智慧教育背景下物理化學課程教學策略探討

堵偉桐 陳卓

摘 要： 智慧教育作為數字時代的教育新形態，在課程教育內容和教學范式等方面都對傳統的物理化學課程教學提出了更高的要求。因此，緊密結合互聯網、人工智能等智慧教育技術特點，分析和探討了當前江蘇科技大學冶金工程專業物理化學課程中理論教學、實驗教學及教學管理等環節中智慧教育的應用模式，并提出科學評價教學實施效果的相應策略，旨在進一步提升該課程的教學效果，提升人才培養質量。

關鍵詞： 智慧教育 物理化學 教學策略 教學改革

中圖分類號： G434文獻標識碼： A文章編號： 1679-3567（2024）06-0092-03基金項目：江蘇省基礎研究計劃課題（項目編號：BK20210888）；江蘇科技大學博士教研教改項目（項目編號：1052102228）。

Exploring Teaching Strategies for the Physicochemistry Course in the Context of Smart Education

DU Weitong CHEN Zhuo

School of Metallurgical Engineering， Jiangsu University of Science and Technology， Zhangjiagang， Jiangsu Province， 215600 China

Abstract： As a new form of education in the digital era， smart education has put forward higher requirements for the traditional teaching of the physicochemistry course in terms of its education content and teaching paradigm. Therefore， the article closely combines the characteristics of the Internet， artificial intelligence and other smart education technologies， analyzes and discusses the current application mode of smart education in the theoretical teaching， experimental teaching and teaching management of the physicochemistry course in the metallurgical engineering major in Jiangsu University of Science and Technology， and puts forward corresponding strategies for the scientific evaluation of the teaching implementation effect， aiming to further improve the teaching effect of the course and enhance the quality of talent cultivation.

Key Words： Smart education； Physicochemistry； Teaching strategy； Teaching reform

隨著信息技術的不斷發展和普及，智能環境正在改變高等教育中教與學的方式[1]。我國高等教育課堂歷經從“高效課堂”到“翻轉課堂”和“智慧課堂”的改革，其中“智慧課堂”是在“互聯網+教育”背景下出現的一種新的課堂教學方式，其出現為解決傳統物理化學課程的教學弊端提供了一種新的思維方式，并已經成為了現代教育的重要組成部分[2]。智慧教育的教學模式包含智能化的教學管理和服務、個性化的教學方案和建議、智能化的學習服務和指導等內容。教師可通過多種技術手段，實現教學過程的數字化、網絡化和智能化[3]，為學生提供豐富且多樣化的學習資源和學習方式，可以更好地達成教學目標[3]。

在江蘇科技大學2020版冶金工程專業人才培養方案中，物理化學是冶金本科學生的核心必修課，占56學時（3.5學分）。物理化學課程作為冶金、材料、化工等相關專業的核心課程之一，在傳統的教學方式中，并沒有根據課程本身的特點結合現代技術充分開展科學有效的學習活動，導致其教學方式存在以教師為中心、學生被動學習、師生缺乏互動、對創新思維缺乏培養等問題。如何在該課程教學過程中有效利用智慧教育的優勢，提高教學效果，是當前有待探討的問題。本文將從智慧教育在物理化學課程教學中的應用模式進行深入分析，并對該教學模式下的實施效果評價方式進行探討。

1 智慧教育在物理化學課程教學中應用模式分析

智慧教育作為融合信息技術的新型教學模式，為滿足學生開放性、互動性、多樣性和實時學習的需要，在互聯網技術和智能終端的支持下，通過“線上+線下”混合式、探究式教學等多種個性化教學方式，以激發學生的學習興趣，促進教學效果的提高。

1.1 理論教學環節中的應用

物理化學的理論教學模塊涵蓋了物理化學知識框架、基本原理、基本公式以及相關原理在日常生活和工作中的應用。據2017—2022年內物理化學課程的學生評教及反饋統計，絕大多數學生認為物理化學課程概念性強，理論性強，短時間內各知識點難以理解消化，缺乏學習興趣，課堂氛圍較為枯燥。學生只停留在知識點表面，不了解各知識點的聯系。因此有必要積極改變授課方法，利用現代化教學手段使課堂教學由教師的“教”變成學生的“學”[3]，從而調動學生對物理化學學習的積極性。

“智慧課堂”在“以學生為主體，以教師為主導”理念下實施個性化教學[4]，在教育領域中，指導學生積極并富有創造性地進行學習是一項非常重要的任務。在物理化學課程中的理論教學環節中，多媒體軟件輔助教學（Computer Assisted Instruction，CAI）是“智慧課堂”中的主要交流模式。將原本晦澀難懂的物理化學基本概念和實驗現象通過圖像、聲音、動畫等多種方式[5]，生動形象地展示給學生，使其更好地理解和運用所學的知識。例如：在物理化學課程中講解化學反應的速率時，可以通過動畫演示零級反應、一級反應、二級反應的反應物濃度變化過程，讓學生直觀地感受反應速率變化規律。

1.2 實驗教學環節中的應用

虛擬仿真實驗室平臺作為智慧教育的另一個重要組成部分，可運用于實驗教學環節中，為學生提供更加豐富和便捷的實驗解決途徑。通過虛擬實驗室平臺進行模擬實驗，使學生能夠在虛擬平臺下完成實驗步驟和操作[6]，觀察實驗現象，掌握實驗技能，同時規避了如化學品揮發、潑濺、火災爆炸等安全風險，實驗安全性大大提高。同時高校也可避免了實驗器材和化學試劑的消耗，降低了實驗的成本。最終學生將獲得的實驗數據導入相關數據分析軟件中進行實驗數據處理和分析，即可得出實驗結果和結論。

以江蘇科技大學物理化學課程中課內實驗“二組分合金相圖繪制”為例，學生基于熱力學數據，使用圖形化的方式表達合金在平衡狀態下各相的組成和溫度之間的關系，并圍繞實驗主題和預設問題進行互動，具體如下。（1）學生組成學習小組。利用虛擬仿真實驗室平臺，根據不同學生的學習習慣、興趣等因素組成學習小組。（2）開展實驗前預習和互動研討。學習小組成員利用網絡智能學習平臺和在線虛擬交流平臺，設計合適的實驗方案，并進行組內、組間、校內、校際云討論，大大拓展討論及互動的范圍和深度。（3）利用線下實驗室和虛擬實驗平臺進行模擬實驗觀察。在實驗中，教師和學生在線下實驗室進行實時面對面的交流，輔以智能教室云平臺上的交流，從而提高實驗效率和成功率。（4）實驗后環節。利用與學生的互動和虛擬實驗平臺的大數據分析結果，教師可針對學生在實驗中遇到的不同問題（對實驗原理的解釋與對實驗數據的分析），優化下一實驗或學習階段的教學計劃，并在“教”與“學”的全過程中形成智能的教學評價與反思。

1.3 教學管理中的應用

“智慧課堂”是一種基于信息技術的教學模式，而人工智能則是信息技術的重要組成部分。“智慧課堂”可以通過人工智能技術，實現智能化的教學管理和教學服務[4]，提高教學效果和教學質量，為教學過程提供更加智能化、個性化、差異化、高效化的服務和支持。例如：可以通過人工智能技術，對學生的學習情況和學習狀態進行分析和評估，包括學習跟蹤、學習評估、學習反饋等，并根據學生的學習情況和學習需求，為學生有針對性地提供學習方案及學習資料，幫助學生提高學習效果。

另外還可向教師提供個性化教學方案與教學建議，提供更準確、更有效的教學管理與教學評估，如教學過程數據分析與挖掘等，對教師進行教學改進與優化，對教學活動提出建議與計劃。同時融合人工智能技術與自然語言處理技術，為學生提供智能答疑，智能評測及其他學習服務，幫助學生更好地掌握所學的知識與技能。但是值得關注的是，如何確保人工智能技術公正性、客觀性等，仍值得廣大教育工作者思考。

2 智慧教育在物理化學課程教學中的實施效果分析

智慧教育給學生帶來了更多交互、更有吸引力的學習環境，其實施成效依賴于各方面因素，因此有必要對執行的進程進行認真地計劃與評價，以便保證執行的有效性。

2.1 實施效果分析方法

2.1.1 對教學過程的監控

教學過程作為考核教學實施效果最重要的一個過程性指標，它能夠通過對教學過程的觀察和聽課評課來發現并解決課堂教學過程中出現的各種問題，并將過程監控的結果及時反饋到對應的任課教師處，從而合理地安排教學方案與規劃。

2.1.2 學生學習態度與興趣的調查

學生的學習態度與學習興趣是考核教學實施效果最主要的過程性指標之一，可采用課下問卷調查和現場訪談調查兩種形式來考核，還需兼顧學生個體差異及其他方面的因素。

2.1.3 對學生學習成績的分析

學業成績是評價教學實施效果的關鍵，通過考試成績、作業成績、實驗成績等多種方式進行評價，并對學生成績數據進行數據挖掘，分析出勤率、作業成績、實驗成績和期末成績對最終成績影響大小，還需考慮學生個體差異及學科特點對教學的影響。

2.2 實施效果評價

據江蘇科技大學冶金工程專業2022年秋季學期的物理化學教學反饋統計結果，在冶金工程專業全部61名學生中，有54名學生對智慧教育教學模式下的物理化學理論及實驗教學情況非常滿意，7名學生對這種學習方式基本滿意，總體滿意度為100%。在物理化學課程目標達成情況方面，智慧教學系統可直接給出按“全程綜合評價”“期末考試評價”“學生自我評價”三種評價方法的6個課程目標達成情況，如圖1所示。由此可清晰、直觀的看出課程目標1～3和6的學生自我評價值與期末考試評價相當，但課程目標5學生自我評價偏低，反映出學生主觀認為該考點較難，復習充分，成績較好。課程目標4學生自我評價偏高，需重點關注，并應在后期教學過程中針對課程目標4涉及的內容進行專題輔導。從課程問題的反饋來看，學生對于智慧教育這一學習方式基本持贊同態度，并且紛紛表示聽課效率得到了提高，期望繼續采用“智慧課堂”的教學方法。通過這樣的學習方式學生都表現出了較強的自主學習與探索性學習的興趣，同時有較大的動力去進修下學期將要進行的冶金物理化學課程。

3 結語

與傳統的教學方式相比，智慧教育是一種基于信息技術的教學模式，是一種“教與學”“線上與線下”“整體與個人發展”相結合的智慧和開放的學習模式。智慧教育理念下的物理化學課程教學，使教與學更加多元、靈活、開放、有趣，將學習過程從“被動認知”轉變為“主動探索、創造知識”。通過智能虛擬平臺實現了“空間與課堂的互動”，加強了實驗前、中、后學習活動的深度聯系，有助于實現以創新思維人才培養為目標的物理化學理論課和實驗課的學習活動。智慧教育的學習模式對學生的影響并沒有隨著課程的結束而終止，學生在智慧教育中的創新思維和探索性學習體驗對學生以后學習其他課程也將起到積極的作用。

參考文獻

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[2]許粟.“互聯網+教室”混合課程教學模式的改革與創新研究：以《食品感官評定》課程為例[J].大眾科學，2023（4）：60-63.

[3]王笑一，張婭偉.基于智慧教育背景下的全互動教學改革研究[J].科技資訊，2021，19（13）：158-160.

[4]劉文杰，朱玉嵐，劉瑜.“物理化學”在線開放課程建設探索與實踐[J].科教導刊，2022（29）：98-100.

[5]陳鈺，盧艷紅，李迪，等.人工智能背景下物理化學教學改進[J].中國冶金教育，2022（1）：41-43.

[6]陳卓，堵偉桐，邱家用.基于智慧課堂的冶金工程專業選修課程的教學探索[J].科技資訊，2023，21（3）： 159-162，175.