基于成果導向的物理化學教學改革研究

楊笑春，沈玉龍，張 青

基于成果導向的物理化學教學改革研究

楊笑春，沈玉龍，張 青

（唐山師范學院 化學系，河北 唐山 063000）

以采用熱力學第一定律進行的教學設計為例，以成果導向教育的先進理念作為指導，利用布魯姆分類方法對教學目標進行了分類，最終通過思維導圖對物理化學教學設計進行了改革。

成果導向；布魯姆分類目標；思維導圖；物理化學

作為化學專業的基礎理論課，《物理化學》是研究所有物質體系的化學行為的原理、規律和方法的一門學科[1]。該課程的主要任務是對有關化學變化和與其相關聯的物理變化的各種基本理論和共同規律進行系統的講授。成果導向教育（Outcome-based education, OBE）在美國、英國、加拿大等國家提出并實施，已成為教育改革的主流理念[2]。OBE是指教學設計和教學實施的目標是學生通過教育過程最后所取得的學習成果。許多研究文獻將該類學習成果分為知識、能力和素質三類[3]。成果導向教育遵循的是反向設計原則，其“反向”是相對于傳統教育的“正向”而言的[4]。因此我們先將課程目標分為知識目標、能力目標和素質目標，并采用布魯姆目標分類方法將課程的教學目標進行分類。利用思維導圖對課程進行教學設計，使學生在學習之前了解將要學什么，所學知識點在本章中或是本課程中的位置，清楚通過課程的學習自己應在知識、能力和素質方面有哪些收獲和提高。

1 熱力學第一定律的教學目標

《高等學校化學類專業物理化學相關教學內容與教學要求建議》（以下簡稱《物化建議》）是在《高等學?；瘜W類專業指導性專業規范》《化學類專業教學質量國家標準》和《化學類專業化學理論教學建議內容》的基礎上，參照國內外重要物理化學教材以及教學內容和要求制訂的，同時依據全國科學技術名詞審定委員會規定，對相關術語進行了規范[5]。《物化建議》在對學生能力和素質培養提出了總體要求的同時，還對物理化學各部分的知識點、能力和素質的教學要求提出了具體建議。熱力學部分的學習是學習的重點和難點，很多學生覺得物理化學難學，大多是因為熱力學部分難學。下面以熱力學第一定律為例，在《物化建議》基礎上，采用布魯姆分類目標法，制定第二章熱力學第一定律的教學目標。

當代美國著名的教育家和心理學家、芝加哥大學教授B. S.Bloom博士于1956年主編出版了《教育目標分類學，教育目標的分類法，手冊I：認知領域》。Anderson等人為了將新知識和新思考融入分類體系中，于2001年修訂了布魯姆教育目標分類體系。修訂后的分類框架具有知識和認知過程兩個維度。知識維度包括事實性知識、概念性知識、程序性知識和元認知知識；認知過程維度包括記憶、理解、應用、分析、評價和創造[6]。與布魯姆最初的分類體系相比，修訂后的版本增加了知識維度，有利于教師準確把握教學目標，有效開展教學活動。依據布魯姆分類辦法，熱力學第一定律的學習成果目標在分類表中的情況如表1所示。

表1 學習成果目標在分類表中的位置

從表1可以清晰看出知識維度與認知過程維度之間的關系，教師依據學習成果目標組織教學過程，學生對于要達到的學習成果目標也是一目了然。表1中，目標1：熱力學第一定律和熱力學能的概念；目標2：理解功只在系統與環境之間有能量交換時才有意義，熟知功與熱正負號的取號；目標3：都是狀態函數，以及狀態函數的特性；目標4：首先確定系統、始態及終態和過程，然后計算功、熱量和狀態函數的改變量，若不好計算則根據狀態函數只與始終態有關的原則，設計過程計算，較熟練地應用熱力學第一定律計算理想氣體在等溫、等壓、絕熱等過程中的ΔΔ；目標5：使用熱力學第一定律解釋實際生活中的一些現象。

2 熱力學第一定律對理想氣體的應用的教學設計

利用思維導圖進行教學活動設計，內容包括教學活動對象、時間安排、教學方法、教學資源等信息，如表1所示。然后依據教學目標進行教學設計，并以思維導圖的形式呈現出來，使學生了解教師的教學目的及教學方法（具體如圖1所示）。傳統教學中往往缺少這一環節，很多學生在一門課學完以后也不清楚學習的目的以及知識點之間的聯系，而只是掌握知識點本身，所學內容缺乏系統性，不但不能解釋一些實際現象，也經?；煜恍┕降氖褂脳l件。

圖1 教學活動設計

物理化學一直是學生認為很難學的課程，尤其是熱力學部分更是難上加難，如能在教學前讓學生了解每一節課所學的知識在本章中的地位和作用以及每章的教學在本門課的教學中的位置，使學生帶著目的清楚明白地去學習，教學效果會事半功倍。物理化學教學的重點和難點就是熱力學第一定律和熱力學第二定律，熱力學第一定律的主要內容就是計算各種不同過程的焓變、熱力學能的變化、功、熱。在講完熱力學第一定律對理想氣體的應用后，要求學生必須掌握簡單的物理變化過程的焓變、熱力學能的變化、功、熱的計算。因此選擇這一節內容為例進行教學設計。圖2是使用XMind軟件繪制的思維導圖，分別從知識目標、能力目標和素質目標對學生的學習提出要求，使學生在學習本節內容之前清晰地知道通過學習要達到的具體目標。

圖2 熱力學第一定律對理想氣體的應用教學目標思維導圖

3 教學設計的實施

依據教學目標及《高等學?；瘜W類專業物理化學相關教學內容與教學要求建議》中詳細內容繪制熱力學第一定律對理想氣體的應用知識點框架圖（圖3）。

圖3 熱力學第一定律對理想氣體的應用知識點框架圖

在教授課程內容之前將此圖呈現給學生，使學生學習本節內容之前對整節內容有整體的把握，并要求學生認真聽課和做筆記，課后以思維導圖的形式將具體內容進行充實。此外，在具體教學設計中增加了與部分學生進一步互動的時間，將68人的教學班分成8組，采取自愿原則選取8名成績好、責任心強的學生擔任組長。每周教師負責批閱8位組長的作業，然后任課教師利用兩節課時間講解作業習題及作業中存在的普遍問題，并與組長（組員自愿參加）進行交流，解答各種疑問，并要求每一道題由一位組長在下一節上課前講給全班同學，課下再錄成視頻放在超星網絡教學平臺供全班同學隨時學習。組長們負責批閱本組學生的作業，并把作業的情況面對面地傳達給組員，教師核對無誤后登錄成績。這種方式增加了教師與部分學生之間的聯系，使教師進一步了解學生學習情況，組長們帶著全組成員的問題一起與教師進行交流學習，教師能第一時間了解學生的學習情況，從而調整下一節課的教學內容，在一定程度上實現了“以學生學習為中心”。這種教學方式比較適合物理化學中熱力學第一和第二定律公式多、條件多、難懂、難學章節的教學。

4 教學效果評價

“熱力學第一定律對理想氣體的應用”教學過程中除了采用作業和期末考試的考核方式，增加了超星網絡教學平臺線上習題測試和思維導圖繪制兩種方法考查學生學習效果。超星網絡教學平臺線上測試實驗班是唐山師范學院2016級化本2班（2班），對比班級是2016級化本1班（1班）和2016級應用化學和材料化學合班（合班），參照表1目標設計20道選擇題，對比平行班對本節知識點的掌握情況，1班80分以上29人，占總人數的43.3%，2班80分以上43人，占總人數63.2%，合班80分以上35人，占總人數的48.6%。平行班學生生源素質相同，2016級化學類以統一分數線招生，大學二年級根據學生意愿選擇不同專業，學生整體素質不分上下。新的教學改革方法取得了較好的學習效果，成績優秀的學生比平行班多接近20個百分點。

表2 超星網絡教學平臺習題測試結果統計（單位：人）

5 結論

本文以公式多、條件多、難懂、難學的章節熱力學第一定律對理想氣體的應用講授為例，在《物化建議》基礎上，采用布魯姆分類目標方法，制定第二章熱力學第一定律對理想氣體的應用的教學目標，同時，利用思維導圖對物理化學教學設計進行改革，在傳統的評價方式上增加了超星網絡教學平臺線上習題測試和思維導圖繪制方法完善學習效果評價體系，實踐證明教學效果良好。

[1] 傅獻彩,沈文霞,姚天揚,等.物理化學(第5版)[M].北京:高等教育出版社,2006:3.

[2] 李志義,朱泓,劉志軍,等.用成果導向教育理念引導高等工程教育教學改革[J].高等工程教育研究,2014, 32(2):29-34,70.

[3] 趙川平.重視學生學習成果研究,提升高等工程教育質量[J].中國高教研究,2009,25(7):90-91.

[4] 李志義.解析工程教育專業認證的成果導向理念[J].中國高等教育,2014,50(17):7-10.

[5] 張樹永,侯文華,刁國旺.高等學?；瘜W類專業物理化學相關教學內容與教學要求建議[J].大學化學,2017,32 (2):9-18.

[6] 洛林?W?安德森,戴維?R?克拉思沃爾,彼得?W?艾拉沙恩.蔣小平,張琴美,羅晶晶,譯.學習,教學和評估的分類學:布魯姆教育目標分類學修訂版(第1版)[M].北京:外語教學與研究出版社,2009:4.

Research on the Reform of Physical Chemistry Teaching Orientated by Outcome-Based Education

YANG Xiao-chun, SHEN Yu-long, ZHANG Qing

(Department of Chemistry, Tangshan Normal University, Tangshan 063000, China)

Taking the teaching design of the first law of thermodynamics as an example, under the guide of the advanced concept of Outcome- based education, has classified the teaching objectives via the Bloom classification method, and has finally reformed the teaching design of physical chemistry through the mind map.

outcome- based education; the Bloom classification method; mind map;

O642

A

1009-9115(2019)06-0115-04

10.3969/j.issn.1009-9115.2019.06.027

河北省高等教育教學改革研究與實踐項目（2016GJJG181）

2019-05-24

2019-10-10

楊笑春（1980-），女，遼寧莊河人，碩士，副教授，研究方向為催化化學。

（責任編輯、校對：高俊霞）