《物理化學(xué)》課程教學(xué)模式改革的思考

□付秋平 婁 杰 嚴(yán) 偉

《物理化學(xué)》是化學(xué)學(xué)科的理論基礎(chǔ)，常被稱為“理論化學(xué)”，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究等都有很大的理論指導(dǎo)價(jià)值[1]。《物理化學(xué)》課程的理論性比較強(qiáng)，要求學(xué)生掌握的理論知識(shí)抽象、繁瑣、公式多且復(fù)雜[2]。學(xué)生對(duì)于該課程中抽象的概念沒有感性認(rèn)識(shí)會(huì)給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來一些困難，容易導(dǎo)致學(xué)生對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生一定的畏難情緒。此外，《物理化學(xué)》課程內(nèi)容的理論性比較強(qiáng)，常會(huì)給學(xué)生一種不實(shí)用的錯(cuò)覺，這種錯(cuò)覺會(huì)直接導(dǎo)致學(xué)生對(duì)該課程缺乏學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。因此，學(xué)生對(duì)該課程的認(rèn)知程度不足也會(huì)影響其對(duì)該課程的學(xué)習(xí)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(jìn)，智慧校園、智慧課堂建設(shè)發(fā)展迅速，電子白板、多媒體課件、教學(xué)視頻等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)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(xué)改革繼續(xù)推進(jìn)，特別是教學(xué)形式和教學(xué)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(shí)代的新興技術(shù)，可以更好地幫助學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。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(dǎo)學(xué)生努力學(xué)習(xí)。

一、《物理化學(xué)》課程特點(diǎn)以及存在的問題

(一)《物理化學(xué)》課程內(nèi)容豐富且公式繁多。《物理化學(xué)》是化學(xué)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，在化學(xué)專業(yè)的學(xué)習(xí)中具有重要作用，而且材料科學(xué)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(xué)》課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)。《物理化學(xué)》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(dǎo)[5]。抽象的理論和復(fù)雜的公式推導(dǎo)會(huì)使對(duì)抽象的理論無感性認(rèn)識(shí)和高等數(shù)學(xué)較差的學(xué)生對(duì)這門課程失去學(xué)習(xí)興趣。因此，在學(xué)習(xí)過程中需要學(xué)生具有較強(qiáng)的邏輯思維和解決問題的能力以及較好的高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

(二)傳統(tǒng)教學(xué)方式存在的問題。《物理化學(xué)》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(xué)模式仍然是以灌輸式教學(xué)模式為主，即“教師講授、學(xué)生聆聽”。如果教師按照教材照本宣科開展課堂教學(xué)，學(xué)生在整個(gè)過程中處于一個(gè)被動(dòng)接受的狀態(tài)，學(xué)生對(duì)于課堂會(huì)缺乏參與感。這種教學(xué)模式，教師可能是講得很精彩，但學(xué)生不一定學(xué)得好。因?yàn)檫@種教學(xué)模式會(huì)導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性不夠，缺乏對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考的引導(dǎo)，減弱學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)效率。最后可能導(dǎo)致學(xué)生感覺《物理化學(xué)》課程內(nèi)容枯燥乏味，學(xué)習(xí)興趣下降，容易被手機(jī)上富有娛樂性的游戲、短視頻等所吸引，造成課堂上學(xué)生抬頭率低的情況[6]。另外，高年級(jí)的學(xué)生在跟低年級(jí)的學(xué)生交流的過程中，經(jīng)常會(huì)傳遞《物理化學(xué)》課程難學(xué)的信息。這些情況疊加在一起，最終導(dǎo)致學(xué)生對(duì)于課程的興趣和積極性進(jìn)一步降低，甚至產(chǎn)生厭學(xué)和畏懼情緒。

二、《物理化學(xué)》課程教學(xué)改革的必要性

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，很多行業(yè)都隨著信息技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)行了一些改革以適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境。同樣的，高校也在快速推進(jìn)教學(xué)和課程改革。在當(dāng)前信息技術(shù)快速發(fā)展的浪潮中，人們可以隨時(shí)隨地搜索獲取所需信息和知識(shí)，極大方便了日常生產(chǎn)、生活[7]。大家隨身攜帶的手機(jī)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(luò)時(shí)代嚴(yán)重影響學(xué)生學(xué)習(xí)的因素，導(dǎo)致一些學(xué)生在課堂上成為低頭族，給現(xiàn)今的課堂教學(xué)帶來了很大的挑戰(zhàn)，也是導(dǎo)致傳統(tǒng)課堂教學(xué)無法滿足現(xiàn)今學(xué)生學(xué)習(xí)需求的重要原因之一。當(dāng)然，大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)高校教學(xué)的影響與它對(duì)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(luò)學(xué)習(xí)資料，學(xué)生可以輕松獲取這些學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)的教學(xué)平臺(tái)，里面擁有很多優(yōu)秀教師講授的《物理化學(xué)》教學(xué)視頻[9]。由于專業(yè)側(cè)重點(diǎn)的不同，不同教師講授的側(cè)重點(diǎn)也不相同。教師可以自己錄制教學(xué)視頻，上傳到系統(tǒng)上。同樣的，學(xué)生也可根據(jù)自己的需要來選擇適合自己的教學(xué)視頻，拓寬自己的知識(shí)面。另一方面，教師利用好大數(shù)據(jù)，能更好地了解學(xué)生在《物理化學(xué)》課程學(xué)習(xí)中的疑難點(diǎn)和學(xué)生的薄弱點(diǎn)，有助于教師及時(shí)地、有針對(duì)性地調(diào)整教學(xué)方案，提升教學(xué)質(zhì)量。因此，在當(dāng)前這樣的大數(shù)據(jù)時(shí)代，利用好網(wǎng)絡(luò)上豐富的教學(xué)資源和大數(shù)據(jù)對(duì)《物理化學(xué)》課程教學(xué)模式進(jìn)行改革，有效提高教學(xué)質(zhì)量是非常必要的。

三、《物理化學(xué)》課程教學(xué)模式改革的措施

(一)利用豐富的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源引導(dǎo)學(xué)生做好課前預(yù)習(xí)。大學(xué)生有大量的課余時(shí)間，怎么樣才能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，怎么樣才能引導(dǎo)學(xué)生充分利用好課余時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，使他們變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，這是當(dāng)前要解決的首要問題，也是現(xiàn)在教學(xué)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(shí)代的到來，各種教學(xué)平臺(tái)的相繼出現(xiàn)，極大豐富了教師的教學(xué)方式和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，教師和學(xué)生上課也不再局限于教室。教師可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)上豐富的教學(xué)資源進(jìn)行收集、整理，也可以自己錄制教學(xué)視頻，然后將這些視頻教學(xué)資源提供給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生將這些視頻教學(xué)資源和教材相結(jié)合進(jìn)行課前預(yù)習(xí)。同時(shí)，教師還可以在教學(xué)平臺(tái)上提前發(fā)布一些引導(dǎo)性問題和預(yù)習(xí)測試題供學(xué)生預(yù)習(xí)時(shí)完成，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題進(jìn)行預(yù)習(xí)，在預(yù)習(xí)后完成相應(yīng)的預(yù)習(xí)測驗(yàn)。利用教學(xué)平臺(tái)批閱學(xué)生完成的預(yù)習(xí)測試題，并對(duì)學(xué)生的答題情況進(jìn)行匯總、分析，更好地掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)效果。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生在預(yù)習(xí)平臺(tái)上對(duì)預(yù)習(xí)過程中遇到的難點(diǎn)問題進(jìn)行留言。有助于教師在上課前了解學(xué)生的預(yù)習(xí)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(yàn)開展教學(xué)，還能很好地解決學(xué)生的問題。

(二)進(jìn)一步完善課后評(píng)價(jià)機(jī)制。課后評(píng)價(jià)是教學(xué)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它不僅可以檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)效果，還可以反映出教師的課堂教學(xué)效果。但是在教學(xué)過程中非常重要的課后評(píng)價(jià)常被教師和學(xué)生忽視。教師一般是通過批改課后布置的作業(yè)來測驗(yàn)學(xué)生對(duì)課堂授課內(nèi)容的掌握情況。對(duì)于《物理化學(xué)》課程，教師很多時(shí)候布置的作業(yè)以計(jì)算題為主，但是通過計(jì)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(duì)這個(gè)班上學(xué)生掌握情況的一個(gè)整體印象，缺少詳實(shí)的數(shù)據(jù)參考。在當(dāng)今這樣一個(gè)大數(shù)據(jù)時(shí)代，教師可以通過學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)布課后測驗(yàn)，測驗(yàn)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(yàn)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(xué)平臺(tái)可以自動(dòng)完成批改并對(duì)學(xué)生的答題情況進(jìn)行匯總、分析，形成一個(gè)數(shù)據(jù)詳實(shí)的批改報(bào)告。教師可以通過教學(xué)平臺(tái)生成的批改報(bào)告，及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，如對(duì)概念的理解情況、知識(shí)的掌握程度和公式的運(yùn)用情況，從而幫助教師反思課堂教學(xué)過程中的一些不足之處，及時(shí)改進(jìn)教學(xué)方法，甚至對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整。通過對(duì)測驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，可以幫助教師及時(shí)了解學(xué)生在上一節(jié)課學(xué)習(xí)中的薄弱環(huán)節(jié)，以便于教師在下一堂課上對(duì)上一節(jié)課的內(nèi)容、知識(shí)點(diǎn)有針對(duì)性地、有側(cè)重點(diǎn)地進(jìn)行回顧，幫助學(xué)生解決上一節(jié)課在學(xué)習(xí)上存在的問題。整個(gè)的教學(xué)過程可用流程圖1來簡要描述。

圖1 教學(xué)過程簡圖

此外，教師還可以通過平臺(tái)獲得每個(gè)學(xué)生對(duì)課前預(yù)習(xí)作業(yè)和課后作業(yè)完成情況的詳細(xì)數(shù)據(jù)(包括是否及時(shí)完成和正確率等信息)，以及學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中或者在課后復(fù)習(xí)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(xué)生平時(shí)成績的給分依據(jù)。充分利用好平臺(tái)的各種功能來調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)《物理化學(xué)》課程的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。

(三)改革教學(xué)方式。在日常教學(xué)中，教師經(jīng)常會(huì)將教學(xué)內(nèi)容與日常生活中的現(xiàn)象相結(jié)合引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。比如，冬天出現(xiàn)凝凍天氣，道路結(jié)冰，需要對(duì)道路進(jìn)行撒鹽處理來實(shí)現(xiàn)防滑的目的。教師可以利用《物理化學(xué)》課程中溶液凝固點(diǎn)降低來解釋撒鹽這種行為的作用。但是并不是《物理化學(xué)》課程中所有的知識(shí)點(diǎn)都可以很好地與日常生活中的一些現(xiàn)象聯(lián)系起來。《物理化學(xué)》被稱為化學(xué)學(xué)科的理論基礎(chǔ)，且與很多專業(yè)密切相關(guān)。可以將它與教師的科研課題聯(lián)系起來，鼓勵(lì)學(xué)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(xué)。比如，在開展吸附相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，往往會(huì)采用等溫吸附模型、吸附動(dòng)力學(xué)模型和吸附熱力學(xué)等對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行等溫吸附模型的擬合分析時(shí)，需要運(yùn)用《物理化學(xué)》課程中的表面物理化學(xué)(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(shí)。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行吸附動(dòng)力學(xué)模型的擬合分析時(shí)，需要運(yùn)用《物理化學(xué)》課程中的化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)(一)(擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)和擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)等)方面的知識(shí)。在進(jìn)行吸附熱力學(xué)研究時(shí)，需要應(yīng)用化學(xué)熱力學(xué)(計(jì)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(xiàn)提供給學(xué)生閱讀，并將授課班級(jí)的學(xué)生分成若干小組，讓學(xué)生以小組為單位，利用所學(xué)知識(shí)，結(jié)合豐富的網(wǎng)絡(luò)資源對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行討論、分析，考查學(xué)生能否靈活運(yùn)用所學(xué)《物理化學(xué)》課程中的相關(guān)知識(shí)開展相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析工作。這樣既可以考查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握程度和靈活運(yùn)用情況，也可以讓學(xué)生了解所學(xué)課程的應(yīng)用價(jià)值，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)《物理化學(xué)》課程的學(xué)習(xí)興趣。另外，小組成員需要結(jié)合所學(xué)知識(shí)、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(wù)。這樣的教學(xué)方式還有助于學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)和協(xié)作能力的培養(yǎng)。

四、結(jié)語

大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，為當(dāng)前的高校化學(xué)教學(xué)帶來了很多的便利性，學(xué)生能夠輕松、方便地了解更多《物理化學(xué)》課程相關(guān)的知識(shí)，也豐富了《物理化學(xué)》課程的課堂教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)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(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的難點(diǎn)，更好地促進(jìn)教師及時(shí)做出相應(yīng)的教學(xué)改革。這種針對(duì)性的改革有利于學(xué)生增強(qiáng)學(xué)習(xí)自信心和學(xué)習(xí)興趣。大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，使教師能更加全面地對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況做出評(píng)價(jià)，有效推動(dòng)《物理化學(xué)》課程教學(xué)模式改革。鼓勵(lì)學(xué)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(xué)》課程之間的聯(lián)系更好地激發(fā)學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣。