基于“两性一度”的消防专业化学教学案例设计*

高洪泽，王 勇，王维民

(1 中国人民警察大学侦查学院，河北 廊坊 065000；2 中国人民警察大学研究生院，河北 廊坊 065000；3 中国人民警察大学移民管理学院，河北 廊坊 065000)

2018年6月教育部部长陈宝生指出：要提高大学生的学业挑战度，合理增加大学本科课程难度、拓展课程深度，扩大课程的可选择性，激发学生的学习动力和专业志趣，真正把“水课”变成有深度、有难度，有挑战度的“金课”。 据此，教育部高等教育司司长吴岩在第十一届“中国大学教学论坛”上明确了“金课”的评价标准为“两性一度”，即高阶性、创新性、挑战度[1]。从此对“金课”研究的热点和重点也主要集中在了它的内涵、建设路径、必要性和时代意义上，由于缺乏必要的学理支撑和理论指导而浮于表面，沦为了口号[2]。鉴于以往在消防专业化学教学过程中，尤其在学习热力学基本概念过程中出现的学生学习兴趣低、主动性和积极性不高、学习效果差的情况，同时也为了探索“金课建设”的有效教学策略，结合“金课”标准，按照两性一度的要求，结合消防实际，精心设计了化学热力学基本概念和定律的教学“案例”，以便提高学生的学习效率和学习兴趣。并不断进行实践、尝试和修正，以期抛砖引玉。

1 案例设计依据

1.1 基于高阶性思维的案例引入

所谓“高阶性”，就是知识、能力、素质的有机融合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维。[1]大学的培养目标就是让学生具备高阶能力，把高阶思维认知作为教学目标定位与课程教学有机整合，是培养学生高阶能力的有效路径[2]。目前大多数研究者认为本杰明·布鲁姆(Benjamin Bloom)等人提出的认知目标分类学说可以对高阶思维教学进行有效的指导[3]。发展了的布鲁姆分类法的六个层级(记忆(remember)、理解(understand)、应用(apply)、分析(analyze、评价(evaluate)、创造(create))中的分析、评价和创造被称为高阶思维，引导学生运用这些层次的认知开展有意义的建构学习就是高阶学习[4]。

高阶性的关键在于培养学生的高阶能力。学习在传统课堂中主要体现为以教师讲授和学生被动接受为主的低阶学习，忽视了高阶学习[5]。高阶教学模式是建立在建构主义基础上的，以学习者为中心的学习，学生是信息加工的主体，教师成为意义建构的促进者、引导者和学习支架的搭建者[2]。我们试图从高阶性入手进行案例设计和引入，运用真实案例(结合真实场景)、引导学生进行合作和探究性学习等教学模式，使学生主动学习并主动进行信息加工，成为学习的中心，从而培养和发展学生的高阶思维能力。

1.2 创新性-小组化和探究式学习

所谓“创新性”，是指课程内容反映前沿性和时代性，教学形式呈现先进性和互动性，学习结果具有探索性和个性化[1]。“金课”的创新性一是必须明确要解决的问题(问题导向)；二是要围绕课程要素开展变革[2]。就是要针对课程的目标(定位准确、目标明确)、内容(体现前沿性和时代性，创新课程内容的形式)、方法、路径、评价进行结构性的革新和创造。在方法和路径上要从根本上改变师生角色和课堂教学模式，实质就是教师引导与学生自主建构的有机结合与统一。学生必须改变被动接受知识并充分发挥主观能动性参与到学习中；教师要通过师生角色重建，进行有效引导，实现有效的双动(师生互动、生生互动)，实现师生“教、学”相长和彼此成就。我们在案例引入后，主要集中在方法和路径上的探索，组织学生开展小组化学习和探讨，制定出明确的需要解决的问题和需要掌握的知识要点等供学生及小组进行学习和探究。

1.3 挑战度-融合深度学习

所谓“挑战度”，是指课程一定要有一定难度，需要学生和老师一起，跳一跳才能够得着，老师要认真花时间花精力花情感备课讲课，学生课上课下要有较多的学习时间和思考做保障[1]。高挑战度的课程强调更有效的反思和更高的认知目标层次、更强的学习动机和更多的学习投入、真实情境和基于问题(项目)的学习。实现课程挑战度的关键是促进深度学习[2]。与之相对应的浅层学习对新知识的学习则是死记硬背、学习动机是外部的、被动和消极的、学习的主要目标是分数；促进浅层学习的有效手段则是考试。总的来说浅层学习是基于低阶思维的学习，也是缺乏挑战度的，很难促进学生的深度理解、高阶思维和批判精神的培养。深度学习是离不开浅层学习的，要在浅层学习的基础上促进深度学习，因此不是放弃浅层学习，而是要对浅层学习做有针对性地调整。研究认为促进深度学习的合作学习活动一般包括创设问题情境、个体自主探究、组内讨论、组间交流、师生总结评价五个阶段[2]。我们的案例正是基于真实情境和现实设计问题任务，通过小组化学习，使学生增加投入，引导学生在新旧知识之间建立联接，实现学生主动、协作并有目的的建构新知识，进而成为教学活动的主体；尝试跨学科、跨教材和跨课堂分析问题，同时强调小组成员之间的合作，在交流碰撞中促进对新知识的加工和分析应用。

2 案例设计

2.1 案例引入

首先我们将要讲授和学习的内容转化为学生要解决的问题，为学生创建结构化的学习任务。消防实践中一个非常现实和经常遇到的问题就是一个火灾现场的能有多热呢？用专业的话来说，就是一个火场的最高火焰温度能达到多高呢？而这恰恰是可以通过热力学的知识和定律能够解决的。从这入手可以很好地激发学生的学习兴趣。抛出这个问题，学生马上就会觉得这门课程(相关知识)离消防太近了，是一定要好好学习并要学好的。但要解决这个问题，必须深入分析(锻炼和培养学生的高阶性思维)，必须找到解决这问题的关键着力点，在复习旧知识的基础上和学生分析探究引发出相应的条件：①最高温度意味着能量没有损失，火场所产生能量全部用来升高温度，也就是说理论上发生在绝热条件下(Q=0)；②火灾的发生一般暴露在大气环境中，也就是说另一个条件是发生在等压条件(同时要和学生明确化学反应在确定始态下的最高火焰温度是一种理论值，反应实际进行时因热损失等原因常导致所能达到的实际温度要比理论值低)。具体如图1所示。有了方向如何实现呢？学生已经跃跃欲试了，大脑已经开始了头脑风暴，趁热打铁，开始布置第二阶段的学习任务和小组划分。

图1 案例综合分析及实现导图

2.2 小组合作、基本概念、原理和定律学习深化

这个阶段是由高阶学习转换到低阶学习过程(以知识的记忆和理解为目标)，中间也不时设计穿插具有高阶性和挑战度的学习。这种转换极地大激发了学生的学习兴趣和探索意愿，为了解决最终问题，学生并不会感到枯燥，伴随着的是强烈的求知欲。我们的教学模式自然而然地发生了变化，认知与学习发展的阶段性一般应该是由低阶学习向高阶学习发展，而我们恰恰反过来进行设计，运用高阶性思维刺激学生主动地进行低阶性学习，这也是我们此案例设计的关键之处。小组划分好后，布置学生分组学习，合作和自主探究，此时需要为学生提供学习支架及大致学习顺序。也就是说要想解决前面分析出的问题，是需要很多热力学基础知识和一些定律的，整个的顺序和逻辑就是反应热→重要热力学函数→反应热与热力学函数关系→如何利用这些热力学数据→Hess定律等。任务细化(支架)为：什么是化学反应热效应？化学反应热效应的类型和表示方法？什么是焓？化学反应热效应和热力学函数内能变及焓变是什么关系，成立的前提条件是什么？如何表示化学反应的热效应？反应焓变与标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓之间存在怎么样的关系，这种关系的依据是什么？环环相扣，鼓励小组成员在自主学习的基础上碰撞观点，互相质疑，补充、修正并加深每个学生对各个问题的理解，成员间不断反思和加工。图1中所示的各种概念和关系随着学习的深入也就不断完善和呈现，学生的成就感也会不断增强。要求每个小组就前面的问题在最后给出总结，包括涉及到的基础知识、基本定律及一些物理量之间的关系。最后课堂共同讨论，引申和分析出要解决一开始提出的问题，一个重要的具有挑战度的关联或结论就是Qp=△H(Qv=△U)。持续深化挖掘，由于焓属于状态函数，根据状态函数的特点，我们就可以设计便于进行计算的路径从而简洁、高效和科学地解决现实问题。学到这，学生已经开始主动询问如何利用学到的理论和逻辑解决具体的真实问题了，这为下一步运用学习结果分析解决具体问题埋下了伏笔，也进一步激发了学生的求知欲和进行成果检验的行动了。

2.3 学习结果运用

具备了前面的理论知识和解决方法之后，在学生的满怀期待下，给出课上模拟火场的物料组成：“甲烷(CH4, g)与理论量二倍的空气混合，始态温度25 ℃，在常压(p≈100 kPa)下燃烧，求燃烧产物所能达到的最高温度。设空气中氧气的摩尔分数为0.21，其余为氮气，所需数据查阅参考书后附录。”根据前述总结和学习成果，要求每个小组分别给出解题思维导图，并附上导图根据，经过分析讨论，整个思路如图2所示。

图2 实例分析导图

图3 求解 思维导图及过程结果

整个过程需要跨学科、跨教材和跨课堂进行分析。经过这样的分析整理之后，代入数据，结果很容易的就得到了(这里没有给出最终计算结果，感兴趣的话可以自行计算)。案例的整个过程是要始终保持一种问题驱动感，为解决出现问题就需要学习一个新的知识，环环相扣，学完以后还要继续学习新的知识，直到把所有需要学生掌握的知识点全部学完后才能最终实现解决问题的目的。要给学生一种知识不是枯燥的、零散的和无用的，知识的结构化积累是培养分析解决问题能力的有效武器。

3 结 语

通过结合消防实际和高阶性思维引入案例，进行小组化学习和探究式学习及解决问题过程中不断融入具有挑战度的知识与解决问题的方式方法，不断改进教学模式，从而使学生真正的动起来，练起来和学起来，变被动学为主动学，变要我学为我要学。当然案例的使用也不是一成不变的，根据所面对学生的基础不同，可适当增加或减少不同环节间衔接的挑战度的多少来实现教学效果。比如与物理知识的联接和数学公式的求算根据不同的学生可作出不同的要求。