物理化学教学设计与混合式教学实践

2022-11-24 版权声明 举报文章

物理化学教学设计与混合式教学实践

摘要:为落实“立德树人”的教育根本任务,针对物理化学教学的现状和问题,对物理化学课程进行改革,推出蕴含课程思政理念的物理化学课程。本文以“化学动力学基础——具有简单级数的反应”一课为例,详述在物理化学的教学过程中融合思政素材的路径,带领学生借助化学史感受科学精神,通过中华文化体悟社会责任,并运用混合式教学方法进行教学实践,传授知识的同时达到价值观的引领,润物无声,实现物理化学与课程思政两轨并行,思政课与专业课协同育人。

关键词:物理化学;课程思政;混合式教学;化学动力学基础

《高等学校课程思政建设指导纲要》中明确指出,专业教育课要根据自身特色和优势,深度挖掘提炼专业知识体系中所蕴含的思想价值和精神内涵,科学合理拓展专业课程的广度、深度和温度,增加课程的知识性、人文性,提升引领性、时代性和开放性[1]。课程思政是围绕立德树人的根本目标进行的全方位的教学模式改革,要求教师在各个教学环节中精雕细琢来激活学生,通过知识传授与能力培养润物无声地融入价值塑造,真正实现“三位一体”[2]。物理化学作为化学人才培养的核心课程,已经进入了一个全新的发展阶段,其内涵趋于多元,层次更加丰富,有利于培养学生运用所学观察、进一步解释化学现象背后的本质。由此可见,物理化学课的教学目的,不应仅停留在知识和技术的传授,而应该突出世界观和方法论教学,突出学生综合评价能力、学科思维能力和批判创新能力的培养[3],因此,在化学学科知识的基础上探寻蕴含课程思政理念的物理化学课程的实施路径显得尤为重要。

1蕴含课程思政理念的物理化学教学现状和问题

物理化学课程本身就具有理论性强、概念繁多、公式复杂的特点,许多学生表示对于知识的理解与内化存在难度,通过分析教学内容,反思教学方式,发现正在使用的物理化学教材内容侧重理论知识的传授,使用教材教学的过程中虽然强化了学生的知识素养,却也忽视了学生的三观养成;教师在进行物理化学教学的过程中存在同步进行思政教育的意识,但思政元素与物理化学知识之间仅简单拼接,思政素材往往是作为导入情境,或者一笔带过,思政元素的出现并没有对学生理解理论知识起到很大的帮助;除此以外,教师的教学过程多为教师教、学生听,课堂枯燥单一,物理化学这一领域本身就是集合了化学、数学、物理等学科的综合复杂课程,单一的公式推导与原理学习让学生的学习兴趣被逐渐消磨。基于以上分析,我们认为教学的目的是要实现传递知识的同时帮助学生塑造正确价值观念,实现全方位育人,于是我校对物理化学课程的教学内容和教学形式进行重构:通过对思政素材的挖掘,将思政与化学融合,创新教学方法与评价方法,开发了蕴含课程思政理念的物理化学课程,以期实现专业教学与思政教学双管齐下,培养优秀的栋梁之材。本文以“化学动力学基础——具有简单级数的反应”一课为例,详述蕴含课程思政理念物理化学课程的设计方法与教学实践。

2蕴含课程思政理念的物理化学教学设计

工欲善其事,必先利其器,欲实现思政与化学的协同育人,就要梳理清楚思政线和化学线。基于物理化学教材内容,纵观科学研究历程,可以发现无论是古人的智慧,或者是历史的长河,还是随处可见的生活现象亦或是蓬勃发展的中国技术,都有物理化学的踪迹。我们将民族情怀、科学精神、社会责任、使命担当作为情境素材穿插在物理化学的授课过程中,在激发学生学习兴趣的同时传递科学精神,弘扬文化自信;在夯实理论基础的同时深化立德树人的教育理念。在“化学动力学”这一章节中,我们深刻挖掘与化学动力学有关的思政素材,如表1所示,并通过教学设计将思政线与化学线交织,让课程思政与物理化学两轨并行。在“化学动力学基础——具有简单级数的反应”这一课的设计过程中,我们就通过“挖掘–重构–融合”的模式进行教学设计。

2.1在“化学动力学基础”中挖掘思政元素

2.1.1感受科学精神

傅鹰先生说过:“化学可以给人以知识,化学史可以给人以智慧”[4],因此在蕴含课程思政理念的物理化学课堂上,带领学生顺着化学发展的历史长河,感受科学家们在化学动力学中这一研究领域内前赴后继的努力,不停追求真相,不断开拓创新,可以帮助学生在建构知识体系的同时,提升科学素养。例如在教学化学动力学方程时,带领学生去追溯这一公式的诞生过程:从1799年贝托雷提出“研究化学反应不仅要看是否反应,还要看反应中各个物质的质量及其产物的性质”;到1800–1802年,贝托雷注意到反应速率在一个反应进行的过程中的变化情况;再到1850年,威廉米发现在水溶液中酸催化蔗糖转化反应中,在时间间隔dt内,转化了的蔗糖量与当时尚存在的蔗糖量M成正比。如此从提出、到定性、到定量的研究历程,展示了科学家们从灵感、到发现、到深究的研究过程,这段化学史是简单的数学公式背后科学家们接续奋斗的身影,可以带领学生从感性的认识到科研的魅力,感受故事背后所展现的坚持不懈与锲而不舍,在他们的心中,埋下用科学谋复兴的种子。

2.1.2体悟社会责任

化学知识从不是纸上空言,它们源于生活,又被应用于生活,通常被用来解决生活生产中遇到的各种各样的问题与障碍。在蕴含课程思政理念的物理化学课堂上,可以带领学生发现生活中的化学元素,引导学生利用物理化学知识解决生活生产中的问题,既可以带领他们联系理论和实际,更重要的是可以锻炼学生综合运用知识解决问题的能力,形成“科学态度与社会责任”这一化学学科核心素养。例如在本节课中反应级数的测定正是考古工作中测定文物年代的重要方法,我们国家有着悠久的历史,近几年出土的三星堆文物更是引发了大家热切的关注和讨论,以此作为情境讲述14C测年法的作用和意义,可以帮助学生更好地感受简单级数反应在真实情境中的重要作用。反应级数的应用还体现在药物用法用量的研究中,药物服用的频率是多少、每次服用的剂量是多少,都可以利用一级反应的公式计算得出,这一素材可以让学生深刻体会到物理化学的知识与我们的生活息息相关。通过这两个素材,学生会发现学会物理化学的知识可以解释问题,而学好物理化学的知识可以解决问题,从而带领学生攀登理论的高峰,建设生活的大厦,引导他们用知识武装大脑,用学识为人民服务的责任意识。

2.2将思政元素融入“化学动力学基础”教学过程

在寻找到“化学动力学方程的诞生”“三星堆遗址新发现与14C测年法”“药物用法用量的根据”这三个思政素材之后,如何将思政素材与物理化学知识相融合成为了亟待解决的问题。在对素材分析后,我们重构了教学思路及内容,在传授知识的同时,将“化学动力学方程的诞生”这一素材置于剖析化学动力学方程之前,回溯历史的同时帮助学生了解数学公式的背景和来历,为方程的建立做铺垫;将“三星堆遗址新发现与14C测年法”“药物用法用量的根据”这两个素材作为本节课需要解决的实际问题项目,置于课堂首和尾,采取“提出问题–学习知识–解决问题”的教学策略以形成贯穿课堂的思政线,贯彻科学来源于生活并服务于生活的化学学科思想,不仅为抽象的概念赋以形象的事物来持续激发学习的兴趣,且深化了化学动力学在考古学和实际生活中的应用,更可以牢固树立对于科学的态度与科技服务人类的社会责任意识。

3蕴含课程思政理念的物理化学混合式实践

为顺应教育信息化2.0[5]时代课堂教学改革的需要,满足学生个性化学习需求,改善传统课堂学生被动听讲、单向吸收的局限,让理性的化学与感性的思政真正内化为学生的知识和素养,我校通过将课堂细化为课前、课上、课后三个板块,结合学生的认知规律设计课程环节,这样既弥补了每周一次课的不连续性弊端,也可以在满足整体学习进度统一的前提下最大程度上实现因材施教,同时在“后疫情”时代,混合式教学法设计过程中储备的丰富线上视频素材也可以更加灵活地应对突如其来的网课安排,例如2022年上半年受疫情影响采用网络教学模式,我们通过视频观看,同学线上讨论,教师线上答疑等环节弥补无法线下授课的遗憾,让物理化学课堂更加灵活有趣。线上线下混合教学法的目的在于从方式上或技术手段上改革,如图1所示混合式教学过程,上课前学生自主学习,通过在“中国大学MOOC”网站观看自制“蕴含课程思政理念的物理化学”微课视频,进行课前测试,完成知识的认知阶段;在课程中,以教师讲授、课堂讨论、学生实验、思考引导为主,教师跟据学生实际掌握新知识的情况,通过细讲、精讲、讲练结合的方式,再将重点和难点一一攻破,实现知识点认识的深化阶段;通过物理化学实验课学习,实现知识的扩展阶段;最后在课程结束时,利用“超星学习通”和“微信”进行线上拓展学习,答疑及讨论,并要求学生完成章节内容的思维导图,实现知识的再认识阶段。教学过程如图1所示。以“化学动力学基础——具有简单级数的反应”这一课为例:从教学内容上看,从基础理论应用到高阶性研讨,借助启发式问题引导,从人类认识自然的过程、科学发展的历史角度,深入浅出地进行知识点讲解,不断激发学生的兴奋点,引导学生参与到课堂讨论、分析、评判等教学过程中,帮助学生学会用数学模型的方式来研究化学反应,并用化学反应速率方程式来描述一级反应进程,提升高阶思维能力,培养创新意识。将四川三星堆考古过程及药物释放与本节课的一级反应速率方程的应用有机结合起来,让学生明白知识不再是书本上的死知识,而是可以产生有用价值的活知识,在激发学生学习兴趣的同时,增强学生的民族自豪感和爱国热情,实现了关于科学精神和文化自信的引导与渗透。从教学环节上看,课前教师布置预习作业,要求学生在中国大学MOOC平台上观看“一级反应”微课视频,完成课前测试,并通过平台讨论区或微信提出预习过程中遇到的问题,教师可通过平台获得测试分数,以此作为诊断性评价的量化数据,既是对课前线上学习的监督保证,也是对课堂内容的铺垫,微视频侧重思政案例的讲解,有利于科学思想与价值观念的形成。教学过程中进行形成性评价,针对“如何确定文物的年代”“医嘱上药物用法用量的根据”展开课堂讨论,通过学习通平台的抢答、抽签等环节推进,学生根据刚刚学习过的一级反应和提供的公式展开分析和讨论,有利于课堂气氛的活跃与知识的活学活用。该节的课后作业引入了蕴含思政元素的新题目、思维导图创作的新形式,帮助学生活学活用,通过学习通平台完成化学动力学阶段检测,起到系统检测的作用,有助于学生全面理解书本上的知识。在学期末进行总结性评价(即期末考试)。课堂活动、阶段检测和期末测试均通过学习通平台辅助计分。中国大学MOOC平台和学习通平台各有优势,前者可以使微课视频面向大众,而后者可以进行多样的课堂活动,且两个平台均能实现数据的整理和分析,教师仅需通过EXCEL软件简单操作即可汇总得到学期总评,不仅出错率低,更重要的是省时省力,教师可以将重心放在课程设计和与学生的交流中。在“化学动力学基础——具有简单级数的反应”这一课的教学过程中,我们坚持在课程评价中体现课程思政的理念,通过多渠道讨论互动,全流程学习辅助,全过程数据支持,来验证教学目标的达成情况,具体数据如表2所示。通过数据反馈可以发现,学生都能按时完成预期作业,且慕课微视频的内容有助于学生对于旧知的复习和新知的熟悉,课前的线上学习过程可以起到预热课堂的作用;通过课堂考勤和习题作业可以看到学生对于物理化学课程的学习都能端正态度,从主观上有利于课程的推进;通过对课堂观察可以发现,思政素材可以引发学生热切的讨论,由此可见在物理化学中引入课程思政可以提升学生的学习兴趣与学习热情,帮助学生掌握并运用化学知识;阶段检测成绩从客观上证明,蕴含课程思政理念的物理化学有利于学生对知识的理解和应用。经过对于物理化学课程的改进后,同学们在学习通、中国大学MOOC等平台上表达了自己的对于课程的主观感悟,可见,通过这样的教学,我们不仅完成了专业知识的输入,也做到了全方位育人的教育目标。

4结语

通过开发、设计并实践蕴含课程思政理念的物理化学课程,在物理化学中融合科学精神、社会责任等思政元素,将显性课堂与隐性课堂相结合,利用先进的技术手段来实现教学的连续性,扩大因材施教的限度,最终实现立德树人、三全育人的教学目标。目前,本课程还在不断地完善、探索,希望通过不断的努力和优化,打造成一门深受学生喜爱的课程。

参考文献

[1]教育部关于印发《高等学校课程思政建设指导纲要》的通知.[2022-11-18].

[2]李蕉,方霁.思想教育研究,2021,No.11,108.

[3]张树永.大学化学,2019,34(11),4.

[4]纪敏,王新葵,孙延波,王旭珍,王新平.大学化学,2021,36(1),2007041.

[5]曾秀琼,蔡吉清,徐孝菲,委育秀,李宁.大学化学,2021,36(7),2012029.

作者:候雨佳 王秀英 贾能勤 单位:上海师范大学化学与材料科学学院

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