多媒体与PBL结合对工科物理化学的应用

摘要：物理化学是理工科专业的重要专业基础课,以物理的方法和思维研究化学问题。对于工科专业的学生而言,普遍存在着理论难度大,公式多,课时有限的问题。学生在学习过程容易逐渐失去兴趣而影响后续专业课程的理解。基于问题的学习法(PBL)是以问题为驱动来开展的互动媒体支撑下的新型学习方法,让学生积极参与到课堂教学中来,有助于工科物理化学的教学效果提升。

关键词：物理化学；PBL；教学改革与实践；工科化学

“物理化学”是一门理论性与实践性兼重的课程,是化学、化工、材料、环境、医药等相关专业开设的一门非常重要的专业基础课。物理化学的基本特征就是把研究物理的方法应用到解决化学问题中。针对各种化学现象和体系,它通过物理科学的理论及实验方法来分析、探讨和总结化学的基本规律,形成化学的基本理论。该课程理论性强、公式繁多且往往具有特定应用前提,同时需要结合高数和物理科学的知识,使得该课程理解难,内容深,不易掌握[1]。对于初次学习本课程的学生而言内容抽象,理解困难,如何指导学生获得扎实理论知识、高超的实验技能的基础上,掌握并创新性的应用到实际生产与研究中具有极大挑战。“互联网+”时代来临,翻转课堂、微课、慕课纷纷来袭,而我国的高等教育也从精英教育向大众教育转化,教育质量成为一个突出的问题。教师如何寻求更为积极有效的教学方式,给学生多元化、全方位的学习指导是一个关键[27]。“以问题为基础的学习”(PBL)教学模式作为一种优秀的教学模式,它倡导以学生为中心、问题为指导,通过将学习设置到有意义的情景中,推动学生学习、讨论、相互合作,实现分析并解决问题,进而掌握相关的科学知识。把“互联网+”时代下的PBL教学应用到工科学校的“物理化学”课程教学中,运用计算机和网络丰富教学,培养学生自主发现问题、分析问题并解决问题的综合性创新能力,对于工科专业的学生学习将会有极大的帮助。

1物理化学教学改革的目标

“互联网+”时代下的PBL教学要求学生对“物理化学”的学习具有探索性、主动性。在“物理化学”的教学中,传统的灌输式教学与其他课程一样,一般是“老师讲,学生听”,这种方式是均是以教师为中心,学生处于被动接受知识的地位,学生在学习过程中不能发挥学生的创造性和主观能动性,只能跟随老师的思路来学习。“互联网+”时代下的PBL教学模式是以学生为中心,以综合解决问题为目的,学生通过互联网平台进行知识点讨论、查资料或请教老师等多种方式来解决问题,这就使得学生的学习由被动变为主动,有目的的探寻问题的答案的过程对学生的综合能力的培养具有极大的帮助。“物理化学”课程的内容比较抽象,难懂,里面包含了大量的公式以及其推导过程,需要较为扎实的高等数学知识。传统的多媒体教学方法虽然可以将公式的推导过程以及重点呈现在学生面前,但学生没有时间深入理解原理。“互联网+”时代下的PBL教学有助于激发学生对“物理化学”的学习兴趣,培养独立分析化学原理和解决类似热力学与动力学问题的能力。而在PBL教学法中,我们在课程的开始就以具体理论和实际问题为引导,推动学生自主学习,通过大量的查资料,来解决这些问题,这样整个过程就是学生积极主动学习的过程。同时学生在利用互联网等多种媒体手段对知识进行分析、判断、综合、理解的过程不仅能够培养学生分析问题和解决问题的能力,还能培养学生的主观能动性,极大地丰富学生的知识体系。

2PBL教学模式在物理化学课堂中应用的难点

“互联网+”时代下的PBL教学模式相较于传统的教学模式其优势非常明显,但这种新型的教学模式在物理化学课程的教学实施中也存在一定的问题。虽然传统多媒体教学模式常以大班全程灌输,教师为主体进行教学,所有的进度、内容、方法由任课教师决定,对学生的兴趣、爱好、能力等不能有效兼顾。但传统多媒体教学方式仍然有其不可替代之处,主要表现在教师通过多年实践教学经验,能够抓住问题的要点,解题的思路,在有限的课堂教学时间中快速的让学生理解物理化学的一些知识体系。PBL教学模式强调“以学生为主体、以问题为中心”,先进的图书馆、文献检索系统、精品课程、微课、慕课以及学习软件等都可以帮助学生完成自助学习,学生可以针对一个具体问题,逐步深入,大胆求证。但部分同学没有主观能动性,不能自主查找资料来获取知识,习惯于传统的教师为主体的教学方式,找不到解决实际问题的思路等。PBL教学模式在实际应用中存在的另一个问题就是考核方式的差异。这是因为传统的教学模式是靠一张试卷来评价学生掌握效果,一切均以试题来量化。而PBL教学模式下,学生的学习效果却很难量化,虽然学生自学并进行了相互的协作,提高了自身的解决问题的能力,但并不意味着学生就可以取得良好的考试成绩。要想合理的评价学生的综合能力,就必须要不断完善PBL教学模式下的考核评价机制。PBL教学模式的学生考查可结合学生讨论会发言的质量、数量及资料查找、总结报告能力进行综合评价,从而考查学生思考、分析问题及应用基本概念解决实际问题的能力,而且另外可以进行物理化学科学知识的理论考试。将分散考核和期末考试相结合,在一定程度上可以促进学生自主学习,较为客观地判断了学生的综合能力,与课程的进行形成良性循环,对考试改革有一定的促进作用。

3“互联网+”时代下“物理化学”的PBL教学流程方案初探

“互联网+”时代下的PBL教学中首先需要教师根据学生个人特点和兴趣爱好,设计问题,制定学习目标,在通过网络平台为学习者提供一定量的学习资源链接。学生可以根据兴趣爱好进行课题分组,要求通过查询多媒体资料对问题进行分析、讨论问题从而解决问题,以达到学习的目的。具体过程为如下。

3.1分组

为了提高分组学习的兴趣并提高讨论质量,小组学生们需要相互认识,并建立团队学习基本规则,创建积极愉快的学习氛围。可以学生自行组建小组,也可以教师分配,通过自我介绍及问题讨论逐渐熟识,建立合作小组。

3.2问题讨论

教师提出包含关键知识点的理论观点或实际问题,鼓励学生开始讨论。学生可以通过在黑板记录问题,并围绕问题分析解决思路,大家集思广益,进行头脑风暴,最终确定需要学习的知识要点和研究方案。在问题讨论过程中,教师可以通过提问方式引导学生,比如:“要解决这个问题我们需要哪些方面的知识?”,“这些知识应该如何具体解决问题?”。通过这些问题激发学生兴趣,建立学习目标,同时教师需要观察小组的学习情况,及时纠偏或提醒学生根据问题调整目标。学生可以向教师提问题,进而获得相关信息,也可以自行查找文献资料、开展实验或其它研究策略来收集更多关键资料。通过对关键资料的分析,学生可以确定解决问题的基本概念、公式等,即知识要点,进而掌握它们。随着学习的不断深入,学生掌握的知识要点会逐渐构成知识网络,从而实现自主学习。

3.3二次讨论

小组成员再次集合,沟通他们查阅、掌握的知识要点及解决问题原理,甚至提出基于知识要点的新问题。更为重要的是,在讨论过程中学生们要学会评价自己的信息以及他人的信息,判断解决问题的合理性和逻辑性等,这是提高他们思辨能力的重要途径。

3.4总结报告

各小组通过各种不同方式来汇报他们讨论过程及最终的结论。除了解决所讨论的问题,PBL更为关注培养学生学会解决问题的思路及背后的关系和机制。

3.5升华

为了提升学生学习能力,学生们要及时总结思考问题、解决问题的思路与过程。通过分析新问题与以前所遇到的问题的共同点与不同点,进而构建知识网络以解决新问题。尤其是通过分析自己及他人的表现,学会向同伴学习并形成团队合作,对于培养新时代专业人才具有重要意义。从教学的角度,教师可以深入接触学生,了解他们兴趣、爱好和个性特点,分析学生的个体差异,实现因材施教,密切师生联系,加深师生感情,形成双向交流的新型师生关系。总之,“互联网+”时代下的PBL教学模式有利于学生更好地记忆、理解、运用知识。在现行教育体制理论与实践脱节的现实下它是很好的解决方案。它有助于培养学生创造性思维能力和综合分析的能力,能培养自主学习和解决实际问题的能力,团队合作和组织协调能力,这与现代社会对人才培养的要求基本一致,值得推广和实施。但是在推广实施过程中还存在很多的问题,针对这些问题我们可以采取逐步过渡的方式,先在对部分内容进行PBL教学模式试点,在实践中不断探索,努力克服传统教学模式的弊端,促进PBL教学模式的推广,使我国的教学模式更科学、合理、高效。

4结论

化工类本科生的物理化学课程教学对学生的专业课学习至关重要,探索高校的教学和学习方法具有重要的理论和实际意义。互联网为学生的自助学习带来了极大的便利,但有效利用网络媒体,提高学生学习的主观能动性仍然存在一定的难度。PBL教学模式将有助于培养学生的创造思维能力和解决实际问题的能力,同时有助培养团队合作和组织协调能力,对于培养理论联系实际的工科应用型人才有积极帮助,针对PBL新型教学方式在物理化学课程中的应用还需要积极探索,不断促进其推广。

作者：韩润林 刘小兵 李光兰 单位：井冈山大学化学化工学院 大连理工大学石油与化学工程学院