基于成果导向的物理化学教学模式研究

·２０３·

基于成果导向的物理化学教学模式研究

杨喜平，卢明霞，杨新丽，刘广宇

（河南工业大学化学化工与环境学院，河南郑州　４５０００１）

摘要：以标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓讲授为例，采用先进的成果导向教育理念为指导，对物理化学课堂教学过程进行混合式教

学，制定科学的教学目标和对应的教学策略；精心设计教学过程，使学生亲历一场有意义的学习经历，取得了非常好的教学效果。关键词：成果导向教育；物理化学；教学改革；标准燃烧焓中图分类号：Ｇ６４２　　　　文献标识码：Ｂ　　　　文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１９）１７－０２０３－０２

ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＯｕｔｃｏｍｅ－ＢａｓｅｄＥｄｕｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＴｅａｃｈｉｎｇｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ

ＹａｎｇＸｉｐｉｎｇ，ＬｕＭｉｎｇｘｉａ，ＹａｎｇＸｉｎｌｉ，ＬｉｕＧｕａｎｇｙｕ

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５０００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｗｅｔｏｏｋｔｈｅｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｓｔａｎｄａｒｄｈｅａｔ（ｅｎｔｈａｌｐｙ）ｏｆｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｓｔａｎｄａｒｄｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｈｅａｔ（ｅｎｔｈａｌｐｙ）ａｓａｎｅｘａｍｐｌｅａｎｄｕｓｅｄｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄｃｏｎｃｅｐｔｏｆｏｕｔｃｏｍｅ－ｏｒｉｅｎｔｅｄｅｄｕｃａｔｉｏｎａｓａｇｕｉｄｅ．Ｗｅｃａｒｒｉｅｄｏｎｔｈｅｍｉｘｅｄｔｅａｃｈｉｎｇｔｏｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｃｈｅｍｉｓｔｒｙｃｌａｓｓｒｏｏｍｔｅａｃｈｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｆｏｒｍｕｌａｔｅｄｔｈｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｔｅａｃｈｉｎｇｇｏａｌ，ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｅａｃｈｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｙａｎｄ

，ｓｏｔｈａｔｓｔｕｄｅｎｔｓｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｄａｍｅａｎｉｎｇｆｕｌｌｅａｒｎｉｎｇｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ．Ｔｈｅｇｏｏｄｔｅａｃｈｉｎｇｅｆｆｅｃｔｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｅａｃｈｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｃａｒｅｆｕｌｌｙ

ｍａｄｅｂｙｔｈｅｓｅｐｒａｃｔｉｃｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｕｔｃｏｍｅ－ｂａｓｅｄｅｄｕｃａｔｉｏｎ；ｍｉｘｅｄｔｅａｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄ；ｐｈｙｓｉｃａｌｃｈｅｍｉｓｔｒｙ；ｓｔａｎｄａｒｄｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｈｅａｔ　　我国加入了《华盛顿协议》、成为该协议签约成员，标志着具有国际实质等效的工程教育专业认证的帷幕在我国已经拉开。工程教育专业认证遵循三个基本理念：成果导向、以学生为中心、持续改进。用成果导向、以学生为中心的教育理念引导我国工程教育改革以及整个的教育教学改革，具有重大的理论价值和现实意义。

后拓展及实践教学来实现。

２　成果导向的教学设计

成果导向教育遵循反向设计的教学原则，是从社会、学校和个体成长需求出发，由需求决定培养目标，由培养目标决定毕业要求，再由毕业要求决定课程体系和具体的课程设计。

物理化学是研究化学系统中物质的结构及其变化规律的

１　成果导向的教育理念科学。物理化学所蕴含的世界观和方法论，是化学学科思维的

成果导向教育（简称ＯＢＥ，亦称能力导向教育、目标导向教最重要组成部分，是化学化工、应化、材料、生物、粮油等专业的育）作为一种先进的教育理念，是指教学设计和教学实施的目理论基础，为了充分发挥物理化学教学在学生知识传授和素标是学生通过教育过程最后所取得的学习成果，质、能力培养的引领性、关键性作用，全国高等学校教学指导委ＯＢＥ提出：我们在教育教学中想让学生取得的学习成果是什么？为什么要员会制定的《物化建议》强调目标导向和产出导向的教学，强调

１－２］

关注学生的知识、素质和能力培养［让学生取得这样的学习成果？如何有效地帮助学生取得这些，结合我校化学工程专

学习成果？如何知道学生已经取得了这些学习成果？而学习业认证，我们制定了与专业毕业要求匹配的课程具体目标（表成果代表了一种能力结构，这种能力主要通过课程的课堂和课１）。

表１　物理化学课程与培养目标（或毕业要求）能力结构的映射关系

课程目标

支撑的培养目标或毕业要求

支撑的培养目标或毕业

要求指标点

本课程占该指标点的

％达成度／

课程目标１：通过本课程的学习，使学生

理解和掌握物理化学的基本概念和基本知识；

毕业要求１－工程知识：能够将数学、化学、

指标点１－２：掌握化学基础知识，

工程科学、化工基础理论和专业知识用于解

并能运用数学、自然科学的知识定

决化学工程领域的研究、技术开发、设计等

性或定量分析化学或物理过程

过程中出现的复杂工程问题

指标点２－１：能够运用自然科学和工程技术的基本原理，对复杂工程背景下化工领域研究和设计过程中遇到的具体问题的关键环节进行识别和判断

指标点４－１：能够利用相关基础知识，通过调查研究等手段，针对具体化学工程问题的解决方案进行科学、合理的分析。

４０

毕业要求２－问题分析：能够应用数学、化

课程目标２：掌握物理化学的基本理论、

学、工程科学、化工基础理论和专业知识对

基本计算方法和技能，为学生学习后续

化工领域出现的复杂工程问题进行识别和

课程如化工热力学、化工原理等打下良

表达，通过文献研究对问题进行分析并获得

好基础。

有效结论课程目标３：通过本课程的学习，使学生进一步得到一般科学方法的训练；逐步培养学生利用物理化学基本理论和方法（如热力学方法、动力学方法等），分析和解决物理化学及相关方面的实际问题和能力。

毕业要求４－研究：能够基于科学原理并采用科学方法对化工领域出现的复杂工程问题展开研究，通过方案设计、装置构建、数据获取、分析解释等环节获得有效结论．

３０

２０

　　收稿日期：２０１９－０５－２５

基金名称：河南工业大学教学研究项目－以学为中心的物理化学课程创新教学模式研究（２０１９０２３）作者简介：杨喜平（１９７２—），女，河南巩义人，硕研，副教授，主要从事物理化学的教学与研究工作。

·２０４·

３　成果导向的教学实施—混合式教学

山　东　化　工

ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ　　　　　　　　　　　　２０１９年第４８卷

计算公式差一个负号？用两种方法计算出的数据哪个正确？

运用标准燃烧焓与标准生成焓计算标准摩尔焓变的状态函数法比较，以苯乙烯为例，结合标准燃烧焓与标准生成焓之

）；通过图示的参考态及其计算过程的示意图进行对比（见图１

方法加深理解标准摩尔燃烧焓与标准摩尔生成焓的概念和相关计算公式；并且引导学生理解相对数值法及其应用，并为以后遇到同类问题提供解决思路和方法。

在充分调研、科学论证和长期实践的基础上，我们提出了课堂教学目标上从知识掌握向知识、能力和人格协调发展转变，教学方法上以产出为导向、教学模式基于“互联网＋教育”背景的混合式教学模式融入了“问题导入式”、“案例式”、“科学探究式”、“线上线下式”、“翻转课堂式”、“拓展创新式”等多种教学模式，以期达成物理化学教学对学生能力和素质培养的总体要求。

将成果导向的混合式教学模式应用于物理化学热力学第一定律的热化学标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓的教学中取得了优秀的教学效果。

３．１　教法与学法

物理化学标准生成热（焓）和标准燃烧热（焓）这节内容涉及基本概念及其相关计算，基本概念属于陈述性知识，而相关计算属于技能与程序性知识，对基本概念的学习中运用促进注意策略、知识链接策略、恰当复习的策略；在保持巩固基本概念方面，采用精加工策略和列表重建策略、类化策略，通过提问、抢答等促进知识的有效提取。弄清基本公式的使用条件，促进陈述性知识向程序知识的转化。“问题解决是知识转化的有效途径，程序性知识建立的后继阶段是它的应用过程，也是把解决问题的措施付诸检验的过程；从陈述性知识到程序性知识的转化体现了知识学习的连续性和完整性，也体现了能力的养成

途径”［３］

。因此具体采用的混合式教学法：①科学探究法：

分析实验数据，探讨结论，联系实际；结合所学物理知识、物理化学知识来设计一种实验装置或仪器来模拟测定蔗糖的燃烧热；②合作讨论：思考与讨论；综合实验设计作业的完成；③举例法：标准焓变的计算；④理论与实际相结合：与实验、实践相结合，蔗糖，巧克力、面粉物质燃烧热的测定等；⑤对比、类比法；⑥互

动教学法；⑦相对数值法；⑧状态函数法等［４］

。其中，

教法和学法的①、②、④、⑤、⑥用来攻克本次课的教学重点—标准燃烧焓的概念；通过③、⑤、⑥、⑦、⑧的教学法来突破本次课的教学难点和易错点－用标准摩尔燃烧焓与用标准摩尔生成焓来计算标准摩尔反应焓的负号差别问题。

学法：学生在老师的引导下，通过自主探究、互动、讨论、分析对比等掌握基本概念，相关计算，感悟、领悟学习方法。教学生“乐学”、“会学”、“学会”，其中“会学”是核心，要会自己学、会做中学、会思中学。

３．２　具体教学实施过程

（１）知识点提前布置（上次课）利用教材，课程学习空间进行线下自学；

（

２）讲好引言，让学生“一见生情”：通过视频可燃冰，同时给出问题“民用天然气的主要成分是什么？”“为什么甲烷会成为低碳经济时代的主角？”

（３）类比、对比学习新知：通过知识迁移将标准生成焓的概念直接引入标准摩尔燃烧焓的概念；通过引导学生标准摩尔燃烧焓与标准摩尔生成焓的字面含义和物理意义，进行对比，使学生掌握二者的区别和联系；通过讨论和互动环节设置问题，来通过讨论的形式辨析、强化和巩固标准摩尔燃烧焓、标准摩尔生成焓的基本概念及二者的区别和联系。把传统的灌输课堂转化为对话课堂，达到知识的对话、思维的沟通与对话和心灵的深层次的对话，将“句号”课堂转变为探究探索的“问号”课堂。

（

４）通过举例教学法，来说明如何运用标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓来计算化学反应标准摩尔反应焓变；由特殊到一般归纳得出基本公式：

和

（５）通过两个基本公式的对比，突破教学难点：为什么两个

图１　标准燃烧焓与标准生成焓之参考态及其计算示意图

（６）知识应用－低碳能源－可燃冰－爱国情怀。燃烧热数据的应用举例－科学探究：通过分析数据，探讨结论及用途。由数据分析得出结论：甲烷－低碳经济理念中的最佳能源选择。由能源问题和甲烷的不同存在形态到百慕大“魔鬼三角”释疑，从１９３４年苏联发现天然气水合物到我国成为全球第一个实现了在海底可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家，以及

出陆域天然气水合物冷钻热采技术、泥浆强化制冷方法［５］

、水合物孔底快速冷冻取样方法和高温脉冲热敷法开采技术和伟大发明，鼓励和激励学生努力拼搏，无论在学习还是以后的工作中要勇于开拓和创新。

（７）拓展升华，安排综合实验设计：要求学生根据自己对燃烧反应、对量热的过程的理解，结合所学物理知识及物理化学知识来设计一种实验装置或仪器来模拟测蔗糖或者巧克力的燃烧热。这既是对热力学第一定律的复习，对物理化学实验的很好的预习，又是把知识实施归类和系统化；同时又是对学生的综合分析能力和解决实际问题的培养，更是对学生科学探究能力和深层次思维能力的培养。这种教学方式于不知不觉中帮助学生建立能量守恒与转化的观念；理解热效应测量的原理

和方法［１］

；理解采用容易测量的物理量，通过热力学函数间的关系，测量或者计算难以测量物理量的思路和方法，达到提高学生综合素质的学习成果。

将学生置于发展他们的思考能力、设计能力、综合能力到完成一个完整过程的环境之中，亲历一次有意义的学习经历，

经历知识的形成过程，培养过程关注高阶能力，体现了Ｏ

ＢＥ强调知识的整合，和向开放课堂的转移，实现时间、空间和内容上的开放。时间上从课内向课外延伸，空间上从教室向图书馆和实验室拓展，内容上从教材向参考资料扩充。

（

８）课堂小结，布置作业。与学生一起回顾、小结本节课的主要知识点，要求学生合作完成设计实验装置或仪器来模拟测定蔗糖或者巧克力的燃烧热。此项拓展作业的完成过程将为提高学生思考水平和学习层次奠定基础。促进学生充分利用图书资源，查阅资料，通过小组讨论相互学习、相互促进，促进课外学习和自主学习。

４　结论

以成果导向的混合式教学模式有效的实施了知识（等压热效应，等容热效应，标准摩尔生成焓；标准摩尔燃烧焓）、能力

（下转第２０７页）

　第１７期田素燕，等：建构主义理论的研究型实验教学模式探究

·２０７·

以实验项目“乙酸乙烯酯的乳液聚合”为例，学生依据教师设置的教学情境，对该实验项目进行充分理解，并以小组为单位进行讨论，结合小组成员各自已有的知识和经验，进行人员分工和协作，分别查阅相关资料并及时进行交流和汇总。３．２．２．３　制定方案

实验小组在查阅资料的基础上，准备实验项目所需的原料、设备，并对原料的处理、实验条件的选择、实验过程的控制进行设计，制定详细、可行的实验方案。实验教师对实验小组制定的方案进行评阅和指导，提出相应修改意见并返回实验小组进行修改，修改无误后方可进行实验操作。实验方案的制定过程充分体现了实验小组成员之间的协作以及指导教师和学生之间的协作，有助于培养学生的专业能力和团队协作能力。３．２．２．４　实验过程

建构主义理论强调“做中学”，学生利用实验课时间对自己构建的实验方案进行验证。在实验过程中，学生可进一步对实验所需理论知识进行构建，在培养和强化自己的实验操作技能的同时，对实验过程中出现的问题进行进一步的探讨、分析以及重新构建，真正做到“做学相长”。３．２．２．５　数据分析及结果交流

实验结束后，实验小组对实验数据进行整理分析和深入探究，进一步增强对实验原理的理解，同时依据分析结果可进一步完善已构建的实验方案。实验结束后，各实验小组要对实验项目的构建、实验过程、实验数据处理结果进行交流、探讨，并对实验过程进行反思。

力及创新能力培养的一种教学模式，该模式的评价方式是包含过程性评价和结果评价的师生互评机制，主要包括学生评价和教师评价两部分。学生自我评价有助于提升学生的实验技能和团队协作能力，教师评价有助于教师掌握实验环节的进度以及检验学生理论知识的掌握和实验技能的培养。

４　结论

建构主义理论的研究型实验教学模式是一种新型的实验教学模式，它贯穿于学生学习的全过程。让学生依据已有的知识、经验并借助文献查阅、小组讨论等方式对实现项目进行自我建构，同时教师可对实验项目建构内容进行指导和进一步凝练，制定出有针对性的实验项目方案，以适应不同层次学生对实验理论知识的掌握和对实验技能的培养。通过该实验模式在材料科学工程学院的具体实施情况来看，研究型实验教学模式以问题为导向，以对实验项目的自我建构为抓手，培养学生自主学习、能力自我提升过程，实现了实验教学由以教师为中心到以学生为中心的转变。建构主义理论的研究型实验教学模式，以教育规律为根本，同时体现了创新创业型大学课程改革的迫切要求。该模式的实验教学，学生可利用已有的知识并通过学习探索去分析问题、解决问题，进而提升学生解决实际问题的能力；同时又有助于培养学生团结协作能力。

参考文献

［１］叶　松，周　萘，王　海．高校材料科学与工程专业本科实

验教学改革的思考［Ｊ］．教育教学论坛，２０１８（４）：１３１－１３２．［２］陈　松，朱德贵，楚珑晟．材料科学与工程专业课程中的时

间教学融入和协调［Ｊ］．实验科学与技术，２０１７，１５（５）：１０６－１０９．［３］陈前赫，材料科学与工程专业立体实践教学改革研究［Ｊ］．

高师理科学科，２０１６，３６（３）：９０－９２．［４］孙桂芳，朱世敏，汪应玲，等．材料专业实验教学改革的探索

Ｊ］．教学研究，２０１３，３６（３）：９８－１００．［［５］贾曼丽．基于建构主义的ＥＳＰ项目化教学模式探索［Ｊ］．当

代教育理论与时间，２０１３，５（１）：５５－５６．［６］张筱松，李　菲，陈振斌，等．研究型教学模式的特点和实施

Ｊ］．课程教育研究，２０１８（４８）：４－５．策略［

［７］李　洁，丁　峰，苏永元，等．关于研究型教学模式及实施方

式的构想与实践［Ｊ］．高等教育研究学报，２０１８，４１（３）：１１６－１２０．［８］陈　巍，陈国军，郁汉琪．建构主义理论的项目式教学体系

建构［Ｊ］．实验室研究与探索，２０１８，３７（２）：１８３－１８７．（本文文献格式：田素燕，郑秀文，马　军．建构主义理论的研究型实验教学模式探究［Ｊ］．山东化工，２０１９，４８（１７）：２０５－２０７．）

３．３　研究型实验教学模式的评价

建构主义理论下的研究型实验教学评价与传统的实验报

８］

告评价模式相比，更注重过程性、综合性评价［。３．３．１　过程性评价实验结束后，根据学生在实验过程中具体表现，并结合文献查阅、实验方案建构、实验报告撰写、实验项目方案凝练进行过程性、综合性评价，实现评价的重心由理论知识到综合技能的转变。过程性评价方式，既有利于学生对所学知识和技能的巩固，同时也有利于教师发现实验教学中存在的不足，以便于改正和提高。３．３．２　非标准化评价研究型实验教学模式下，实验小组根据已有的知识、经验，并借助文献查阅、实验教师指导等，实现对实验项目的不同构建。例如实验项目“乙酸乙烯酯的乳液聚合”，各实验小组建构的实验方案以及最终的实验结果各不相同，实验项目考核评价来源具有不确定性和非标准化的特征。非标准化化的特征有助于培养学生利用所学知识理论分析、解决问题的能力。３．３．３　师生互评

研究型实验教学模式是以学生为中心的注重学生实践能

檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻檻（上接第２０４页）（计算各种过程所对应的功、热和热力学能变化）和各种素质的高效融合，比如相对基准方法、归纳等一般性科学方法的学习和领悟的训练，较多地关注了学生的主动参与，关注学生在讨论、质疑、探究中，学习知识，感悟方法，完善人格。本此课的创新之处在于将理论课与物理化学实验巧妙结合，既丰富了教学内容，又与生活、生产比如煤的热值分析等相结合，进行混合式教学，培养学生对物理化学的兴趣和科学探究精神；以成果导向的混合式教学模式，有效地完成从传统课堂向对话课堂、开放课堂转变、从知识课堂向能力课堂、向学思结合课堂的转变，真正做到了以学生为中心，让学生真正成为学习的主人。

［２］顾佩华，胡文龙，林　鹏，等．基于“学习产出”（ＯＢＥ）的工程

教育模式－－－汕头大学的实践与探索［Ｊ］．高等工程教育

２０１４（１）：３６－４７．研究，

［３］杨玉东．陈述性知识与程序性知识的教学策略［Ｊ］．天津师

范大学学报（基础教育版），２０１０，１１（３）：１８－２１．［４］杨喜平，张玉军．物理化学的科学探究式教学研究－－以标

准生成热（焓）和标准燃烧热（焓）为例［Ｊ］．化学教育，２０１５（１６）：１５－１７．［５］周伟红，曲保中．新大学化学［Ｍ］．４版．北京：科学出版社，

２０１８：２２９－２３１．（本文文献格式：杨喜平，卢明霞，杨新丽，等．基于成果导向的物理化学教学模式研究［Ｊ］．山东化工，２０１９，４８（１７）：２０３－２０４，２０７．）

参考文献

［１］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．