学为中心的物理化学实验的教学改革与实践*

2022-08-16侯巧芝信建豪吴建丽

广州化工 2022年14期

侯巧芝，信建豪，吴建丽

(黄河科技学院医学医学院，河南郑州 450063)

课程教学是影响人才培养质量的首要因素。教育部发布新时代高教40条、“六卓越一拔尖”计划2.0等一系列的教育文件。淘汰“水课”，打造“金课”第一次写入教高函文件。2018年中国大学论坛主题为一流课程，论坛中提到课程是体现以学生发展为中心理念的“最后一公里”，课程是落实立德树人成效根本标准的具体化、操作化和目标化，这表明课程教学的重要性日益凸显。以学生学习和发展为中心的教学理念被普遍认为是课程教学的有效模式[1]。在这样的教学背景下，本教学团队以学为中心进行了物理化学实验翻转课堂的教学改革。

1 学为中心教学理念

“学习金字塔理论”[2-4]表明传统的听讲、阅读、视听和示范方式两周之后所学知识的平均保持率在30%以下，而学生动手做，小组讨论和马上应用教授他人是以学生为主的团队学习、主动学习和参与式学习方式，学习效果平均在50%以上。说明教学要以学生为中心改变传统的教学方式。这些结论为我们教学团队改革教学方法，设计课堂活动提供了明确的理论框架和改革思路。

2 学为中心教学实施

2.1 根据教学内容进行模块化教学

精选学习内容，对知识内容进行解构，形成实验室安全、数据处理、理论知识验证和综合技能培养四大知识模块。对学习内容、学习者的知识储备和学习经验不同模块进行分析，根据分析结果采用不同的教学策略。如实验室安全模块，主要内容涉及实验室基础应急防护设施、物理化学实验中的危险源、个人防护。应急防护措施的学习让同学们结合教学视频，小组合作学习，以小组为单位小组进行练习，学练结合，以便需要时能规范操作和使用；物理化学实验中的危险源部分的学习和个人防护内容学习是结合化学实验室火灾等的具体案例进行教学，通过教师课前推送的相关案例结合小组查阅的资料，引发小组讨论，形成实验室安全报告，进行随堂测试。在学习的过程采用形成性评价，该项内容主要对学生的课堂参与情况、小组报告的书写、随堂测试等项目进行评价。数据处理模块采用案例教学、学练结合和合作学习的教学策略。主要是基于信息技术利用软件作图，改变以往坐标纸作图带来的误差，在学习的过程针对不同的作图要求利用学校SPOC平台教学，学生根据自己需要随时随地观看教学视频，并完成相应的模块练习，该模块主要有两方面内容，一块是独立的，为了便于学生掌握软件进行数据处理的方法，另一块是针对不同实验的数据处理案例，学生在理论知识验证实验和综合技能处理模块的数据处理中需要用到的，因此该部分的评价贯穿物理化学实验的始终，包括随堂测试、实验报告、设计实验、撰写论文及技能测试。理论知识验证模块同样基于学校SPOC平台教学，采用对分课堂和合作学习的方式，学生课前利用视频独学，提出疑问点，进入课堂后小组对疑问进行讨论，不能解决的疑问进行组间讨论，最后都不能解决的由教师解惑后再进行小组实验。该部分教学占课程总课时的60%，学习的好坏影响后续综合技能的提高，因此该部分的评价点较多，包括预习报告、小组分享、视频录制、随堂测试、实验报告等。综合技能培养模块主要包括综合设计性实验和综合技能测试两方面。综合设计实验采用团队合作学习，教师对学生提出要求，小组查阅资料共同设计实验方案，可行性评价完善后小组协作进行实验，完成处理数据，撰写论文，返修论文。该部分评价包括方案的设计、实验过程和论文撰写等几方面。综合设计性实验复盘后再进入综合技能测试。该模块是对技能培养的综合考核，是整个课程模块中最难的部分，学生根据课程学习的方法，小组自行选择课程中某一方面的内容查阅文献资料，完成方案设计后就进入实验室自行进行实验，教师不再对设计方案的可行性提出修改意见，而是在学生实验过程中对实验准备、实验过程等进行评价。整个课程的教学不是一成不变的，会根据信息反馈适时调整学习目标、知识模块教学策略和形成性评价等达到知识的重构过程。具体见图1所示。

图1 知识模块的重构和考核评价Fig.1 Reconstruction and assessment of knowledge module

2.2 循序渐进，选用不同教学策略

根据知识模块的不同结合物理化学实验课程的特点及学习者学习经验，采取不同的教学策略。如理论知识验证部分采用“四段五步式”教学，详情见表1。如“蔗糖水解速率常数的测定”这一实验项目，课前学生独立查找资料，完成实验的个体自学内化，这个阶段学生需要完成预习报告，明确蔗糖水解速率常数实验目的、实验原理，实验要点及需要记录的数据等，尤其要记清楚实验项目的疑惑点。进入实验室后就进入课中群体研学阶段，针对蔗糖水解实验老师提出以下问题“该实验为什么可以用旋光度法进行测定，如何测定，要注意哪些关键问题，旋光度法还能用于什么的测定。”实验关键的问题后，展开小组讨论，通过组内讨论解决个体自学阶段的疑问和老师提出的问题，使学生预习中的疑问点进行思维火花的碰撞，解决自学阶段没有明白的低层次问题，凝练小组不能解决的高层次问题。讨论结束小组内没有解决的高层次问题，如”旋光度法还能用于什么的测定“问题有几组没有给出，再次在组间展开讨论，学生发表不同的意见。最后学生都不能解决的疑惑再由教师进行引导。然后进入小组探究阶段，以小组为单位展开实验，实验过程中注意继续思考讨论教师提出的问题。实验临近结束时，教师和学生一对一展开课堂对话，即随机抽取问题让学生阐述问题或操作仪器，考察学生对实验的掌握情况。

表1 “四段五步式”教学要点Table 1 Teaching points of “four stages and five steps”

综合技能训练模块采取小组合作探究的方法。因所用的仪器前面已经掌握，先由小组查询资料讨论制定实验方案，然后进行可行性汇报，其他实验组和老师一起评价实验的可行性，有问题的提出修改意见。接着由小组成员独立进行实验，期间包括仪器的准备调试、数据的记录等。实验结束后小组成员完成数据的处理、分析和论文的撰写工作。最后进行实验总结汇报，以实验组为单位对数据的处理分析情况和论文进行自评和互评，教师提出修改意见，以小组为单位完成最后的论文完善提交。数据处理和分析方法部分因为学生知识方面的欠缺，采用实例法讲解，配以相应的练习，最后通过随堂考核信息反馈考察学生的掌握情况。

2.3 关注过程，注重形成性评价

形成性评价是对学生日常学习过程的表现、所取得的成绩以及所反映出的情感、态度等方面的评价，是基于学习全过程的持续观察、记录、反思所做出的发展性评价[5]。学为中心的教学关注学生学习成效，注重形成性评价[6]。形成性评价标准体系的制定和考核评价是以学为中心学习效果的优劣保证。根据知识模块的不同建立不同的形成性评价体系，形成理论知识验证部分和综合能力训练部分制订不同的指标体系和评价标准。两种评价体系均注重课前—课中—课后全过程性考核。验证性实验形成性评价包括课前预习、课中小组讨论、小组发言、实验过程和课堂对话。综合能力训练考核评价和标准体系同样包括实验前方案制定、实验操作过程和实验后数据处理论文撰写。形成性评价目标是激励小组成员的积极性和主动性。同时采用学生自我评价和组间互评相结合培养学生团队协作能力。

2.4 思政融入教学，注重学生情感目标的实现

物理化学实验课程在培养学生知识目标和能力目标的同时，还注重学生科学观、世界观和人生观等情感价值目标的培养。以科学发现问题、解决问题为主线，培养学生探索未知、追求真理、严谨求实、勇于探索的责任感和质疑精神。通过化学中蕴含的哲学思想、理论相关社会事件培养学生树立科学的人生观、世界观、价值观和社会主义荣辱观。

如进行“低沸点二元体系相图的绘制”实验时，通过“水的三相点实验”测定的视频，引入我国物理化学奠基人之一黄子卿先生的故事。黄子卿先生历经一年的时间，通过严格处理水的三相点室，精选三相点室材料并严格清洗；水样严格纯化去CO2等排除各种实验的干扰，得到严格的水的单组分系统。精确测定了水的三相点对应的温度为0.0098 ℃，压力为610.5 Pa。因为测定数据精确，该数据于1948年成为国际实用温标。通过该故事潜移默化的培养学生严谨求实的科学精神，进一步通过黄子卿排除困难义无反顾返回祖国，以毕生精力科学救国的故事激发学生的爱国热情。