以學(xué)生為中心的物理化學(xué)課程教學(xué)模式的改革與實(shí)踐*

鄒建新，張鳳春，彭富昌，梁新元

(1.成都工業(yè)學(xué)院，四川 成都 611730；2.攀枝花學(xué)院，四川 攀枝花 617063；3.重慶工商大學(xué)，重慶 400067)

物理化學(xué)課程是高校材料、化工、冶金類理工科的專業(yè)基礎(chǔ)課和必修課，在整個(gè)知識(shí)體系中起著基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性作用，占有極其重要的地位。因此，高校相關(guān)理工科專業(yè)必須要把儲(chǔ)備和掌握物理化學(xué)知識(shí)與技術(shù)作為一項(xiàng)重要任務(wù)，為培養(yǎng)新時(shí)代國家應(yīng)用型技術(shù)人才奠定根基。課程所涉及的基礎(chǔ)知識(shí)較多，公式推導(dǎo)繁瑣，歷來是高校理工科相關(guān)專業(yè)中老師難教、學(xué)生難學(xué)的一門典型課程，卷面不及格率普遍較高，高達(dá)50%是比較常見的，已成為授課教師和學(xué)生的一塊心病。

高校理工科相關(guān)專業(yè)堅(jiān)持“以學(xué)生為中心”的教育理念，許多教師試圖從傳統(tǒng)講授法打開缺口，嘗試翻轉(zhuǎn)課堂、慕課等方法，但教學(xué)成效差異較大。有的教師竭力提升自身講課水平，或增加課時(shí)數(shù)，但忽略了“以學(xué)生為中心”的導(dǎo)向，只注重“教”而輕視了“學(xué)”，結(jié)果也不太理想[1-2]。如何貫徹目標(biāo)導(dǎo)向性O(shè)BE理念，如何落實(shí)“以學(xué)生為中心”新時(shí)代教學(xué)指導(dǎo)思想，如何解決物理化學(xué)課程難的困境，已成為不少教師夢(mèng)寐以求的愿景[3-4]。作者結(jié)合成都工業(yè)學(xué)院等高校實(shí)際，提出了一種“四元三導(dǎo)一對(duì)分”線上線下混合式教學(xué)模式，并在物理化學(xué)課程中進(jìn)行了實(shí)踐，取得了較好成效。

1 “四元三導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式的原理與流程構(gòu)建

“四元三導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式中的“四元”是指講授、獨(dú)學(xué)、討論和答疑等四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，是以時(shí)間為主線的、相互獨(dú)立的不同教學(xué)過程。“三導(dǎo)”是指精講導(dǎo)學(xué)、以案導(dǎo)學(xué)和題庫導(dǎo)學(xué)等三種指導(dǎo)方式，是以學(xué)材為主線的、形式上獨(dú)立的不同學(xué)習(xí)媒介。“一對(duì)分”是指將課堂時(shí)間一分為二，前半部分時(shí)間留給學(xué)生，后半部分時(shí)間用于教師講授，是以課堂時(shí)間掌控權(quán)力為主線的、知識(shí)吸收與知識(shí)輸出相互獨(dú)立的不同時(shí)段。其流程如圖1所示。

圖1 “四元三導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式示意圖

該流程中，第一節(jié)課是學(xué)，第二節(jié)課是教，在整個(gè)大節(jié)課中，實(shí)際上是將先教后學(xué)與先學(xué)后教融合在一起。同時(shí)，也將討論式教學(xué)與講授式教學(xué)進(jìn)行了有機(jī)整合，符合學(xué)生學(xué)習(xí)的心理學(xué)規(guī)律。四元教學(xué)法的講授、獨(dú)學(xué)、討論和答疑等的順序不能更改。教師必須要先講，講完之后學(xué)生才能學(xué)，學(xué)了之后才能反思，反思之后才能帶著反思的結(jié)果參與小組交流，交流之后才可以提煉共性問題，提交給老師，進(jìn)行統(tǒng)一或個(gè)別的答疑解惑。基本原理與詳細(xì)操作流程如下所述。

1)四元教學(xué)法

自班級(jí)授課制開創(chuàng)以來，“教師講授”與“學(xué)生獨(dú)學(xué)”是最經(jīng)典的教學(xué)模式，至今也仍是全世界普遍采用的一種教學(xué)模式，即“二元”教學(xué)法。在“二元”教學(xué)法基礎(chǔ)上融入了討論環(huán)節(jié)的教學(xué)模式，即為“三元”教學(xué)法。國內(nèi)教學(xué)效果較好的老師，通常都采用“三元”教學(xué)法。在私塾或精英教育中，“答疑”容易做到，但在大眾化批量教育中，實(shí)施成本較高，譬如2020年獲得國家教學(xué)特等獎(jiǎng)的四川大學(xué)小班制教學(xué)改革，投入經(jīng)費(fèi)高達(dá)2億元以上，且?guī)熧Y力量十分充足，非一般普通院校的人力、物力、財(cái)力所能承受。

有些教師尤其是高校中的不少教師認(rèn)為，教學(xué)就是講課，講得好，就教得好了，怎么講都行，教無定法，講無定式。疫情倒逼下的線上教學(xué)，暴露了這種認(rèn)識(shí)背后的重大問題：全國高校這么大的群體每天都發(fā)生的教育教學(xué)的社會(huì)活動(dòng)，它的內(nèi)核居然是不夠規(guī)范的，就是怎么講都可以，怎么講都行，沒有辦法評(píng)價(jià)誰講得好，誰講得不好。沒有規(guī)范，那就是不太科學(xué)，不太科學(xué)就不能保證教學(xué)效果。因此，我國的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)尚不夠規(guī)范，無法保證效果，亟需變革，走向規(guī)范性的四元教學(xué)。可以說，“四元”教學(xué)法滿足了“以學(xué)生為中心”的述求，保證了學(xué)生被動(dòng)聽講獲取知識(shí)與主動(dòng)答疑獲取知識(shí)的完整性，是教育教學(xué)現(xiàn)代化的必由之路。

2)三導(dǎo)教學(xué)法

信息化時(shí)代獲取知識(shí)的途徑已完全不同于過去，“以學(xué)生為中心”理念倡導(dǎo)的是教師引導(dǎo)學(xué)習(xí)而非“滿堂灌”授課，“導(dǎo)學(xué)”能力已成為任課教師的基本功。“三導(dǎo)”包括課堂精講導(dǎo)學(xué)、導(dǎo)學(xué)案導(dǎo)學(xué)、題庫導(dǎo)學(xué)等三種。后兩種必需依靠一種信息化教學(xué)云平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)。

“課堂精講”要求教師在熟練掌握教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，只將基本概念、重點(diǎn)、難點(diǎn)以及前后邏輯關(guān)系等內(nèi)容在有限的 45 min 內(nèi)傳授給學(xué)生，克服“滿堂灌”，做到精講留白，以便學(xué)生課后自我探索。事實(shí)上，現(xiàn)在的學(xué)生對(duì)教師的事無巨細(xì)的講解是不歡迎的，認(rèn)為低估了他們的智商。

導(dǎo)學(xué)案的作用在于指導(dǎo)學(xué)生課后獨(dú)學(xué)，向?qū)W生提供一個(gè)自我內(nèi)化時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，讓學(xué)生課后獨(dú)學(xué)時(shí)知道哪些內(nèi)容是重點(diǎn)、哪些內(nèi)容應(yīng)該掌握到何種程度，是大致了解還是深刻理解，是熟記還是認(rèn)識(shí)即可，是會(huì)推導(dǎo)公式還是只記住后會(huì)計(jì)算即可等等。如：“深入領(lǐng)會(huì)自由焓(ΔH)的內(nèi)涵，融入靈魂深處” “會(huì)由標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓熟練地計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的焓變” “知道如何計(jì)算ΔG，牢記ΔG=ΔH-TΔS公式”“記住等壓熱容與溫度的經(jīng)驗(yàn)公式：Cp，m=a+bT+cT2”等。導(dǎo)學(xué)案既是學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容的廣度與深度的標(biāo)準(zhǔn)，也是期末考核的標(biāo)準(zhǔn)。

題庫的作用還向?qū)W生提供了一種獨(dú)學(xué)的有效訓(xùn)練工具。僅靠課后閱讀課本、PPT課件的獨(dú)學(xué)效果通常不如再布置一定量的作業(yè)。題庫是題量擴(kuò)大了多倍的作業(yè)，且?guī)缀鹾w了所有學(xué)習(xí)內(nèi)容，涵蓋了不同深度的內(nèi)容，便于學(xué)生在章節(jié)復(fù)習(xí)、期末復(fù)習(xí)時(shí)開展以問題為導(dǎo)向的探索。如果存在較多類型的題不會(huì)做的情況，那么很難說該學(xué)生已較好地掌握了物理化學(xué)知識(shí)。期末試題、題庫與導(dǎo)學(xué)案三者應(yīng)保持一致性，題庫的題量應(yīng)足夠，才能保證學(xué)生獨(dú)學(xué)的需求。

3)對(duì)分教學(xué)法

“以學(xué)生為中心”的指導(dǎo)思想要求將學(xué)習(xí)主動(dòng)權(quán)交還學(xué)生，教師不能通過“滿堂灌”方式來獨(dú)霸課堂時(shí)間。“對(duì)分”的思路在于將約一半的時(shí)間留給學(xué)生，只講授約一半的時(shí)間，本質(zhì)上是學(xué)生與教師在課堂時(shí)間掌控上的權(quán)力分割。每次課的前 45 min 由學(xué)生自己支配，學(xué)生自我深度內(nèi)化，針對(duì)上次課老師講授的新課內(nèi)容，在課后作業(yè)的初步內(nèi)化基礎(chǔ)上，在課堂上再次深度內(nèi)化學(xué)習(xí)。然后，針對(duì)問題開展同伴間相互討論，再有不清楚的地方，請(qǐng)求教師答疑。在后 45 min 則由教師講授新課，實(shí)現(xiàn)課堂時(shí)間上的對(duì)分[5]。

2 “四元三導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式在物理化學(xué)課程中的實(shí)踐

物理化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容主要包括熱力學(xué)三大定律、化學(xué)反應(yīng)平衡、相圖、動(dòng)力學(xué)等。特點(diǎn)是內(nèi)容多、公式多、原理深?yuàn)W難懂。學(xué)生深度內(nèi)化并吃透原理是關(guān)鍵，教師引導(dǎo)、答疑是抓手。按照重構(gòu)后的教學(xué)流程與教學(xué)方式，作者選用了簡潔易用的“對(duì)分易”信息化教學(xué)云平臺(tái)(當(dāng)然，也可以采用“雨課堂”“智慧樹”等云平臺(tái))，采用“四元三導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式在材料科學(xué)與工程專業(yè)的2019級(jí)、2020級(jí)、2021級(jí)共三屆學(xué)生的物理化學(xué)課程中進(jìn)行了實(shí)踐。教學(xué)成效評(píng)判主要采用定量的期末卷面(閉卷)考試成績，對(duì)比樣本選用同一專業(yè)的采用傳統(tǒng)講授方法的2016級(jí)、2017級(jí)、2018級(jí)學(xué)生的物理化學(xué)課程。教學(xué)成效評(píng)判同時(shí)也采用了定性的學(xué)生滿意度測評(píng)法。

2.1 期末卷面成績?cè)u(píng)價(jià)

采用傳統(tǒng)講授方法的2016級(jí)、2017級(jí)、2018級(jí)共三屆本科學(xué)生的物理化學(xué)課程期末卷面(閉卷)考試成績與采用“四元三導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式的2019級(jí)、2020級(jí)、2021級(jí)共三屆本科學(xué)生的物理化學(xué)課程期末卷面(閉卷)考試成績比對(duì)情況如表1所示。需要說明的是，六屆學(xué)生所用教材均為《物理化學(xué)簡明教程》(邵謙編著)，沒有變化，所用教學(xué)大綱、試題范圍、試題難度、題型等均大體相當(dāng)，變化不大。

表1 不同教學(xué)模式的物理化學(xué)課程期末卷面成績對(duì)比

根據(jù)表1可以進(jìn)行教學(xué)模式改革前后成績分析比較。可以看出，2016級(jí)、2017級(jí)、2018級(jí)的傳統(tǒng)講授模式的成績不及格率大致介于50%～70%區(qū)間，2019級(jí)的“四元二導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式的成績不及格率大致介于20%～38%區(qū)間，2020級(jí)、2021級(jí)的“四元三導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式的成績不及格率大致介于15%～21%區(qū)間。平均分也大致由55分提升到60分，再到70分。這里的“四元二導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式與“四元三導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式相比，缺失了一個(gè)“以題導(dǎo)學(xué)”的題庫。以上數(shù)據(jù)表明，“四元三導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式在物理化學(xué)課程中取得了明顯的教學(xué)效果。

2.2 學(xué)生滿意度評(píng)價(jià)

通過對(duì)學(xué)生的物理化學(xué)課程學(xué)習(xí)滿意度無記名投票發(fā)現(xiàn)，2019級(jí)物理化學(xué)課程一二合班中更喜歡“四元二導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式的占比為26.56%，認(rèn)為跟傳統(tǒng)講授模式差不多的占比為37.5%，即認(rèn)同“四元二導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式的合計(jì)占比為64.06%(單選)。2020級(jí)物理化學(xué)課程一二合班中，更喜歡“四元三導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式的占比為97.01%(多選)。2021級(jí)物理化學(xué)課程三班中，更喜歡“四元三導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式的占比為53.66%(單選)。2021級(jí)物理化學(xué)課程一二合班中，更喜歡“四元三導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式的占比為93.06%(單選)。另外，對(duì)比2019級(jí)和之后的兩個(gè)年級(jí)，可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)“四元三導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式的滿意度明顯高于“四元二導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式，說明題庫的缺失對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響還是較大的。以上情況表明，與傳統(tǒng)講授模式相比，絕大多數(shù)學(xué)生更喜歡“四元三導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式。

3 結(jié)語

高校要以學(xué)生為中心辦教育，以學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果為中心評(píng)價(jià)教育，以學(xué)生學(xué)到了什么、學(xué)會(huì)了什么評(píng)判教育的成效，這些要求是推動(dòng)教育回歸常識(shí)的關(guān)鍵所在。只有堅(jiān)持“以學(xué)生為中心”教育理念的課堂教學(xué)模式才是科學(xué)的高等教育教學(xué)模式，才符合學(xué)生的心理學(xué)認(rèn)知規(guī)律。“四元三導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式的講授、獨(dú)學(xué)、討論和答疑環(huán)節(jié)遵從了學(xué)生學(xué)習(xí)的心理學(xué)規(guī)律，精講導(dǎo)學(xué)、以案導(dǎo)學(xué)和題庫導(dǎo)學(xué)滿足了學(xué)生獲得學(xué)習(xí)援助的述求，課堂時(shí)間“對(duì)分”在課堂權(quán)力把控上落實(shí)了“以學(xué)生為中心”的指導(dǎo)思想，歸納類作業(yè)與深層內(nèi)化等環(huán)節(jié)叩擊了學(xué)生的人性弱點(diǎn)，誘導(dǎo)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)。“四元二導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式相較于傳統(tǒng)講授方法，物理化學(xué)課程期末卷面不及格率由50%～70%區(qū)間降低至20%～38%區(qū)間，“四元三導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式更降低至15%～21%區(qū)間，平均分也由55分提升到70分，教學(xué)效果明顯提升。喜歡“四元三導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式的學(xué)生比率介于54%～93%區(qū)間。較好的教學(xué)成效展現(xiàn)了“四元三導(dǎo)一對(duì)分”教學(xué)模式的推廣應(yīng)用前景。