以學生為中心的物理化學課程教學模式的改革與實踐*

鄒建新，張鳳春，彭富昌，梁新元

(1.成都工業學院，四川 成都 611730；2.攀枝花學院，四川 攀枝花 617063；3.重慶工商大學，重慶 400067)

物理化學課程是高校材料、化工、冶金類理工科的專業基礎課和必修課，在整個知識體系中起著基礎性和先導性作用，占有極其重要的地位。因此，高校相關理工科專業必須要把儲備和掌握物理化學知識與技術作為一項重要任務，為培養新時代國家應用型技術人才奠定根基。課程所涉及的基礎知識較多，公式推導繁瑣，歷來是高校理工科相關專業中老師難教、學生難學的一門典型課程，卷面不及格率普遍較高，高達50%是比較常見的，已成為授課教師和學生的一塊心病。

高校理工科相關專業堅持“以學生為中心”的教育理念，許多教師試圖從傳統講授法打開缺口，嘗試翻轉課堂、慕課等方法，但教學成效差異較大。有的教師竭力提升自身講課水平，或增加課時數，但忽略了“以學生為中心”的導向，只注重“教”而輕視了“學”，結果也不太理想[1-2]。如何貫徹目標導向性OBE理念，如何落實“以學生為中心”新時代教學指導思想，如何解決物理化學課程難的困境，已成為不少教師夢寐以求的愿景[3-4]。作者結合成都工業學院等高校實際，提出了一種“四元三導一對分”線上線下混合式教學模式，并在物理化學課程中進行了實踐，取得了較好成效。

1 “四元三導一對分”教學模式的原理與流程構建

“四元三導一對分”教學模式中的“四元”是指講授、獨學、討論和答疑等四個教學環節，是以時間為主線的、相互獨立的不同教學過程。“三導”是指精講導學、以案導學和題庫導學等三種指導方式，是以學材為主線的、形式上獨立的不同學習媒介。“一對分”是指將課堂時間一分為二，前半部分時間留給學生，后半部分時間用于教師講授，是以課堂時間掌控權力為主線的、知識吸收與知識輸出相互獨立的不同時段。其流程如圖1所示。

圖1 “四元三導一對分”教學模式示意圖

該流程中，第一節課是學，第二節課是教，在整個大節課中，實際上是將先教后學與先學后教融合在一起。同時，也將討論式教學與講授式教學進行了有機整合，符合學生學習的心理學規律。四元教學法的講授、獨學、討論和答疑等的順序不能更改。教師必須要先講，講完之后學生才能學，學了之后才能反思，反思之后才能帶著反思的結果參與小組交流，交流之后才可以提煉共性問題，提交給老師，進行統一或個別的答疑解惑。基本原理與詳細操作流程如下所述。

1)四元教學法

自班級授課制開創以來，“教師講授”與“學生獨學”是最經典的教學模式，至今也仍是全世界普遍采用的一種教學模式，即“二元”教學法。在“二元”教學法基礎上融入了討論環節的教學模式，即為“三元”教學法。國內教學效果較好的老師，通常都采用“三元”教學法。在私塾或精英教育中，“答疑”容易做到，但在大眾化批量教育中，實施成本較高，譬如2020年獲得國家教學特等獎的四川大學小班制教學改革，投入經費高達2億元以上，且師資力量十分充足，非一般普通院校的人力、物力、財力所能承受。

有些教師尤其是高校中的不少教師認為，教學就是講課，講得好，就教得好了，怎么講都行，教無定法，講無定式。疫情倒逼下的線上教學，暴露了這種認識背后的重大問題：全國高校這么大的群體每天都發生的教育教學的社會活動，它的內核居然是不夠規范的，就是怎么講都可以，怎么講都行，沒有辦法評價誰講得好，誰講得不好。沒有規范，那就是不太科學，不太科學就不能保證教學效果。因此，我國的教學標準尚不夠規范，無法保證效果，亟需變革，走向規范性的四元教學。可以說，“四元”教學法滿足了“以學生為中心”的述求，保證了學生被動聽講獲取知識與主動答疑獲取知識的完整性，是教育教學現代化的必由之路。

2)三導教學法

信息化時代獲取知識的途徑已完全不同于過去，“以學生為中心”理念倡導的是教師引導學習而非“滿堂灌”授課，“導學”能力已成為任課教師的基本功。“三導”包括課堂精講導學、導學案導學、題庫導學等三種。后兩種必需依靠一種信息化教學云平臺來實現。

“課堂精講”要求教師在熟練掌握教學內容的基礎上，只將基本概念、重點、難點以及前后邏輯關系等內容在有限的 45 min 內傳授給學生，克服“滿堂灌”，做到精講留白，以便學生課后自我探索。事實上，現在的學生對教師的事無巨細的講解是不歡迎的，認為低估了他們的智商。

導學案的作用在于指導學生課后獨學，向學生提供一個自我內化時的標準，讓學生課后獨學時知道哪些內容是重點、哪些內容應該掌握到何種程度，是大致了解還是深刻理解，是熟記還是認識即可，是會推導公式還是只記住后會計算即可等等。如：“深入領會自由焓(ΔH)的內涵，融入靈魂深處” “會由標準摩爾燃燒焓熟練地計算化學反應的焓變” “知道如何計算ΔG，牢記ΔG=ΔH-TΔS公式”“記住等壓熱容與溫度的經驗公式：Cp，m=a+bT+cT2”等。導學案既是學生學習內容的廣度與深度的標準，也是期末考核的標準。

題庫的作用還向學生提供了一種獨學的有效訓練工具。僅靠課后閱讀課本、PPT課件的獨學效果通常不如再布置一定量的作業。題庫是題量擴大了多倍的作業，且幾乎涵蓋了所有學習內容，涵蓋了不同深度的內容，便于學生在章節復習、期末復習時開展以問題為導向的探索。如果存在較多類型的題不會做的情況，那么很難說該學生已較好地掌握了物理化學知識。期末試題、題庫與導學案三者應保持一致性，題庫的題量應足夠，才能保證學生獨學的需求。

3)對分教學法

“以學生為中心”的指導思想要求將學習主動權交還學生，教師不能通過“滿堂灌”方式來獨霸課堂時間。“對分”的思路在于將約一半的時間留給學生，只講授約一半的時間，本質上是學生與教師在課堂時間掌控上的權力分割。每次課的前 45 min 由學生自己支配，學生自我深度內化，針對上次課老師講授的新課內容，在課后作業的初步內化基礎上，在課堂上再次深度內化學習。然后，針對問題開展同伴間相互討論，再有不清楚的地方，請求教師答疑。在后 45 min 則由教師講授新課，實現課堂時間上的對分[5]。

2 “四元三導一對分”教學模式在物理化學課程中的實踐

物理化學課程教學內容主要包括熱力學三大定律、化學反應平衡、相圖、動力學等。特點是內容多、公式多、原理深奧難懂。學生深度內化并吃透原理是關鍵，教師引導、答疑是抓手。按照重構后的教學流程與教學方式，作者選用了簡潔易用的“對分易”信息化教學云平臺(當然，也可以采用“雨課堂”“智慧樹”等云平臺)，采用“四元三導一對分”教學模式在材料科學與工程專業的2019級、2020級、2021級共三屆學生的物理化學課程中進行了實踐。教學成效評判主要采用定量的期末卷面(閉卷)考試成績，對比樣本選用同一專業的采用傳統講授方法的2016級、2017級、2018級學生的物理化學課程。教學成效評判同時也采用了定性的學生滿意度測評法。

2.1 期末卷面成績評價

采用傳統講授方法的2016級、2017級、2018級共三屆本科學生的物理化學課程期末卷面(閉卷)考試成績與采用“四元三導一對分”教學模式的2019級、2020級、2021級共三屆本科學生的物理化學課程期末卷面(閉卷)考試成績比對情況如表1所示。需要說明的是，六屆學生所用教材均為《物理化學簡明教程》(邵謙編著)，沒有變化，所用教學大綱、試題范圍、試題難度、題型等均大體相當，變化不大。

表1 不同教學模式的物理化學課程期末卷面成績對比

根據表1可以進行教學模式改革前后成績分析比較。可以看出，2016級、2017級、2018級的傳統講授模式的成績不及格率大致介于50%～70%區間，2019級的“四元二導一對分”教學模式的成績不及格率大致介于20%～38%區間，2020級、2021級的“四元三導一對分”教學模式的成績不及格率大致介于15%～21%區間。平均分也大致由55分提升到60分，再到70分。這里的“四元二導一對分”教學模式與“四元三導一對分”教學模式相比，缺失了一個“以題導學”的題庫。以上數據表明，“四元三導一對分”教學模式在物理化學課程中取得了明顯的教學效果。

2.2 學生滿意度評價

通過對學生的物理化學課程學習滿意度無記名投票發現，2019級物理化學課程一二合班中更喜歡“四元二導一對分”教學模式的占比為26.56%，認為跟傳統講授模式差不多的占比為37.5%，即認同“四元二導一對分”教學模式的合計占比為64.06%(單選)。2020級物理化學課程一二合班中，更喜歡“四元三導一對分”教學模式的占比為97.01%(多選)。2021級物理化學課程三班中，更喜歡“四元三導一對分”教學模式的占比為53.66%(單選)。2021級物理化學課程一二合班中，更喜歡“四元三導一對分”教學模式的占比為93.06%(單選)。另外，對比2019級和之后的兩個年級，可以發現，學生對“四元三導一對分”教學模式的滿意度明顯高于“四元二導一對分”教學模式，說明題庫的缺失對學習效果的影響還是較大的。以上情況表明，與傳統講授模式相比，絕大多數學生更喜歡“四元三導一對分”教學模式。

3 結語

高校要以學生為中心辦教育，以學生的學習結果為中心評價教育，以學生學到了什么、學會了什么評判教育的成效，這些要求是推動教育回歸常識的關鍵所在。只有堅持“以學生為中心”教育理念的課堂教學模式才是科學的高等教育教學模式，才符合學生的心理學認知規律。“四元三導一對分”教學模式的講授、獨學、討論和答疑環節遵從了學生學習的心理學規律，精講導學、以案導學和題庫導學滿足了學生獲得學習援助的述求，課堂時間“對分”在課堂權力把控上落實了“以學生為中心”的指導思想，歸納類作業與深層內化等環節叩擊了學生的人性弱點，誘導了學生自主學習。“四元二導一對分”教學模式相較于傳統講授方法，物理化學課程期末卷面不及格率由50%～70%區間降低至20%～38%區間，“四元三導一對分”教學模式更降低至15%～21%區間，平均分也由55分提升到70分，教學效果明顯提升。喜歡“四元三導一對分”教學模式的學生比率介于54%～93%區間。較好的教學成效展現了“四元三導一對分”教學模式的推廣應用前景。