问题式教学在二组分金属相图的绘制实验中的应用*

程敬泉

(衡水学院应用化学系，河北 衡水 053000)

问题式教学是苏联教育心理学家马丘什金、马赫穆托夫等提出的一种发展性教学理论和方法。该教学法是一种以学生为中心，小组讨论形式为主导的教育理念[1]。

物理化学实验是以物理化学理论教学为基础的一门独立的实验课程，是衡水学院化学、应用化学、高分子材料与工程、化学工程与工艺专业的一门必修课程。物理化学实验以验证性实验为主，传统的教学方式是实验前教师讲解实验原理、步骤、实验仪器的使用方法、注意事项等，这种传统的教学模式导致整个实验过程中学生只是一名“操作工”，只要按实验步骤完成操作即可，始终处于被动学习状态，缺乏独立思考过程，学习效果不佳，对学生能力的培养极为不利[2]。因此，我们对应用化学系物理化学实验课程问题式教学的应用进行了探索研究，针对应用化学系的专业特点和物理化学实验课程体系的设置，探讨具有应用化学系教育特色的教学方式与方法，力求突破物理化学实验的传统教学模式。

1 研究对象

以衡水学院高分子材料与工程专业本科2017级60名学生为研究对象，分为对照组和实验组，对照组采用传统教学法，实验组采用问题式教学，用预设问题引导学生，以提高学生学习的积极主动性。

2 实验项目选择

以二组分金属相图的绘制实验为例，将问题式教学应用于物理化学实验中。二组分金属相图的绘制实验是我校高分子材料与工程专业物理化学实验必做的实验项目，要求学生学会用热分析法绘制Pb-Sn二组分金属相图，了解纯物质和混合物步冷曲线的形状有何不同，其相变点的温度应如何确定。

3 实施步骤

实验前教师先提出问题，学生根据问题查找资料，设计实验方案；实验中学生发现问题并进行分组讨论，教师适当引导；实验后教师评价、反馈、总结，学生撰写实验报告。

3.1 提出问题

针对该实验，提出如下问题：Pb-Sn二组分金属相图是如何绘制出来的？什么是步冷曲线？如何绘制步冷曲线？纯组分的步冷曲线具有什么特征？混合样品的步冷曲线具有什么特征？纯组分与混合样品步冷曲线有何异同？什么是低共熔点和低共熔混合物？常见的亚稳状态有哪些？为什么会产生亚稳状态？如何防止亚稳状态的产生？什么是相律？各符号的物理意义是什么？如何利用相律来分析二组分金属相图？要求学生带着这些问题去查阅相关文献资料，加深学生对热分析法绘制二组分金属相图的理解；比较纯组分与混合样品步冷曲线的异同；应用物理化学理论知识进行思考、分析，掌握热分析法绘制二组分金属相图的原理和方法，学生在实验前对实验结果就有了一定的预期结果，然后通过实验进行验证。

图1 实际的Pb-Sn二组分金属系统步冷曲线及温度组成图

3.2 小组讨论

以小组为单位进行分组讨论，要求全员参与、积极讨论，并做好记录。然后由组长整理本组的讨论结果，进行交流发言，本小组其他成员进行补充，并且随时可以提出问题或质疑。教师针对学生讨论的问题进行点评，归纳学生在发言和讨论中存在的问题，对问题的讨论结果进行总结。教师在讨论中给予学生适当引导或提示，促使问题得到解决。

3.3 实 验

通过对预设问题的分析和讨论，学生们在实验前对实验结果有了一定的预期，他们带着问题进行实验，期待通过实验验证预期结果。首先安排学生先做纯铅样品的实验，根据实际数据，要求学生画出纯铅的步冷曲线示意图，并与预期的纯铅的步冷曲线进行比较，有何不同？并分析讨论产生此现象的原因。有何补救措施？这样有助于引导学生注意观察在样品加热熔化的过程中，温度是如何变化的？引导学生注意观察实验中的异常现象，并讨论分析产生的原因。各组按方案进行实验，记录实验结果。实验结束，安排学生分小组讨论以下问题：在实验步骤中，加热温度为何要设定为380 ℃？当温度显示I达到所设定的温度为何要稳定10 min？为何还要把温度传感器Ⅱ放入样品管内再稳定5 min？记录温度区间是如何设置的？要求学生思考如此安排实验步骤的原因。单组分系统自由度F可以等于几？二组分系统自由度F可以等于几？讨论结束后教师进行点评、讲解和总结。教师根据学生讨论中的表现、实验设计、实验操作和最终实验报告对学生进行评价、考核。

3.4 结果分析

实验结束后，对两组学生分别进行问卷调查，从文献查阅能力、激发学习兴趣、调动主观能动性、提高分析解决问题能力、加强同学间、师生间交流等方面对教学效果进行评价。问卷调查结果如下：与对照组相比，实验组学生的查阅文献能力、学习兴趣、同学互动、师生互动、主观能动性、分析解决问题的能力均有显著提高，说明问题式教学对提高学生创新能力和促进师生及同学之间的交流具有重要作用。

增强学生自主学习是问题式教学研究和实施的关键，学生获得问题后，充分利用自己的主动性和图书馆的信息资源，查阅文献资料，通过自主学习探讨，解决相关问题，由“要我学”变成“我要学”，能极大地提高学生的学习积极性和主观能动性。教师及时将各种问题反馈给学生，让学生及时地、主动地改进不足，提高实验能力。通过研究表明，采用问题式教学法进行二组分金属相图的绘制实验，学生实际动手能力和分析解决问题的能力都有明显提高，团结协作和自主学习能力均优于采用传统教学的学生。因此，将问题式教学用于物理化学实验二组分金属相图的绘制实验中，能有效提高教学质量。

4 结 语

以Pb-Sn二组分金属相图的绘制实验为例，将问题式教学应用于物理化学实验二组分金属相图的绘制实验教学中。

(1)有利于培养学生的逻辑思维能力。与传统的“灌输式”教学方法相比，该方法更注重学生能力的培养，通过在学习基础理论知识后开展问题的讨论和分析，让学生有的放矢地将理论与实践相结合，培养学生运用物理化学知识思考分析解决实际问题的能力。

(2)有利于师资队伍建设。在开展问题式教学的实践中，在每个典型实验中需要设计相关问题，这就要求从事物理化学实验教学的教师除了要具有深厚的本专业知识外，还应当要具备丰富的实践知识，能够针对实际提出问题，设计问题。这样，必然也会促进教师主动学习，不断更新知识和完善自己，并深入实际，才能在教学中做到游刃有余，促进教学相长。