基于成果導向的物理化學教學模式研究

楊喜平，盧明霞，楊新麗，劉廣宇

(河南工業大學 化學化工與環境學院，河南 鄭州 450001)

我國加入了《華盛頓協議》、成為該協議簽約成員，標志著具有國際實質等效的工程教育專業認證的帷幕在我國已經拉開。工程教育專業認證遵循三個基本理念：成果導向、以學生為中心、持續改進。用成果導向、以學生為中心的教育理念引導我國工程教育改革以及整個的教育教學改革，具有重大的理論價值和現實意義。

1 成果導向的教育理念

成果導向教育(簡稱OBE,亦稱能力導向教育、目標導向教育)作為一種先進的教育理念,是指教學設計和教學實施的目標是學生通過教育過程最后所取得的學習成果，OBE提出：我們在教育教學中想讓學生取得的學習成果是什么？為什么要讓學生取得這樣的學習成果？如何有效地幫助學生取得這些學習成果？如何知道學生已經取得了這些學習成果？而學習成果代表了一種能力結構，這種能力主要通過課程的課堂和課后拓展及實踐教學來實現。

2 成果導向的教學設計

成果導向教育遵循反向設計的教學原則，是從社會、學校和個體成長需求出發，由需求決定培養目標，由培養目標決定畢業要求，再由畢業要求決定課程體系和具體的課程設計。

物理化學是研究化學系統中物質的結構及其變化規律的科學。物理化學所蘊含的世界觀和方法論，是化學學科思維的最重要組成部分，是化學化工、應化、材料、生物、糧油等專業的理論基礎，為了充分發揮物理化學教學在學生知識傳授和素質、能力培養的引領性、關鍵性作用，全國高等學校教學指導委員會制定的《物化建議》強調目標導向和產出導向的教學，強調關注學生的知識、素質和能力培養[1-2]，結合我校化學工程專業認證，我們制定了與專業畢業要求匹配的課程具體目標(表1)。

表1 物理化學課程與培養目標(或畢業要求)能力結構的映射關系

3 成果導向的教學實施—混合式教學

在充分調研、科學論證和長期實踐的基礎上, 我們提出了課堂教學目標上從知識掌握向知識、能力和人格協調發展轉變, 教學方法上以產出為導向、教學模式基于“互聯網+教育”背景的混合式教學模式融入了“問題導入式”、“案例式”、“科學探究式”、“線上線下式”、 “翻轉課堂式”、“拓展創新式”等多種教學模式，以期達成物理化學教學對學生能力和素質培養的總體要求。

將成果導向的混合式教學模式應用于物理化學熱力學第一定律的熱化學標準摩爾生成焓和標準摩爾燃燒焓的教學中取得了優秀的教學效果。

3.1 教法與學法

物理化學標準生成熱(焓)和標準燃燒熱(焓)這節內容涉及基本概念及其相關計算，基本概念屬于陳述性知識，而相關計算屬于技能與程序性知識，對基本概念的學習中運用促進注意策略、知識鏈接策略、恰當復習的策略；在保持鞏固基本概念方面，采用精加工策略和列表重建策略、類化策略，通過提問、搶答等促進知識的有效提取。弄清基本公式的使用條件，促進陳述性知識向程序知識的轉化。“問題解決是知識轉化的有效途徑，程序性知識建立的后繼階段是它的應用過程，也是把解決問題的措施付諸檢驗的過程；從陳述性知識到程序性知識的轉化體現了知識學習的連續性和完整性,也體現了能力的養成途徑”[3]。因此具體采用的混合式教學法：①科學探究法：分析實驗數據, 探討結論，聯系實際；結合所學物理知識、物理化學知識來設計一種實驗裝置或儀器來模擬測定蔗糖的燃燒熱；②合作討論：思考與討論；綜合實驗設計作業的完成；③舉例法：標準焓變的計算；④理論與實際相結合：與實驗、實踐相結合，蔗糖，巧克力、面粉物質燃燒熱的測定等；⑤對比、類比法；⑥互動教學法;⑦相對數值法；⑧狀態函數法等[4]。其中，教法和學法的①、②、④、⑤、⑥用來攻克本次課的教學重點—標準燃燒焓的概念 ；通過③、⑤、⑥、⑦、⑧的教學法來突破本次課的教學難點和易錯點-用標準摩爾燃燒焓與用標準摩爾生成焓來計算標準摩爾反應焓的負號差別問題。

學法：學生在老師的引導下，通過自主探究、互動、討論、分析對比等掌握基本概念，相關計算，感悟、領悟學習方法。教學生“樂學”、“會學”、“學會”，其中“會學”是核心，要會自己學、會做中學、會思中學。

3.2 具體教學實施過程

(1)知識點提前布置(上次課)利用教材，課程學習空間進行線下自學；

(2)講好引言，讓學生“一見生情”：通過視頻可燃冰，同時給出問題“民用天然氣的主要成分是什么？”“為什么甲烷會成為低碳經濟時代的主角？”

(3)類比、對比學習新知：通過知識遷移將標準生成焓的概念直接引入標準摩爾燃燒焓的概念；通過引導學生標準摩爾燃燒焓與標準摩爾生成焓的字面含義和物理意義，進行對比，使學生掌握二者的區別和聯系；通過討論和互動環節設置問題，來通過討論的形式辨析、強化和鞏固標準摩爾燃燒焓、標準摩爾生成焓的基本概念及二者的區別和聯系。把傳統的灌輸課堂轉化為對話課堂，達到知識的對話、思維的溝通與對話和心靈的深層次的對話，將“句號”課堂轉變為探究探索的“問號”課堂。

(5)通過兩個基本公式的對比，突破教學難點：為什么兩個計算公式差一個負號？用兩種方法計算出的數據哪個正確？

運用標準燃燒焓與標準生成焓計算標準摩爾焓變的狀態函數法比較，以苯乙烯為例，結合標準燃燒焓與標準生成焓之參考態及其計算過程的示意圖進行對比(見圖1)；通過圖示的方法加深理解標準摩爾燃燒焓與標準摩爾生成焓的概念和相關計算公式；并且引導學生理解相對數值法及其應用，并為以后遇到同類問題提供解決思路和方法。

圖1 標準燃燒焓與標準生成焓之參考態及其計算示意圖

(6)知識應用-低碳能源-可燃冰-愛國情懷。燃燒熱數據的應用舉例-科學探究：通過分析數據, 探討結論及用途。由數據分析得出結論：甲烷-低碳經濟理念中的最佳能源選擇。由能源問題和甲烷的不同存在形態到百慕大“魔鬼三角”釋疑，從1934年蘇聯發現天然氣水合物到我國成為全球第一個實現了在海底可燃冰試開采中獲得連續穩定產氣的國家，以及出陸域天然氣水合物冷鉆熱采技術、泥漿強化制冷方法[5]、水合物孔底快速冷凍取樣方法和高溫脈沖熱敷法開采技術和偉大發明，鼓勵和激勵學生努力拼搏，無論在學習還是以后的工作中要勇于開拓和創新。

(7)拓展升華，安排綜合實驗設計：要求學生根據自己對燃燒反應、對量熱的過程的理解，結合所學物理知識及物理化學知識來設計一種實驗裝置或儀器來模擬測蔗糖或者巧克力的燃燒熱。這既是對熱力學第一定律的復習，對物理化學實驗的很好的預習，又是把知識實施歸類和系統化；同時又是對學生的綜合分析能力和解決實際問題的培養，更是對學生科學探究能力和深層次思維能力的培養。這種教學方式于不知不覺中幫助學生建立能量守恒與轉化的觀念；理解熱效應測量的原理和方法[1]；理解采用容易測量的物理量，通過熱力學函數間的關系，測量或者計算難以測量物理量的思路和方法，達到提高學生綜合素質的學習成果。

將學生置于發展他們的思考能力、設計能力、綜合能力到完成一個完整過程的環境之中，親歷一次有意義的學習經歷，經歷知識的形成過程，培養過程關注高階能力，體現了OBE強調知識的整合，和向開放課堂的轉移，實現時間、空間和內容上的開放。時間上從課內向課外延伸，空間上從教室向圖書館和實驗室拓展，內容上從教材向參考資料擴充。

(8)課堂小結，布置作業。與學生一起回顧、小結本節課的主要知識點，要求學生合作完成設計實驗裝置或儀器來模擬測定蔗糖或者巧克力的燃燒熱。此項拓展作業的完成過程將為提高學生思考水平和學習層次奠定基礎。促進學生充分利用圖書資源，查閱資料，通過小組討論相互學習、相互促進，促進課外學習和自主學習。

4 結論

以成果導向的混合式教學模式有效的實施了知識(等壓熱效應，等容熱效應，標準摩爾生成焓；標準摩爾燃燒焓)、能力(計算各種過程所對應的功、熱和熱力學能變化)和各種素質的高效融合，比如相對基準方法、歸納等一般性科學方法的學習和領悟的訓練，較多地關注了學生的主動參與，關注學生在討論、質疑、探究中，學習知識，感悟方法，完善人格。本此課的創新之處在于將理論課與物理化學實驗巧妙結合，既豐富了教學內容，又與生活、生產比如煤的熱值分析等相結合，進行混合式教學，培養學生對物理化學的興趣和科學探究精神；以成果導向的混合式教學模式，有效地完成從傳統課堂向對話課堂、開放課堂轉變、從知識課堂向能力課堂、向學思結合課堂的轉變，真正做到了以學生為中心，讓學生真正成為學習的主人。