)點(diǎn)全部學(xué)完后才能最終實(shí)現(xiàn)解決問(wèn)題的目的。要給學(xué)生一種知識(shí)不是枯燥的、零散的和無(wú)用的，知識(shí)的結(jié)構(gòu)化積累是培養(yǎng)分析解決問(wèn)題能力的有效武器。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)結(jié)合消防實(shí)際和高階性思維引入案例，進(jìn)行小組化學(xué)習(xí)和探究式學(xué)習(xí)及解決問(wèn)題過(guò)程中不斷融入具有挑戰(zhàn)度的知識(shí)與解決問(wèn)題的方式方法，不斷改進(jìn)教學(xué)模式，從而使學(xué)生真正的動(dòng)起來(lái)，練起來(lái)和學(xué)起來(lái)，變被動(dòng)學(xué)為主動(dòng)學(xué)，變要我學(xué)為我要學(xué)。當(dāng)然案例的使用也不是一成不變的，根據(jù)所面對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)不同，可適當(dāng)增加或減少不同環(huán)節(jié)間銜接的挑戰(zhàn)度的多少來(lái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果。比如與物理知識(shí)的聯(lián)接和數(shù)學(xué)公式的求算根據(jù)不同的學(xué)生可作出不同的要求。