基于“兩性一度”的消防專業化學教學案例設計*

高洪澤，王 勇，王維民

(1 中國人民警察大學偵查學院，河北 廊坊 065000；2 中國人民警察大學研究生院，河北 廊坊 065000；3 中國人民警察大學移民管理學院，河北 廊坊 065000)

2018年6月教育部部長陳寶生指出：要提高大學生的學業挑戰度，合理增加大學本科課程難度、拓展課程深度，擴大課程的可選擇性，激發學生的學習動力和專業志趣，真正把“水課”變成有深度、有難度，有挑戰度的“金課”。 據此，教育部高等教育司司長吳巖在第十一屆“中國大學教學論壇”上明確了“金課”的評價標準為“兩性一度”，即高階性、創新性、挑戰度[1]。從此對“金課”研究的熱點和重點也主要集中在了它的內涵、建設路徑、必要性和時代意義上，由于缺乏必要的學理支撐和理論指導而浮于表面，淪為了口號[2]。鑒于以往在消防專業化學教學過程中，尤其在學習熱力學基本概念過程中出現的學生學習興趣低、主動性和積極性不高、學習效果差的情況，同時也為了探索“金課建設”的有效教學策略，結合“金課”標準，按照兩性一度的要求，結合消防實際，精心設計了化學熱力學基本概念和定律的教學“案例”，以便提高學生的學習效率和學習興趣。并不斷進行實踐、嘗試和修正，以期拋磚引玉。

1 案例設計依據

1.1 基于高階性思維的案例引入

所謂“高階性”，就是知識、能力、素質的有機融合，培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維。[1]大學的培養目標就是讓學生具備高階能力，把高階思維認知作為教學目標定位與課程教學有機整合，是培養學生高階能力的有效路徑[2]。目前大多數研究者認為本杰明·布魯姆(Benjamin Bloom)等人提出的認知目標分類學說可以對高階思維教學進行有效的指導[3]。發展了的布魯姆分類法的六個層級(記憶(remember)、理解(understand)、應用(apply)、分析(analyze、評價(evaluate)、創造(create))中的分析、評價和創造被稱為高階思維，引導學生運用這些層次的認知開展有意義的建構學習就是高階學習[4]。

高階性的關鍵在于培養學生的高階能力。學習在傳統課堂中主要體現為以教師講授和學生被動接受為主的低階學習，忽視了高階學習[5]。高階教學模式是建立在建構主義基礎上的，以學習者為中心的學習，學生是信息加工的主體，教師成為意義建構的促進者、引導者和學習支架的搭建者[2]。我們試圖從高階性入手進行案例設計和引入，運用真實案例(結合真實場景)、引導學生進行合作和探究性學習等教學模式，使學生主動學習并主動進行信息加工，成為學習的中心，從而培養和發展學生的高階思維能力。

1.2 創新性-小組化和探究式學習

所謂“創新性”，是指課程內容反映前沿性和時代性，教學形式呈現先進性和互動性，學習結果具有探索性和個性化[1]。“金課”的創新性一是必須明確要解決的問題(問題導向)；二是要圍繞課程要素開展變革[2]。就是要針對課程的目標(定位準確、目標明確)、內容(體現前沿性和時代性，創新課程內容的形式)、方法、路徑、評價進行結構性的革新和創造。在方法和路徑上要從根本上改變師生角色和課堂教學模式，實質就是教師引導與學生自主建構的有機結合與統一。學生必須改變被動接受知識并充分發揮主觀能動性參與到學習中；教師要通過師生角色重建，進行有效引導，實現有效的雙動(師生互動、生生互動)，實現師生“教、學”相長和彼此成就。我們在案例引入后，主要集中在方法和路徑上的探索，組織學生開展小組化學習和探討，制定出明確的需要解決的問題和需要掌握的知識要點等供學生及小組進行學習和探究。

1.3 挑戰度-融合深度學習

所謂“挑戰度”，是指課程一定要有一定難度，需要學生和老師一起，跳一跳才能夠得著，老師要認真花時間花精力花情感備課講課，學生課上課下要有較多的學習時間和思考做保障[1]。高挑戰度的課程強調更有效的反思和更高的認知目標層次、更強的學習動機和更多的學習投入、真實情境和基于問題(項目)的學習。實現課程挑戰度的關鍵是促進深度學習[2]。與之相對應的淺層學習對新知識的學習則是死記硬背、學習動機是外部的、被動和消極的、學習的主要目標是分數；促進淺層學習的有效手段則是考試。總的來說淺層學習是基于低階思維的學習，也是缺乏挑戰度的，很難促進學生的深度理解、高階思維和批判精神的培養。深度學習是離不開淺層學習的，要在淺層學習的基礎上促進深度學習，因此不是放棄淺層學習，而是要對淺層學習做有針對性地調整。研究認為促進深度學習的合作學習活動一般包括創設問題情境、個體自主探究、組內討論、組間交流、師生總結評價五個階段[2]。我們的案例正是基于真實情境和現實設計問題任務，通過小組化學習，使學生增加投入，引導學生在新舊知識之間建立聯接，實現學生主動、協作并有目的的建構新知識，進而成為教學活動的主體；嘗試跨學科、跨教材和跨課堂分析問題，同時強調小組成員之間的合作，在交流碰撞中促進對新知識的加工和分析應用。

2 案例設計

2.1 案例引入

首先我們將要講授和學習的內容轉化為學生要解決的問題，為學生創建結構化的學習任務。消防實踐中一個非常現實和經常遇到的問題就是一個火災現場的能有多熱呢？用專業的話來說，就是一個火場的最高火焰溫度能達到多高呢？而這恰恰是可以通過熱力學的知識和定律能夠解決的。從這入手可以很好地激發學生的學習興趣。拋出這個問題，學生馬上就會覺得這門課程(相關知識)離消防太近了，是一定要好好學習并要學好的。但要解決這個問題，必須深入分析(鍛煉和培養學生的高階性思維)，必須找到解決這問題的關鍵著力點，在復習舊知識的基礎上和學生分析探究引發出相應的條件：①最高溫度意味著能量沒有損失，火場所產生能量全部用來升高溫度，也就是說理論上發生在絕熱條件下(Q=0)；②火災的發生一般暴露在大氣環境中，也就是說另一個條件是發生在等壓條件(同時要和學生明確化學反應在確定始態下的最高火焰溫度是一種理論值，反應實際進行時因熱損失等原因常導致所能達到的實際溫度要比理論值低)。具體如圖1所示。有了方向如何實現呢？學生已經躍躍欲試了，大腦已經開始了頭腦風暴，趁熱打鐵，開始布置第二階段的學習任務和小組劃分。

圖1 案例綜合分析及實現導圖

2.2 小組合作、基本概念、原理和定律學習深化

這個階段是由高階學習轉換到低階學習過程(以知識的記憶和理解為目標)，中間也不時設計穿插具有高階性和挑戰度的學習。這種轉換極地大激發了學生的學習興趣和探索意愿，為了解決最終問題，學生并不會感到枯燥，伴隨著的是強烈的求知欲。我們的教學模式自然而然地發生了變化，認知與學習發展的階段性一般應該是由低階學習向高階學習發展，而我們恰恰反過來進行設計，運用高階性思維刺激學生主動地進行低階性學習，這也是我們此案例設計的關鍵之處。小組劃分好后，布置學生分組學習，合作和自主探究，此時需要為學生提供學習支架及大致學習順序。也就是說要想解決前面分析出的問題，是需要很多熱力學基礎知識和一些定律的，整個的順序和邏輯就是反應熱→重要熱力學函數→反應熱與熱力學函數關系→如何利用這些熱力學數據→Hess定律等。任務細化(支架)為：什么是化學反應熱效應？化學反應熱效應的類型和表示方法？什么是焓？化學反應熱效應和熱力學函數內能變及焓變是什么關系，成立的前提條件是什么？如何表示化學反應的熱效應？反應焓變與標準摩爾生成焓和標準摩爾燃燒焓之間存在怎么樣的關系，這種關系的依據是什么？環環相扣，鼓勵小組成員在自主學習的基礎上碰撞觀點，互相質疑，補充、修正并加深每個學生對各個問題的理解，成員間不斷反思和加工。圖1中所示的各種概念和關系隨著學習的深入也就不斷完善和呈現，學生的成就感也會不斷增強。要求每個小組就前面的問題在最后給出總結，包括涉及到的基礎知識、基本定律及一些物理量之間的關系。最后課堂共同討論，引申和分析出要解決一開始提出的問題，一個重要的具有挑戰度的關聯或結論就是Qp=△H(Qv=△U)。持續深化挖掘，由于焓屬于狀態函數，根據狀態函數的特點，我們就可以設計便于進行計算的路徑從而簡潔、高效和科學地解決現實問題。學到這，學生已經開始主動詢問如何利用學到的理論和邏輯解決具體的真實問題了，這為下一步運用學習結果分析解決具體問題埋下了伏筆，也進一步激發了學生的求知欲和進行成果檢驗的行動了。

2.3 學習結果運用

具備了前面的理論知識和解決方法之后，在學生的滿懷期待下，給出課上模擬火場的物料組成：“甲烷(CH4, g)與理論量二倍的空氣混合，始態溫度25 ℃，在常壓(p≈100 kPa)下燃燒，求燃燒產物所能達到的最高溫度。設空氣中氧氣的摩爾分數為0.21，其余為氮氣，所需數據查閱參考書后附錄。”根據前述總結和學習成果，要求每個小組分別給出解題思維導圖，并附上導圖根據，經過分析討論，整個思路如圖2所示。

圖2 實例分析導圖

圖3 求解 思維導圖及過程結果

整個過程需要跨學科、跨教材和跨課堂進行分析。經過這樣的分析整理之后，代入數據，結果很容易的就得到了(這里沒有給出最終計算結果，感興趣的話可以自行計算)。案例的整個過程是要始終保持一種問題驅動感，為解決出現問題就需要學習一個新的知識，環環相扣，學完以后還要繼續學習新的知識，直到把所有需要學生掌握的知識點全部學完后才能最終實現解決問題的目的。要給學生一種知識不是枯燥的、零散的和無用的，知識的結構化積累是培養分析解決問題能力的有效武器。

3 結 語

通過結合消防實際和高階性思維引入案例，進行小組化學習和探究式學習及解決問題過程中不斷融入具有挑戰度的知識與解決問題的方式方法，不斷改進教學模式，從而使學生真正的動起來，練起來和學起來，變被動學為主動學，變要我學為我要學。當然案例的使用也不是一成不變的，根據所面對學生的基礎不同，可適當增加或減少不同環節間銜接的挑戰度的多少來實現教學效果。比如與物理知識的聯接和數學公式的求算根據不同的學生可作出不同的要求。