任務書預習模式在物理化學實驗中的應用

陳書鴻，蔣德敏，張麗瑩，平巍

(重慶三峽學院環(huán)境與化學工程學院，重慶 404020)

0 引言

實驗前的預習是做好實驗的必備環(huán)節(jié)，是確保實驗教學的順利進行、提高實驗教學質(zhì)量的重要途徑[1-2]。但在傳統(tǒng)教學模式下，實驗預習環(huán)節(jié)常常被忽視，沒有發(fā)揮應有的作用，主要存在以下一些問題[3-8]：(1)學生不重視預習環(huán)節(jié)，簡單抄寫完成預習報告； (2)教師不重視預習環(huán)節(jié)，沒有充分發(fā)揮預習的教學功能；(3)預習的內(nèi)容和形式比較單一，不能激發(fā)學生的學習興趣；(4)實驗預習的考核機制往往流于形式。針對這些弊端，許多老師在化學實驗預習方面作了有益的改革探索，提供了較好的經(jīng)驗參考，例如：周愛菊[4]、丁唯嘉等[6]、闞衛(wèi)秋等[8]、李嬌等[9]從“線上+線下”預習、預設問題、加強預習考核等幾方面進行了改革；楊錦等[10]提出了“學案式”實驗報告，錢建剛等[1]利用網(wǎng)絡技術構建了闖關式預習模式，引導學生預習時自主學習。

“教學有法，教無定法”，為了提高地方本科院校學生的化學實驗素質(zhì)，近年來本課程(物理化學實驗)采用基于OBE理念的PMPR實驗教學模式[11-12]，在教學實踐中總結提出了任務書實驗預習模式。該模式以“預習任務書”為指導性文件，優(yōu)化了實驗預習流程，豐富了預習的內(nèi)容和形式，規(guī)范了預習報告的格式，加強了預習的考核機制。通過教學實踐表明，實現(xiàn)了“以學生為中心”的教學理念，很好地解決了實驗預習中存在的問題，明顯提高了實驗預習的效果。

1 任務書實驗預習模式

1.1 預習流程

為了充分發(fā)揮課前預習的作用，以培養(yǎng)學生的自學能力和獨立思考能力為出發(fā)點，結合“PMPR實驗教學模式”，優(yōu)化了預習的流程，如圖1所示。

圖1 實驗預習模式流程圖

整個流程可以分為四個階段：教師布置預習任務、學生完成預習報告、教師批閱預習報告、課前預習測試。教師提前一周發(fā)布預習任務書并上傳文字、視頻資料到學習通課程平臺，學生在實驗前一天上交預習報告，教師在實驗前完成批閱，并在上課前利用學習通平臺進行知識小測驗。在預習過程中，老師學生主要通過QQ、微信進行交流或答疑解惑。

1.2 預習任務書的主要內(nèi)容

預習任務書主要目的是：確定學生的學習目標，引導學生自學，明確預習的內(nèi)容，規(guī)范預習報告的格式。以“催化劑對蔗糖水解速率常數(shù)的影響”實驗為例，預習任務書的內(nèi)容主要有以下6個方面。

1.2.1 實驗項目的課程目標

基于OBE理念，根據(jù)畢業(yè)要求能力指標點確定了物理化學實驗課程目標，并建立了關聯(lián)度矩陣。在此基礎上，結合實驗項目進一步細化課程目標，讓教學目標更具有操作性、評價性，使學生的學習任務更加清楚具體。

1.2.2 相關背景知識

主要目的是讓學生了解實驗的理論基礎、相關知識概況等，并適當總結書寫。例如：速率方程、反應級數(shù)、催化作用、化學動力學實驗技術等；化學動力學的建立和發(fā)展。

1.2.3 創(chuàng)設問題情境

假設一個實驗體系：(1)在體積V1濃度C0的蔗糖溶液中加入體積V1濃度C1的鹽酸；(2)在另外一個體積V1濃度C0的蔗糖溶液中加入體積V1濃度C2的鹽酸；等等。

提出問題：(1)蔗糖溶液中加入鹽酸后，是否發(fā)生水解反應？怎樣證明？(2)水解速率是否相同？怎樣證明？(3)水解速率如不相同，與鹽酸濃度有什么關系？

通過以上問題激發(fā)了學生的學習興趣，引導學生自主學習。學生結合所學知識，基本能夠知道：需要通過實驗測量出不同鹽酸濃度時蔗糖的水解速率常數(shù)，就能回答這些問題。關鍵是：怎么樣測量速率常數(shù)？因此順理成章，引導學生對“實驗方法”進行自學總結。

1.2.4 總結實驗方法

要求學生根據(jù)現(xiàn)有資料，總結蔗糖水解速率常數(shù)的測量方法，并闡述方法的原理，總結各種方法的特點，對比分析相關方法的操作要點。實驗方法有：毛細管電泳法[13]、分光光度法[14]、旋光法[14]、量熱法[15]。這個要求改變了學生一味抄寫教材的習慣，對學生的文獻閱讀和總結能力有很好的提升作用。

結合實際情況，提示學生：擬用實驗方法為實驗指導書上的方法。

1.2.5 設計實驗流程

雖然實驗教材都會列出詳細的操作步驟，但學生實驗“照方抓藥”的現(xiàn)象仍然突出，主要原因是學生“胸無成竹”，記不清楚每一步的操作環(huán)節(jié)。因此要求學生根據(jù)操作步驟提取“關鍵詞”，設計出實驗流程方框圖(如圖2所示)，然后根據(jù)參考資料書寫較為詳細的實驗步驟。這樣能夠幫助學生更好地掌握實驗操作步驟，減少“照方抓藥”的現(xiàn)象，實現(xiàn)“增負增效”的教學效果。

圖2 實驗流程圖

1.2.6 實驗思考題

從實驗原理、實驗方法、實驗操作、數(shù)據(jù)處理等幾個方面有針對性地提出一些思考題，根據(jù)難易程度和邏輯順序，分為“預習思考題、課堂討論題、實驗后思考題”，將思考題的應用貫穿于課前、課中、課后。

預習思考題難度較低，以提示實驗內(nèi)容的重點和實驗方案的關鍵，主要作用是拓展學生的知識面和考查學生對知識的理解程度。課堂討論題有一定難度，旨在培養(yǎng)學生獨立思考能力，要求學生在預習過程中查閱資料分析總結，在實驗課堂中進行討論。例如：蔗糖水解是吸熱還是放熱，有何依據(jù)？課后思考題的目的是指導學生分析討論實驗結果，檢驗學生對實驗的掌握程度。又例如，蔗糖水解反應的混合器有錐形瓶、Y型試管等，分析比較它們的優(yōu)缺點。

2 實驗預習的考核評價

2.1 預習報告的考核

為了實現(xiàn)學生培養(yǎng)目標及課程的教學目標，合理地進行成績評定非常重要，可以激勵和督促學生重視實驗、認真對待每個實驗環(huán)節(jié)[16]。近年來本課程按照“預習報告20%、課前測驗10%、實驗操作20%、實驗數(shù)據(jù)20%、實驗報告30%”評定平時成績。實驗預習報告的評分標準如表1所示，“預習思考題”和“課堂討論題”均在預習過程中完成，所以合稱為“思考題Ⅰ”。由于“方法總結”“思考題Ⅰ”能較好地培養(yǎng)學生的自學能力、獨立思考能力和語言表達能力，所以設置的權重較大。教師通過預習報告可了解學生對實驗的掌握程度，并對學生預習時出現(xiàn)的共性問題歸納整理，在講解演示時更有針對性，能有效提高課堂教學效率。

表1 實驗預習報告的評分標準

2.2 課前小測驗

為了進一步檢驗學生的預習質(zhì)量，根據(jù)預習的內(nèi)容設計了題庫，由“單選題、多選題”組成，并根據(jù)難易程度設置了不同的分數(shù)。在上課前利用學習通平臺對學生進行測驗，學生在老師的監(jiān)督下獨立完成。學習通平臺即時統(tǒng)計成績，提高了考核評價效率。

3 實施效果的調(diào)查分析

使用問卷星平臺對2019級化學工程與工藝、化學(師范類)專業(yè)學生進行了問卷調(diào)查，回收有效問卷102份。針對“任務書預習模式”設計了4項調(diào)查，調(diào)查結果如圖3所示。

圖3 問卷調(diào)查結果

從圖3可以看出，超過80%的學生認為任務書預習模式對學習有幫助，超過70%的學生能夠主動獨立完成預習報告。大部分學生認為“自學能力、分析能力、總結能力、獨立思考能力、解決問題能力”得到了培養(yǎng)和提高，尤其是“自學能力、分析能力”得到85%以上學生的認同。

從調(diào)查情況來看，絕大多數(shù)學生對任務書預習模式是很贊同的，對實驗教學改革給予了較高的評價。但也有少數(shù)學生的厭學情緒無法轉變，存在敷衍完成實驗預習或者抄襲預習報告的行為。

4 結語

綜上所述，通過幾年的教學實踐表明，任務書實驗預習模式實現(xiàn)了“以學生為中心”的教學理念，有助于提高物理化學實驗教學效果，較好發(fā)揮了“指導性、過程性、啟發(fā)性”作用。通過任務書指導并規(guī)范學生預習，提高了學生的重視程度和學習興趣，擴充了學生的知識面，加深了學生對知識的理解，培養(yǎng)了學生的自學能力、獨立思考能力、綜合分析能力，有利于培養(yǎng)學生良好的實驗素質(zhì)。