PBL 教学方法在物理化学课程教学中的应用探索——以热力学第一定律教学为例

黄斯珉，张志凌，元武智

（东莞理工学院化学工程与能源技术学院，广东东莞，523808）

0 引言

随着基础科学的快速发展，传统的以教师讲授为主的授课方式已经不能很好地满足老师和学生的需求。为了更好地适应新发展趋势，提升教学质量，教师需要在教学过程中引进更为先进的教学方法。PBL 教学方法作为一种新式教学方法，也被称为问题驱动教学法（Problem-Based Learning， PBL）。PBL 教学法不同于传统教学法。传统教学法基本上是先学习理论知识再解决问题；而PBL 教学法是一种以学生为主体，以问题为核心和导向规划学习内容，让学生积极主动围绕问题展开学习并且寻求解决方案的一种学习方法［1］。这种教学方法对教师的要求较高，教师必须具备较强的课堂掌控能力和引导能力。PBL 教学法能够提高学生学习的主动性和目标性，提高学生在教学过程中的参与程度和主观能动性，做到有的放矢，活跃学生的思维。

物理化学课程是一门重要的基础课程，是物理学与化学最早相互渗透的一门交叉的边缘学科，也是化学及化工、材料、生物等学科的理论基础，被称为“理论化学”和“化学的灵魂”。物理化学课程是化学、材料相关专业研究生入学的必考课程，对培养学生创造能力，提高学生素质有极其重要的作用。该课程旨在使学生在先行课程的基础上，运用物理和数学的有关理论与方法来研究物质化学运动的普遍规律，从理论上给予更深刻、更本质的说明。物理化学是发现并建立化学体系中特殊规律的学科，在基础化学中有着极为重要的意义。

1 物理化学课程教学

1.1 物理化学课程简述

物理化学是探索化学变化规律的一门科学，它从物质的物理现象和化学现象之间的联系入手，在实验方法上主要采用物理学的方法，公式推导过程则运用高等数学的知识。物理化学这门课程的特点主要有：（1）逻辑性强，内容前后联系紧密；（2）公式的应用条件严格，具体变化较多，解题比较灵活；（3）理论性很强，同时极具实践性。

1.2 物理化学教学普遍存在的问题

物理化学是一门理论化学课程，其中涉及的概念非常多、公式非常复杂，抽象难懂，因此学生在学习的过程中往往会觉得枯燥，难以集中精力。在学习过程中，物理化学课程教学主要存在以下几种问题：

（1）现阶段，高校中大部分讲授物理化学课程知识的教师采用的是传统的教学方式，他们注重物理化学基本原理及方法的传授，在课堂实际教学过程中局限于知识的理解和传授，而没有很好地理解文本和实际专业知识间原有的密切关系，同时忽视了对学生知识能力的培养，使学生处于一种死记硬背的被动、机械的状态，当问题脱离了课本，学生们就不知所云，难以将理论联系实际。

（2）当前的一些高校依旧采用大班教学的方法，学生人数众多，学习基础参差不齐，教师的授课模式难以对所有学生适用。且部分教师在教学前未做好充足的准备，致使教学质量不佳，学生的问题不能得到及时回答，导致学生的积极性不高，“能混则混”的心态存在于部分学生之间。

2 PBL 教学方法简述

PBL 教学方法需要教师先根据知识体系提出问题，然后由学生对提出的问题进行具体分析。这一步主要是由学生们来完成的，可以根据教学课程的不同让学生们分组讨论或者独立思考，其间，最好让每一位同学都提出自己的看法和理解，教师主要负责引导同学进行思考，使其不偏离问题的主线。其后，即解决最开始提出的问题，在上一阶段分析问题的基础上让学生们结合课堂讲授，自行给出解决问题的方案。最后是结果评价，包括自我评价、小组互评、教师评价等。

问题设计是PBL 教学法的基础，应当遵循以下几个原则［2］：一方面需要明确目标，设计问题时需要始终围绕着教学目标来展开，教师也需要提前做好课程的准备及对学生具体情况的了解。设计的问题应该有明确的主线，逻辑性强，由浅入深，由易到难，给予学生以明显的层次感，越简单越清晰越好，以便激发学生的学习兴趣，达到使学生自我思考，积极参与的目的。另一方面，设计的问题应难度适当，尽量贴近日常生活，生动有趣，可结合日常生活和工业生产增加问题的生动性和趣味性［3］。

3 PBL 教学法优缺点

3.1 PBL 教学方法的优点

相比于传统的灌输式、填鸭式教学法，PBL 教学法主要有以下几个优点。

（1）PBL 教学法是以学生为中心和主体，促使学生在学习过程中主动探索、思考。PBL 教学法是以学生为中心、以问题为基础和导向，使学生通过讨论、查资料、调研等多种方式获得解决问题的方法和答案，由被动变为主动、由盲目变为有目的地探寻问题的答案。其间，学生的角色发生了本质的变化，学习效果也明显更好［4］。

（2）PBL 教学法以问题为主导，强调每一位学生共同参与。PBL 教学法主要围绕问题展开，它让学生们围绕问题去查资料、讨论及验证自己的想法。

（3）PBL 教学法能激发学生的学习兴趣，培养其思考和解决问题的能力［5］。PBL 教学法能使被动学习转变为主动学习，在解决问题的过程中给予学生的能力及所付出努力的肯定。在不断地思考和解决问题的过程中，学生们会经历对知识的了解及反复巩固加深的过程。

3.2 PBL 教学方法的缺点

PBL 教学法存在教师监管力度不够、组员之间合作有一定的难度、组长领导力不够、评价项目效果不够多样化等弊端。然而只要师生围绕PBL 教学法共同努力、积极配合，便能够很好地避免这些弊端。

4 实例分析

根据教学存在的问题，以“热力学第一定律”为例，将PBL 教学理念引入物理化学课程中。热力学第一定律涉及热现象领域内的能量守恒和转化定律，反映了不同形式的能量在传递与转换过程中的守恒。为了使授课过程更加直观有趣，可以在讲授具体的热力学第一定律的定理前设计一个热力学第一定律定性小实验。

实验仪器：篮球，温度传感器，气针。

实验过程：先测得篮球及里面气体温度值，再将篮球使用气针进行放气，放气时测得气体温度下降。

根据这个小实验，教师可以先让同学们自己设计问题，再根据所要讲授的内容及小实验设计以下几个问题。

指定一个具体体系，思考体系和环境之间存在着怎样的物质或者能量交换；为什么篮球放气时，放出的气体温度会降低，其中存在着怎样的物理化学原理；内能、热和功之间的转化是否存在一定的联系。

在这些问题的引导下，教师可以引领学生进行相关的思考。将学生自由地分成不同的小组，让学生通过组内发言以及组员汇报的形式对问题进行思考。篮球放气时气温降低是因为放气时相当于气体对外做功，气体内能减少，故而温度降低。

接着，根据这个答案引出热力学第一定律定义：物体内能的增加等于物体从外界所吸收的热量和外界对物体所做的功的总和［6］，表达式为△U=Q+W。系统处于绝热状态时，功只取决于系统初始状态和结束状态的能量，和过程无关。孤立系统的能量永远守恒。系统经过绝热循环，其所做的功为零，因此第一类永动机是不可能存在的。能量不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，也就是说能量守恒。

经过以上的学习过程，教师最后可以让学生们开展自我评价、小组互评等，给出最后结果，反馈给学生，进而圆满完成学习过程。

5 结语

PBL 教学方法是一种先进的教育理念，将其和物理化学课程教学实践联系起来有极其重要的意义。PBL教学方法的落实以学生为中心，以问题为导向，教师负责引导，从提出问题、解决问题、自我提升三个方面出发，使学生在学习的过程中参与思考，活跃思维，增强学习的积极性，培养自主学习能力。