學(xué)為中心的物理化學(xué)實(shí)驗的教學(xué)改革與實(shí)踐*

侯巧芝，信建豪，吳建麗

(黃河科技學(xué)院醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)院，河南 鄭州 450063)

課程教學(xué)是影響人才培養(yǎng)質(zhì)量的首要因素。教育部發(fā)布新時代高教40條、“六卓越一拔尖”計劃2.0等一系列的教育文件。淘汰“水課”，打造“金課”第一次寫入教高函文件。2018年中國大學(xué)論壇主題為一流課程，論壇中提到課程是體現(xiàn)以學(xué)生發(fā)展為中心理念的“最后一公里”，課程是落實(shí)立德樹人成效根本標(biāo)準(zhǔn)的具體化、操作化和目標(biāo)化，這表明課程教學(xué)的重要性日益凸顯。以學(xué)生學(xué)習(xí)和發(fā)展為中心的教學(xué)理念被普遍認(rèn)為是課程教學(xué)的有效模式[1]。在這樣的教學(xué)背景下，本教學(xué)團(tuán)隊以學(xué)為中心進(jìn)行了物理化學(xué)實(shí)驗翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)改革。

1 學(xué)為中心教學(xué)理念

“學(xué)習(xí)金字塔理論”[2-4]表明傳統(tǒng)的聽講、閱讀、視聽和示范方式兩周之后所學(xué)知識的平均保持率在30%以下，而學(xué)生動手做，小組討論和馬上應(yīng)用教授他人是以學(xué)生為主的團(tuán)隊學(xué)習(xí)、主動學(xué)習(xí)和參與式學(xué)習(xí)方式，學(xué)習(xí)效果平均在50%以上。說明教學(xué)要以學(xué)生為中心改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式。這些結(jié)論為我們教學(xué)團(tuán)隊改革教學(xué)方法，設(shè)計課堂活動提供了明確的理論框架和改革思路。

2 學(xué)為中心教學(xué)實(shí)施

2.1 根據(jù)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模塊化教學(xué)

精選學(xué)習(xí)內(nèi)容，對知識內(nèi)容進(jìn)行解構(gòu)，形成實(shí)驗室安全、數(shù)據(jù)處理、理論知識驗證和綜合技能培養(yǎng)四大知識模塊。對學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)者的知識儲備和學(xué)習(xí)經(jīng)驗不同模塊進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果采用不同的教學(xué)策略。如實(shí)驗室安全模塊，主要內(nèi)容涉及實(shí)驗室基礎(chǔ)應(yīng)急防護(hù)設(shè)施、物理化學(xué)實(shí)驗中的危險源、個人防護(hù)。應(yīng)急防護(hù)措施的學(xué)習(xí)讓同學(xué)們結(jié)合教學(xué)視頻，小組合作學(xué)習(xí)，以小組為單位小組進(jìn)行練習(xí)，學(xué)練結(jié)合，以便需要時能規(guī)范操作和使用；物理化學(xué)實(shí)驗中的危險源部分的學(xué)習(xí)和個人防護(hù)內(nèi)容學(xué)習(xí)是結(jié)合化學(xué)實(shí)驗室火災(zāi)等的具體案例進(jìn)行教學(xué)，通過教師課前推送的相關(guān)案例結(jié)合小組查閱的資料，引發(fā)小組討論，形成實(shí)驗室安全報告，進(jìn)行隨堂測試。在學(xué)習(xí)的過程采用形成性評價，該項內(nèi)容主要對學(xué)生的課堂參與情況、小組報告的書寫、隨堂測試等項目進(jìn)行評價。數(shù)據(jù)處理模塊采用案例教學(xué)、學(xué)練結(jié)合和合作學(xué)習(xí)的教學(xué)策略。主要是基于信息技術(shù)利用軟件作圖，改變以往坐標(biāo)紙作圖帶來的誤差，在學(xué)習(xí)的過程針對不同的作圖要求利用學(xué)校SPOC平臺教學(xué)，學(xué)生根據(jù)自己需要隨時隨地觀看教學(xué)視頻，并完成相應(yīng)的模塊練習(xí)，該模塊主要有兩方面內(nèi)容，一塊是獨(dú)立的，為了便于學(xué)生掌握軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法，另一塊是針對不同實(shí)驗的數(shù)據(jù)處理案例，學(xué)生在理論知識驗證實(shí)驗和綜合技能處理模塊的數(shù)據(jù)處理中需要用到的，因此該部分的評價貫穿物理化學(xué)實(shí)驗的始終，包括隨堂測試、實(shí)驗報告、設(shè)計實(shí)驗、撰寫論文及技能測試。理論知識驗證模塊同樣基于學(xué)校SPOC平臺教學(xué)，采用對分課堂和合作學(xué)習(xí)的方式，學(xué)生課前利用視頻獨(dú)學(xué)，提出疑問點(diǎn)，進(jìn)入課堂后小組對疑問進(jìn)行討論，不能解決的疑問進(jìn)行組間討論，最后都不能解決的由教師解惑后再進(jìn)行小組實(shí)驗。該部分教學(xué)占課程總課時的60%，學(xué)習(xí)的好壞影響后續(xù)綜合技能的提高，因此該部分的評價點(diǎn)較多，包括預(yù)習(xí)報告、小組分享、視頻錄制、隨堂測試、實(shí)驗報告等。綜合技能培養(yǎng)模塊主要包括綜合設(shè)計性實(shí)驗和綜合技能測試兩方面。綜合設(shè)計實(shí)驗采用團(tuán)隊合作學(xué)習(xí)，教師對學(xué)生提出要求，小組查閱資料共同設(shè)計實(shí)驗方案，可行性評價完善后小組協(xié)作進(jìn)行實(shí)驗，完成處理數(shù)據(jù)，撰寫論文，返修論文。該部分評價包括方案的設(shè)計、實(shí)驗過程和論文撰寫等幾方面。綜合設(shè)計性實(shí)驗復(fù)盤后再進(jìn)入綜合技能測試。該模塊是對技能培養(yǎng)的綜合考核，是整個課程模塊中最難的部分，學(xué)生根據(jù)課程學(xué)習(xí)的方法，小組自行選擇課程中某一方面的內(nèi)容查閱文獻(xiàn)資料，完成方案設(shè)計后就進(jìn)入實(shí)驗室自行進(jìn)行實(shí)驗，教師不再對設(shè)計方案的可行性提出修改意見，而是在學(xué)生實(shí)驗過程中對實(shí)驗準(zhǔn)備、實(shí)驗過程等進(jìn)行評價。整個課程的教學(xué)不是一成不變的，會根據(jù)信息反饋適時調(diào)整學(xué)習(xí)目標(biāo)、知識模塊教學(xué)策略和形成性評價等達(dá)到知識的重構(gòu)過程。具體見圖1所示。

圖1 知識模塊的重構(gòu)和考核評價Fig.1 Reconstruction and assessment of knowledge module

2.2 循序漸進(jìn)，選用不同教學(xué)策略

根據(jù)知識模塊的不同結(jié)合物理化學(xué)實(shí)驗課程的特點(diǎn)及學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)經(jīng)驗，采取不同的教學(xué)策略。如理論知識驗證部分采用“四段五步式”教學(xué)，詳情見表1。如“蔗糖水解速率常數(shù)的測定”這一實(shí)驗項目，課前學(xué)生獨(dú)立查找資料，完成實(shí)驗的個體自學(xué)內(nèi)化，這個階段學(xué)生需要完成預(yù)習(xí)報告，明確蔗糖水解速率常數(shù)實(shí)驗?zāi)康?、?shí)驗原理，實(shí)驗要點(diǎn)及需要記錄的數(shù)據(jù)等，尤其要記清楚實(shí)驗項目的疑惑點(diǎn)。進(jìn)入實(shí)驗室后就進(jìn)入課中群體研學(xué)階段，針對蔗糖水解實(shí)驗老師提出以下問題“該實(shí)驗為什么可以用旋光度法進(jìn)行測定，如何測定，要注意哪些關(guān)鍵問題，旋光度法還能用于什么的測定?！睂?shí)驗關(guān)鍵的問題后，展開小組討論，通過組內(nèi)討論解決個體自學(xué)階段的疑問和老師提出的問題，使學(xué)生預(yù)習(xí)中的疑問點(diǎn)進(jìn)行思維火花的碰撞，解決自學(xué)階段沒有明白的低層次問題，凝練小組不能解決的高層次問題。討論結(jié)束小組內(nèi)沒有解決的高層次問題，如”旋光度法還能用于什么的測定“問題有幾組沒有給出，再次在組間展開討論，學(xué)生發(fā)表不同的意見。最后學(xué)生都不能解決的疑惑再由教師進(jìn)行引導(dǎo)。然后進(jìn)入小組探究階段，以小組為單位展開實(shí)驗，實(shí)驗過程中注意繼續(xù)思考討論教師提出的問題。實(shí)驗臨近結(jié)束時，教師和學(xué)生一對一展開課堂對話，即隨機(jī)抽取問題讓學(xué)生闡述問題或操作儀器，考察學(xué)生對實(shí)驗的掌握情況。

表1 “四段五步式”教學(xué)要點(diǎn)Table 1 Teaching points of “four stages and five steps”

綜合技能訓(xùn)練模塊采取小組合作探究的方法。因所用的儀器前面已經(jīng)掌握，先由小組查詢資料討論制定實(shí)驗方案，然后進(jìn)行可行性匯報，其他實(shí)驗組和老師一起評價實(shí)驗的可行性，有問題的提出修改意見。接著由小組成員獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗，期間包括儀器的準(zhǔn)備調(diào)試、數(shù)據(jù)的記錄等。實(shí)驗結(jié)束后小組成員完成數(shù)據(jù)的處理、分析和論文的撰寫工作。最后進(jìn)行實(shí)驗總結(jié)匯報，以實(shí)驗組為單位對數(shù)據(jù)的處理分析情況和論文進(jìn)行自評和互評，教師提出修改意見，以小組為單位完成最后的論文完善提交。數(shù)據(jù)處理和分析方法部分因為學(xué)生知識方面的欠缺，采用實(shí)例法講解，配以相應(yīng)的練習(xí)，最后通過隨堂考核信息反饋考察學(xué)生的掌握情況。

2.3 關(guān)注過程，注重形成性評價

形成性評價是對學(xué)生日常學(xué)習(xí)過程的表現(xiàn)、所取得的成績以及所反映出的情感、態(tài)度等方面的評價，是基于學(xué)習(xí)全過程的持續(xù)觀察、記錄、反思所做出的發(fā)展性評價[5]。學(xué)為中心的教學(xué)關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)成效，注重形成性評價[6]。形成性評價標(biāo)準(zhǔn)體系的制定和考核評價是以學(xué)為中心學(xué)習(xí)效果的優(yōu)劣保證。根據(jù)知識模塊的不同建立不同的形成性評價體系，形成理論知識驗證部分和綜合能力訓(xùn)練部分制訂不同的指標(biāo)體系和評價標(biāo)準(zhǔn)。兩種評價體系均注重課前—課中—課后全過程性考核。驗證性實(shí)驗形成性評價包括課前預(yù)習(xí)、課中小組討論、小組發(fā)言、實(shí)驗過程和課堂對話。綜合能力訓(xùn)練考核評價和標(biāo)準(zhǔn)體系同樣包括實(shí)驗前方案制定、實(shí)驗操作過程和實(shí)驗后數(shù)據(jù)處理論文撰寫。形成性評價目標(biāo)是激勵小組成員的積極性和主動性。同時采用學(xué)生自我評價和組間互評相結(jié)合培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作能力。

2.4 思政融入教學(xué)，注重學(xué)生情感目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

物理化學(xué)實(shí)驗課程在培養(yǎng)學(xué)生知識目標(biāo)和能力目標(biāo)的同時，還注重學(xué)生科學(xué)觀、世界觀和人生觀等情感價值目標(biāo)的培養(yǎng)。以科學(xué)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題為主線，培養(yǎng)學(xué)生探索未知、 追求真理、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、勇于探索的責(zé)任感和質(zhì)疑精神。通過化學(xué)中蘊(yùn)含的哲學(xué)思想、理論相關(guān)社會事件培養(yǎng)學(xué)生樹立科學(xué)的人生觀、世界觀、價值觀和社會主義榮辱觀。

如進(jìn)行“低沸點(diǎn)二元體系相圖的繪制”實(shí)驗時，通過“水的三相點(diǎn)實(shí)驗”測定的視頻，引入我國物理化學(xué)奠基人之一黃子卿先生的故事。黃子卿先生歷經(jīng)一年的時間，通過嚴(yán)格處理水的三相點(diǎn)室，精選三相點(diǎn)室材料并嚴(yán)格清洗；水樣嚴(yán)格純化去CO2等排除各種實(shí)驗的干擾，得到嚴(yán)格的水的單組分系統(tǒng)。精確測定了水的三相點(diǎn)對應(yīng)的溫度為0.0098 ℃，壓力為610.5 Pa。因為測定數(shù)據(jù)精確，該數(shù)據(jù)于1948年成為國際實(shí)用溫標(biāo)。通過該故事潛移默化的培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神，進(jìn)一步通過黃子卿排除困難義無反顧返回祖國，以畢生精力科學(xué)救國的故事激發(fā)學(xué)生的愛國熱情。

3 結(jié) 語

物理化學(xué)實(shí)驗教學(xué)經(jīng)過不斷地迭代改進(jìn)，評價指標(biāo)體系越來越科學(xué)。學(xué)生成績分布更加科學(xué)合理，更趨向正態(tài)分布。學(xué)生滿意度也提高了，調(diào)查結(jié)果表明學(xué)生對上課方式，形成性評價等方面的滿意度達(dá)95%以上。從學(xué)生申報大學(xué)生創(chuàng)新課題和發(fā)表論文看，學(xué)生的綜合技能得到了較大的提升。

總之，教學(xué)改革的實(shí)踐證明要做好以學(xué)為中心的課堂教學(xué)改革，需要圍繞教學(xué)目標(biāo)做好課程的設(shè)計，制定詳細(xì)的評價體系和評價標(biāo)準(zhǔn)，有效組織課堂教學(xué)的實(shí)施。讓學(xué)生開課初明確課程學(xué)習(xí)目標(biāo)、課程的成績等，同時信息技術(shù)助力教學(xué)的實(shí)施和評價。