《物理化学》“水的相图”教学单元混合式教学设计_冯玉.pdf

第 51 卷第 2 期2023 年 1 月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.51 No.2Jan.2023物理化学“水的相图”教学单元混合式教学设计冯 玉1,张秀云1,郑婷婷1,孙 鹏2(1 山东中医药大学药学院,山东 济南 250355;2 山东中医药大学中医药创新研究院,山东 济南 250355)摘 要:物理化学课程中“水的相图”在药学实践中应用广泛。为使药学专业的学生更扎实地掌握该知识点,基于混合式教学理念和应用型人才培养的目标,课程采用启发式、讨论式和探究式等多元化教学方法,突出“以学生为中心,专业基础知识和思想政治教育相融合,实现三维目标有机整合”的理念对“水的相图”教学单元进行了混合式教学设计。实践表明,此教学设计有效的提高了教学效果。关键词:物理化学;水的相图;混合式;教学设计中图分类号:G642.0 文献标志码:A文章编号:1001-9677(2023)02-0336-03 基金项目:山东中医药大学基础化学混合式教学模式改革和实践团队建设(No:JG2021005)。第一作者:冯玉(1975-),女,副教授,主要从事基础化学的教学和研究工作。通讯作者:孙鹏(1983-),男,副教授,主要从事中药药理毒理研究工作。Hybrid Teaching Designfor Phase Diagram of Waterof Physical Chemistry CourseFENG Yu1,ZHANG Xiu-yun1,ZHENG Ting-ting1,SUN Peng2(1 School of Pharmacy,Shandong University of Traditional Chinese Medicine,Shandong Jinan 250355;2 Innovative Institute of Chinese Medicine and Pharmacy,Shandong University of Traditional Chinese Medicine,Shandong Jinan 250355,China)Abstract:The phase diagram of water in Physical Chemistry course is widely used in Pharmaceutical practice.Based on the concept of hybrid teaching and the goal of cultivating applied talents,the course adopted a variety ofteaching methods such as heuristic,discussion and inquiry in order to enable the students to grasp the knowledge point.According to the concept of“student-centered,the integration of professional basic knowledge and ideological andpolitical education,and the organic integration of three-dimensional goals”,the teaching unit of“phase diagram ofwater”was designed in a hybrid teaching mode.The practice showed that the teaching design improved the teachingeffect effectively.Key words:Physical Chemistry;phase diagram of water;hybrid teaching design物理化学 是药学院药学专业的必修基础课,其理论和实验方法涉及到药学实践的多个领域,为药学的发展提供了理论和实践的重要基础,为后续药物化学、药剂学、物理药剂学等专业课程的学习打下坚实的基础1-2。水的相图教学单元是物理化学第三章相平衡第二节的内容,着重介绍单组分系统中水的相图的绘制、相图的特点、意义和应用。通过本单元的学习,学生应该掌握水的相图的基本特点,能够运用相律来说明水的系统的状态,并应用于其它的单组分系统相图的理解。鉴于物理化学课程的课时所限和课程的学习难度,在本单元教学设计中采用混合式教学模式,利用学习通平台在线开放课程资源探索混合式教学模式改革3,顺应高校教育的发展趋势,推进信息技术和教育教学的有机融合,提高物理化学教学的效果和效率。除物理化学基础理论知识和技能外,本教学单元的内容和科学家的求真求实,坚持不懈的科学探索精神等思政元素密切相关。因此,课程基于混合式教学理念和应用型人才培养的目标,提出了“以学生为中心、专业基础知识和思想政治教育相融合,实现三维目标有机整合”的设计理念,从知识、能力和素质三个方面完成物理化学理论教学的基本内容和要求4。1 教学单元分析本教学单元之前,学生已经学习了相平衡的基本概念和吉布斯相律的内容,这是相图学习的理论基础。接下来将进行二组分系统相图的学习,需要学生具备相图中点、线、面的基础知识与识别相图的基本能力。因此“水的相图”教学有承上启下的作用。水的相图中点线面的分析属于本节课重点,需要图形和实际相结合,对图形的识别能力要求较高,采用启发式教第 51 卷第 2 期冯玉,等:物理化学“水的相图”教学单元混合式教学设计337 学,以提高教学效果。水的相图的应用属于本节课难点,因此课堂教学中通过图片、视频和文献等形式,引导学生进行理解,同时布置专业相关的拓展延伸作为课后作业,使学生继续就此进行探究、总结。教学中注意思政元素和专业知识的有机融合,注重在传授专业知识的同时引导学生,树立正确的人生观和价值观,培养学生的民族自豪感和对科学的探究精神。2 教学过程设计课堂教学以“线上预习-导入新课新课讲授启发引导-小组讨论实例分析专业拓展和延伸”的思路展开,充分使用图片、视频等教学资源进行混合式教学。具体教学流程见图 1。图 1 教学过程设计Fig.1 Design of teaching process2.1 课前预习教师课前发布学习任务单到学习通平台,学生完成线上预习任务,即学习如何根据水的相变中温度和压力数据表绘制水的相图,并阅读关于我国著名的物理化学家黄子卿教授的学习资料和文献资料 第一个精测水三相点的物理化学家黄子卿5,完成学习通的预习效果测验题任务。2.2 课堂教学 课堂上展示学习通线上学生课前预习数据,教师有针对性地进行点评和讲解,以此线上学习成果,作为线下课堂的学习基础,进而导入新课。根据相率:f=K-+2,说明以温度为横坐标,压力作为纵坐标的 P-T 图可完整地描述单组分系统的状态,以水的相图作为单组分系统相图的典型代表来进行讲解。2.2.1 启发引导展示水的相图的相平衡数据的表格,采用探究式教学法提出问题:水的相图是如何绘制得到的?让学生通过表格,进行观察、思考等途径去主动探究,借助水的相平衡数据,绘制出水的相图,引出水的相图的线、面和点。通过数形结合,激发学生的认知兴趣,借助图表,变抽象内容直观化,突破教学重点和难点。展示水的相图,图形结合进行讲解,分析水的相图的线、面和点,指明和药学专业实践的密切联系。借助黄子卿对三相点的确定的资料介绍,引出三相点及与凝固点的区别,同时引导学生学习黄子卿等物理化学家求真求实,坚持不懈的科学精神和追求理想的科学品质,培养学生的科学探索精神和民族自豪感,通过自然融入思政教育元素,完成课程的专业素养目标。引导学生分析三个面、三条线的意义,指出气-液、气-固平衡线斜率大于零和固-液平衡线的斜率小于零的意义,指出三相点和临界点以及超临界状态的意义。启发学生进行思考,掌握水处于单相、两相共存等不同状态时,需要确定的条件。根据图形结合,说明两相平衡时,温度和压力间具有函数关系。以几何图形的面、线、点为顺序认识相图,即应用数学的方法来解决化学的问题,强调了多学科的相互融合,实现了知识传授和能力培养的双重教育目标。2.2.2 小组讨论,实例分析 展示中国花样滑冰运动员参加比赛的视频,提出问题,进行小组讨论:为什么穿着溜冰鞋在冰上能自由滑行,在地板上却不行呢?指导和鼓励学生运用所学知识,进行思考和讨论以解决实际的问题,以问题引导,培养学生的独立思考能力和分析问题能力,并自然融入思政元素,提高学生的民族自豪感,实现了专业基础知识和思想政治教育的有机统一。2.2.3 专业拓展展示水的相图中的升华曲线,说明制药工艺中冷冻干燥法的工艺条件、优点和在制药中的应用;展示其他单组分系统的相图:如二氧化碳的相图、氮气的相图,总结单组分系统相图的要点;引导学生课下在学习通线上阅读学习二氧化碳溶剂在超临界流体萃取中的应用等拓展资源,锻炼学生将理论知识应用到实践中,以加深物理化学理论知识与药学专业的有机联系。2.3 课后复习课后,教师在学习通平台进行如下的教学安排。首先发布本节课知识点的线上测验题,督促学生下次课前完成,以及时复习巩固本节内容,教师可根据作业质量情况,作为本课堂设计改进的依据;同时发布拓展资料的阅读学习任务;另外,在下次上课前,发布下次课的线上预习任务,督促学生及时预习,为下次课做好准备。学生在学习通线上学习的积分和测验题的成绩作为学生过程性学习评价的依据。另外,教师在学习通班级讨论区或通过 QQ 群私聊沟通等形式,与学生可进行互动交流,及时了解学生复习情况和预习情况,关注学生的学习进展,及时回复、解答学生提出的问题。3 学习效果评价设计3.1 形成性评价在学习通平台通过问卷调查、投票、讨论等课堂活动分别对学生个人即时进行评价,激励学生积极参与,提交自己的答案。通过学习通随机抽取学生课堂提问,提高出勤率和学生的学习参与度。根据课堂活动的结果,及时改进教学方法,提高教学效果。学生线上学习过程形成性评价表得分值分配见表 1。表 1 线上学习过程形成性评价表Table 1 Formative evaluation of online learning processes评价标准和依据分值比例/%按时出勤5按时完成预习10课堂互动(随堂练习、投票、问卷调查、随机提问等)20课堂讨论10课后按时复习,完成课后作业等任务20完成每次章节测验题15完成综合复习考试题203.2 终结性评价考核方式采用线上评价和期末考试相结合的模式,其中线338 广 州 化 工2023 年 1 月上学习成绩占比30%,期末考试成绩占比70%。本教学单元在物理化学期末考试知识点占比应达到 5%以上,以百分制计算要占到 5 分以上。同时借助教务处成绩检测系统,对试题质量、难易度、学生知识掌握情况等进行分析评价。4 板书设计板书设计要有明确的目的性和较强的启发性,要有高度的概括性和清晰的条理性,要有周密的计划性和适当的灵活性。伴随课堂讲授的进行,将本节课的知识点以直观、系统的板书形式体现,清晰明确,重点突出,便于学生的理解和对重点内容的掌握。本单元的板书设计如图 2 所示。图 2 板书设计Fig.2 Blackboard design5 教学反思与改进5.1 存在问题 通过课堂互动与课后测验表明,大部分学生能理解和掌握本教学单元的知识点,少数学生因自主学习愿望和学习能力不足,基础知识掌握等方面存在个体差异,不能及时对知识点总结和消化,要进一步加强对学生的激励性评价的多样性;另外因课堂教学时间有限,课堂上小组讨论不能充分展示,需要在线上完成。5.2 改进措施 课后有针对性地对学生指导,使其达到教学目标。引导学生加强自主学习,引导学生注意运用图形结合的形象思维学习本节内容。课后借助学习通学习平台引导学生对本节课内容进行充分讨论,鼓励学生大胆发言,提出自己的问题。采用多样的激励措施,对于积极发言、回答正确的同学,给与充分肯定和鼓励,建立个人表现和小组表现的积分制,作为过程性学习评价的一部分。6 结 语“水的相图”是“物理化学”相平衡一章重要的教学单元,通过将丰富的图片、思政资料及视频等融入课堂,采用启发式、情景式、讨论式等教学方法,经过合理的线上线下混合式教学设计,以“线上预习,导入新课,课堂讲解,课堂讨论,线上进行专业拓展延伸和课后复习”的思路展开混合式教学,引导学生掌握水的相图的特点和用途等基本知识和能力,进而能够分析和理解其他单组分系统的相图。由简到难,环环相扣,将复杂的物化知识点简单化和条理化,便于学生学习和理解。整个教学过程突出以学生为中心,专业基础知识和思想政治教育相融合,实现专业知识、专业技能和专业素养三维目标的有机整合的理念,充分调动了学生学习的主观能动性,取得良好的教学效果。本教学单元涉及到相图分析,不仅丰富了热力学定律在相平衡中的应用,而且从不同方面展示了理论指导实践的意义,如根据水的相图可形象化解释高压蒸汽其灭菌、冷冻干燥法、超临界流体萃取等方法的基本原理,因此学好本节内容可以激发学生对当前物理化学理论学习的热情,引导学生在自主、探究性学习的过程中发现、总结知识的规律,养成善于思考、具备创新能力的人才;同时借助思政元素的融入培养学生积极向上的科学探索精神,使学生树立正确的价值观和人生观,培养学生的民族自豪感和坚持不懈的科学精神,使知识、技能目标和价值观目标三维一体,各有侧重,相互渗透,融为一体,协调并统一,共同致力于使学生达到药学专业的培养目标,产生良好的反馈和循环。参考文献1 张婧,李东祥,任志华,等.多种记忆方法相结合提高物理化学重要公式的记忆效率J.化学教育,2020,41(22):17-20.2 冯霞,刘俊吉,李松林,等.物理化学全线上教学的策略与实践J.大学化学,2020,35(5):92-97.3 陈琳,杨英,华璐璐“十三五”开局之年以信息化推动教育现代化新发展J.中国电化教育,2017(2):69-75.4 张树永,侯文华,刁国旺,高等学校化学类专业物理化学相关教学内容与教学要求建议J.大学化学,2017,32(2):9-18.5 黄成新,赵匡华,第一个精测水三相点的人J.中国计量,2005,(3):47-48.