問題式教學在二組分金屬相圖的繪制實驗中的應用*

程敬泉

(衡水學院應用化學系，河北 衡水 053000)

問題式教學是蘇聯(lián)教育心理學家馬丘什金、馬赫穆托夫等提出的一種發(fā)展性教學理論和方法。該教學法是一種以學生為中心，小組討論形式為主導的教育理念[1]。

物理化學實驗是以物理化學理論教學為基礎的一門獨立的實驗課程，是衡水學院化學、應用化學、高分子材料與工程、化學工程與工藝專業(yè)的一門必修課程。物理化學實驗以驗證性實驗為主，傳統(tǒng)的教學方式是實驗前教師講解實驗原理、步驟、實驗儀器的使用方法、注意事項等，這種傳統(tǒng)的教學模式導致整個實驗過程中學生只是一名“操作工”，只要按實驗步驟完成操作即可，始終處于被動學習狀態(tài)，缺乏獨立思考過程，學習效果不佳，對學生能力的培養(yǎng)極為不利[2]。因此，我們對應用化學系物理化學實驗課程問題式教學的應用進行了探索研究，針對應用化學系的專業(yè)特點和物理化學實驗課程體系的設置，探討具有應用化學系教育特色的教學方式與方法，力求突破物理化學實驗的傳統(tǒng)教學模式。

1 研究對象

以衡水學院高分子材料與工程專業(yè)本科2017級60名學生為研究對象，分為對照組和實驗組，對照組采用傳統(tǒng)教學法，實驗組采用問題式教學，用預設問題引導學生，以提高學生學習的積極主動性。

2 實驗項目選擇

以二組分金屬相圖的繪制實驗為例，將問題式教學應用于物理化學實驗中。二組分金屬相圖的繪制實驗是我校高分子材料與工程專業(yè)物理化學實驗必做的實驗項目，要求學生學會用熱分析法繪制Pb-Sn二組分金屬相圖，了解純物質和混合物步冷曲線的形狀有何不同，其相變點的溫度應如何確定。

3 實施步驟

實驗前教師先提出問題，學生根據(jù)問題查找資料，設計實驗方案；實驗中學生發(fā)現(xiàn)問題并進行分組討論，教師適當引導；實驗后教師評價、反饋、總結，學生撰寫實驗報告。

3.1 提出問題

針對該實驗，提出如下問題：Pb-Sn二組分金屬相圖是如何繪制出來的？什么是步冷曲線？如何繪制步冷曲線？純組分的步冷曲線具有什么特征？混合樣品的步冷曲線具有什么特征？純組分與混合樣品步冷曲線有何異同？什么是低共熔點和低共熔混合物？常見的亞穩(wěn)狀態(tài)有哪些？為什么會產(chǎn)生亞穩(wěn)狀態(tài)？如何防止亞穩(wěn)狀態(tài)的產(chǎn)生？什么是相律？各符號的物理意義是什么？如何利用相律來分析二組分金屬相圖？要求學生帶著這些問題去查閱相關文獻資料，加深學生對熱分析法繪制二組分金屬相圖的理解；比較純組分與混合樣品步冷曲線的異同；應用物理化學理論知識進行思考、分析，掌握熱分析法繪制二組分金屬相圖的原理和方法，學生在實驗前對實驗結果就有了一定的預期結果，然后通過實驗進行驗證。

圖1 實際的Pb-Sn二組分金屬系統(tǒng)步冷曲線及溫度組成圖

3.2 小組討論

以小組為單位進行分組討論，要求全員參與、積極討論，并做好記錄。然后由組長整理本組的討論結果，進行交流發(fā)言，本小組其他成員進行補充，并且隨時可以提出問題或質疑。教師針對學生討論的問題進行點評，歸納學生在發(fā)言和討論中存在的問題，對問題的討論結果進行總結。教師在討論中給予學生適當引導或提示，促使問題得到解決。

3.3 實 驗

通過對預設問題的分析和討論，學生們在實驗前對實驗結果有了一定的預期，他們帶著問題進行實驗，期待通過實驗驗證預期結果。首先安排學生先做純鉛樣品的實驗，根據(jù)實際數(shù)據(jù)，要求學生畫出純鉛的步冷曲線示意圖，并與預期的純鉛的步冷曲線進行比較，有何不同？并分析討論產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因。有何補救措施？這樣有助于引導學生注意觀察在樣品加熱熔化的過程中，溫度是如何變化的？引導學生注意觀察實驗中的異常現(xiàn)象，并討論分析產(chǎn)生的原因。各組按方案進行實驗，記錄實驗結果。實驗結束，安排學生分小組討論以下問題：在實驗步驟中，加熱溫度為何要設定為380 ℃？當溫度顯示I達到所設定的溫度為何要穩(wěn)定10 min？為何還要把溫度傳感器Ⅱ放入樣品管內(nèi)再穩(wěn)定5 min？記錄溫度區(qū)間是如何設置的？要求學生思考如此安排實驗步驟的原因。單組分系統(tǒng)自由度F可以等于幾？二組分系統(tǒng)自由度F可以等于幾？討論結束后教師進行點評、講解和總結。教師根據(jù)學生討論中的表現(xiàn)、實驗設計、實驗操作和最終實驗報告對學生進行評價、考核。

3.4 結果分析

實驗結束后，對兩組學生分別進行問卷調查，從文獻查閱能力、激發(fā)學習興趣、調動主觀能動性、提高分析解決問題能力、加強同學間、師生間交流等方面對教學效果進行評價。問卷調查結果如下：與對照組相比，實驗組學生的查閱文獻能力、學習興趣、同學互動、師生互動、主觀能動性、分析解決問題的能力均有顯著提高，說明問題式教學對提高學生創(chuàng)新能力和促進師生及同學之間的交流具有重要作用。

增強學生自主學習是問題式教學研究和實施的關鍵，學生獲得問題后，充分利用自己的主動性和圖書館的信息資源，查閱文獻資料，通過自主學習探討，解決相關問題，由“要我學”變成“我要學”，能極大地提高學生的學習積極性和主觀能動性。教師及時將各種問題反饋給學生，讓學生及時地、主動地改進不足，提高實驗能力。通過研究表明，采用問題式教學法進行二組分金屬相圖的繪制實驗，學生實際動手能力和分析解決問題的能力都有明顯提高，團結協(xié)作和自主學習能力均優(yōu)于采用傳統(tǒng)教學的學生。因此，將問題式教學用于物理化學實驗二組分金屬相圖的繪制實驗中，能有效提高教學質量。

4 結 語

以Pb-Sn二組分金屬相圖的繪制實驗為例，將問題式教學應用于物理化學實驗二組分金屬相圖的繪制實驗教學中。

(1)有利于培養(yǎng)學生的邏輯思維能力。與傳統(tǒng)的“灌輸式”教學方法相比，該方法更注重學生能力的培養(yǎng)，通過在學習基礎理論知識后開展問題的討論和分析，讓學生有的放矢地將理論與實踐相結合，培養(yǎng)學生運用物理化學知識思考分析解決實際問題的能力。

(2)有利于師資隊伍建設。在開展問題式教學的實踐中，在每個典型實驗中需要設計相關問題，這就要求從事物理化學實驗教學的教師除了要具有深厚的本專業(yè)知識外，還應當要具備豐富的實踐知識，能夠針對實際提出問題，設計問題。這樣，必然也會促進教師主動學習，不斷更新知識和完善自己，并深入實際，才能在教學中做到游刃有余，促進教學相長。