基于成果导向的物理化学教学模式研究

杨喜平，卢明霞，杨新丽，刘广宇

(河南工业大学 化学化工与环境学院，河南 郑州 450001)

我国加入了《华盛顿协议》、成为该协议签约成员，标志着具有国际实质等效的工程教育专业认证的帷幕在我国已经拉开。工程教育专业认证遵循三个基本理念：成果导向、以学生为中心、持续改进。用成果导向、以学生为中心的教育理念引导我国工程教育改革以及整个的教育教学改革，具有重大的理论价值和现实意义。

1 成果导向的教育理念

成果导向教育(简称OBE,亦称能力导向教育、目标导向教育)作为一种先进的教育理念,是指教学设计和教学实施的目标是学生通过教育过程最后所取得的学习成果，OBE提出：我们在教育教学中想让学生取得的学习成果是什么？为什么要让学生取得这样的学习成果？如何有效地帮助学生取得这些学习成果？如何知道学生已经取得了这些学习成果？而学习成果代表了一种能力结构，这种能力主要通过课程的课堂和课后拓展及实践教学来实现。

2 成果导向的教学设计

成果导向教育遵循反向设计的教学原则，是从社会、学校和个体成长需求出发，由需求决定培养目标，由培养目标决定毕业要求，再由毕业要求决定课程体系和具体的课程设计。

物理化学是研究化学系统中物质的结构及其变化规律的科学。物理化学所蕴含的世界观和方法论，是化学学科思维的最重要组成部分，是化学化工、应化、材料、生物、粮油等专业的理论基础，为了充分发挥物理化学教学在学生知识传授和素质、能力培养的引领性、关键性作用，全国高等学校教学指导委员会制定的《物化建议》强调目标导向和产出导向的教学，强调关注学生的知识、素质和能力培养[1-2]，结合我校化学工程专业认证，我们制定了与专业毕业要求匹配的课程具体目标(表1)。

表1 物理化学课程与培养目标(或毕业要求)能力结构的映射关系

3 成果导向的教学实施—混合式教学

在充分调研、科学论证和长期实践的基础上, 我们提出了课堂教学目标上从知识掌握向知识、能力和人格协调发展转变, 教学方法上以产出为导向、教学模式基于“互联网+教育”背景的混合式教学模式融入了“问题导入式”、“案例式”、“科学探究式”、“线上线下式”、 “翻转课堂式”、“拓展创新式”等多种教学模式，以期达成物理化学教学对学生能力和素质培养的总体要求。

将成果导向的混合式教学模式应用于物理化学热力学第一定律的热化学标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓的教学中取得了优秀的教学效果。

3.1 教法与学法

物理化学标准生成热(焓)和标准燃烧热(焓)这节内容涉及基本概念及其相关计算，基本概念属于陈述性知识，而相关计算属于技能与程序性知识，对基本概念的学习中运用促进注意策略、知识链接策略、恰当复习的策略；在保持巩固基本概念方面，采用精加工策略和列表重建策略、类化策略，通过提问、抢答等促进知识的有效提取。弄清基本公式的使用条件，促进陈述性知识向程序知识的转化。“问题解决是知识转化的有效途径，程序性知识建立的后继阶段是它的应用过程，也是把解决问题的措施付诸检验的过程；从陈述性知识到程序性知识的转化体现了知识学习的连续性和完整性,也体现了能力的养成途径”[3]。因此具体采用的混合式教学法：①科学探究法：分析实验数据, 探讨结论，联系实际；结合所学物理知识、物理化学知识来设计一种实验装置或仪器来模拟测定蔗糖的燃烧热；②合作讨论：思考与讨论；综合实验设计作业的完成；③举例法：标准焓变的计算；④理论与实际相结合：与实验、实践相结合，蔗糖，巧克力、面粉物质燃烧热的测定等；⑤对比、类比法；⑥互动教学法;⑦相对数值法；⑧状态函数法等[4]。其中，教法和学法的①、②、④、⑤、⑥用来攻克本次课的教学重点—标准燃烧焓的概念 ；通过③、⑤、⑥、⑦、⑧的教学法来突破本次课的教学难点和易错点-用标准摩尔燃烧焓与用标准摩尔生成焓来计算标准摩尔反应焓的负号差别问题。

学法：学生在老师的引导下，通过自主探究、互动、讨论、分析对比等掌握基本概念，相关计算，感悟、领悟学习方法。教学生“乐学”、“会学”、“学会”，其中“会学”是核心，要会自己学、会做中学、会思中学。

3.2 具体教学实施过程

(1)知识点提前布置(上次课)利用教材，课程学习空间进行线下自学；

(2)讲好引言，让学生“一见生情”：通过视频可燃冰，同时给出问题“民用天然气的主要成分是什么？”“为什么甲烷会成为低碳经济时代的主角？”

(3)类比、对比学习新知：通过知识迁移将标准生成焓的概念直接引入标准摩尔燃烧焓的概念；通过引导学生标准摩尔燃烧焓与标准摩尔生成焓的字面含义和物理意义，进行对比，使学生掌握二者的区别和联系；通过讨论和互动环节设置问题，来通过讨论的形式辨析、强化和巩固标准摩尔燃烧焓、标准摩尔生成焓的基本概念及二者的区别和联系。把传统的灌输课堂转化为对话课堂，达到知识的对话、思维的沟通与对话和心灵的深层次的对话，将“句号”课堂转变为探究探索的“问号”课堂。

(5)通过两个基本公式的对比，突破教学难点：为什么两个计算公式差一个负号？用两种方法计算出的数据哪个正确？

运用标准燃烧焓与标准生成焓计算标准摩尔焓变的状态函数法比较，以苯乙烯为例，结合标准燃烧焓与标准生成焓之参考态及其计算过程的示意图进行对比(见图1)；通过图示的方法加深理解标准摩尔燃烧焓与标准摩尔生成焓的概念和相关计算公式；并且引导学生理解相对数值法及其应用，并为以后遇到同类问题提供解决思路和方法。

图1 标准燃烧焓与标准生成焓之参考态及其计算示意图

(6)知识应用-低碳能源-可燃冰-爱国情怀。燃烧热数据的应用举例-科学探究：通过分析数据, 探讨结论及用途。由数据分析得出结论：甲烷-低碳经济理念中的最佳能源选择。由能源问题和甲烷的不同存在形态到百慕大“魔鬼三角”释疑，从1934年苏联发现天然气水合物到我国成为全球第一个实现了在海底可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家，以及出陆域天然气水合物冷钻热采技术、泥浆强化制冷方法[5]、水合物孔底快速冷冻取样方法和高温脉冲热敷法开采技术和伟大发明，鼓励和激励学生努力拼搏，无论在学习还是以后的工作中要勇于开拓和创新。

(7)拓展升华，安排综合实验设计：要求学生根据自己对燃烧反应、对量热的过程的理解，结合所学物理知识及物理化学知识来设计一种实验装置或仪器来模拟测蔗糖或者巧克力的燃烧热。这既是对热力学第一定律的复习，对物理化学实验的很好的预习，又是把知识实施归类和系统化；同时又是对学生的综合分析能力和解决实际问题的培养，更是对学生科学探究能力和深层次思维能力的培养。这种教学方式于不知不觉中帮助学生建立能量守恒与转化的观念；理解热效应测量的原理和方法[1]；理解采用容易测量的物理量，通过热力学函数间的关系，测量或者计算难以测量物理量的思路和方法，达到提高学生综合素质的学习成果。

将学生置于发展他们的思考能力、设计能力、综合能力到完成一个完整过程的环境之中，亲历一次有意义的学习经历，经历知识的形成过程，培养过程关注高阶能力，体现了OBE强调知识的整合，和向开放课堂的转移，实现时间、空间和内容上的开放。时间上从课内向课外延伸，空间上从教室向图书馆和实验室拓展，内容上从教材向参考资料扩充。

(8)课堂小结，布置作业。与学生一起回顾、小结本节课的主要知识点，要求学生合作完成设计实验装置或仪器来模拟测定蔗糖或者巧克力的燃烧热。此项拓展作业的完成过程将为提高学生思考水平和学习层次奠定基础。促进学生充分利用图书资源，查阅资料，通过小组讨论相互学习、相互促进，促进课外学习和自主学习。

4 结论

以成果导向的混合式教学模式有效的实施了知识(等压热效应，等容热效应，标准摩尔生成焓；标准摩尔燃烧焓)、能力(计算各种过程所对应的功、热和热力学能变化)和各种素质的高效融合，比如相对基准方法、归纳等一般性科学方法的学习和领悟的训练，较多地关注了学生的主动参与，关注学生在讨论、质疑、探究中，学习知识，感悟方法，完善人格。本此课的创新之处在于将理论课与物理化学实验巧妙结合，既丰富了教学内容，又与生活、生产比如煤的热值分析等相结合，进行混合式教学，培养学生对物理化学的兴趣和科学探究精神；以成果导向的混合式教学模式，有效地完成从传统课堂向对话课堂、开放课堂转变、从知识课堂向能力课堂、向学思结合课堂的转变，真正做到了以学生为中心，让学生真正成为学习的主人。