大学化学, 2021, 36(1): 2009036-0 doi: 10.3866/PKU.DXHX202009036

专题

项目式翻转学习在表界面现象教学中的尝试

张现峰,, 吴中, 郭春燕

An Attempt of Project-Based Flip Learning in the Teaching of Surface Interface Phenomenon

Zhang Xianfeng,, Wu Zhong, Guo Chunyan

通讯作者: 张现峰, Email: zhangxianfeng2008@163.com

收稿日期: 2020-09-16   接受日期: 2020-10-9  

基金资助: 安徽省高等学校省级质量工程项目.  2017kfk113
安徽省高等学校省级质量工程项目.  2019jyxm1160
蚌埠学院校级教学研究项目.  2019JYXML10
蚌埠学院校级教学研究项目.  2018JYXML20

Received: 2020-09-16   Accepted: 2020-10-9  

Abstract

According to the current status of physical chemistry teaching and problems in teaching activities, a comprehensive analysis was carried out, and a teaching mode of project-driven flipped learning was proposed. The project curriculum was optimized and designed to effectively carry out innovative teaching activities. Combined with the teaching content in the chapter of surface interface phenomenon, the specific implementation strategy of this new teaching mode is explained with specific teaching cases. This model helps to cultivate the independence of students thinking and learning autonomy, stimulates students' enthusiasm for learning, and significantly improves the quality and effect of classroom teaching.

Keywords: Project-driven teaching ; Flipped learning ; Physical chemistry ; Surface interface phenomenon

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张现峰, 吴中, 郭春燕. 项目式翻转学习在表界面现象教学中的尝试. 大学化学[J], 2021, 36(1): 2009036-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202009036

Zhang Xianfeng. An Attempt of Project-Based Flip Learning in the Teaching of Surface Interface Phenomenon. University Chemistry[J], 2021, 36(1): 2009036-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202009036

1 引言

传统的教学过程一般包括教师在课堂上讲授知识,以及学生在课后通过实验、作业完成知识的内化。这种规模化、流程化的学生培养模式忽视了学生的个性特点和学习需求。随着信息化和大数据技术的发展,技术强化学习已成为教育发展的重要趋势。教育工作者试图将现代化技术纳入教育环境,使学生处于信息丰富和促进互动的学习环境中。翻转课堂是一种较为新颖的教学模式,通过翻转课堂教学方式能够提高学生学习兴趣,能够让教学活动充满趣味性,改变以往被动教学的现状[1, 2]。与传统教学方式相比,翻转课堂教学突出了学生主体性,在正式上课前教师将课件以视频或图文方式上传到网上课堂,以帮助学生学习基本知识。学生会根据学习情况记录难点问题,在课堂上与老师、同学交流沟通,从而使学生进行更多的课堂活动,有效利用课堂时间[3],教师可以根据学生设计课堂活动,能够实现因人而异、因材而异的翻转学习目的。何为翻转学习?翻转学习是一种教学方法,它将直接教学由群体学习空间转移成一个互动的个体学习空间,由教师引导学生应用概念并创造性地进行主题学习的动态交互的学习环境[4]。翻转学习的目的之一就是培养学生的高级思维。基于翻转学习教学模式,课堂时间不会被额外占用,学生与教师沟通更有针对性和具体性,强化了学生的实践能力和动手能力,大大提升了教学效果。

长期以来,物理化学课程中由于一些概念比较抽象,比如焓、熵、化学势等,需要科学分析才能准确掌握,部分专业学生在学习过程中认为物理化学与中学化学内容相比过于深奥,且学习实践价值并不大,为此很多学生对其投放精力和时间较少。此外,物理化学属于涵盖了化学、物理以及数学等知识点的综合性学科,信息量多、课时有限,教师讲解速度过快,学生来不及思考消化,学习兴趣普遍较低,教学结果不乐观。为此,有不少学者积极地开展了物理化学课程的翻转学习实证研究。结果显示,相比于单一的传统课堂教学,学生更青睐于“线上+线下”的混合式翻转学习模式,因为这样学习不受时空的限制,可以根据自己的步调进行学习。另外,物理化学课程涵盖实验现象观察、模型构建、数学公式推导等过程,特别适合让学生进行合作、讨论、分享。换句话说,物理化学课程相当适合翻转学习模式的开展。

项目驱动式教学法是根据教师指导,将学习内容转化为独立项目,学生根据相应安排分解为若干个小组负责“学习项目”实施和跟进。教师对项目实施过程、实施结果进行监管,并根据项目完成情况对学生进行点评和建议,通过项目跟进和项目完成,学生能更深入了解知识,并将知识运用到项目中。在项目法教学中,项目是教学活动的主线,学生则是教学活动主体,改变了以往“教师讲,学生听”被动的教学模式,并且解决了以往翻转课堂教学模式中学生学习任务不明确、问题不明确、缺乏相互合作机会的问题[5]。项目式翻转学习教学方法具有创新性,它是在原有教学方式基础上进行的改良设计,实现了多元化教学,提升了教学成效,让教与学充分融合,将更多抽象的物理知识点或化学知识点转移到具体项目实操中,让学生能够充分理解和吸收,在学习项目实施和跟进过程中,有助于培养学生的创新意识和创新能力[6]

本文在充分利用现代化教学资源的基础上,结合物理化学的课程特点,以物理化学表面现象一章为例,探讨基于项目式翻转学习的教学模式在物理化学课程中的应用,旨在设计出翻转学习视域下的物理化学课程教学模式,期望为有意进行物理化学翻转学习的教师提供教学参考。

2 项目驱动式翻转学习教学模型设计

物理化学课程的目标之一是培养学生对实际问题所包含物理化学原理的理解,使学生的知识转化为技能,增强学生解决实际问题的能力。通过设定学习项目,设计翻转学习教学方式,激发学生的主观能动性和独立性,更好地实现教学目标。在美国学者Robert Talbert教授提出的翻转学习结构模型基础之上,本文依据翻转学习内涵,以项目驱动教学设计理论为指导,将新教学模型植入到实践教学活动中,构建出了基于翻转学习的表面现象课程教学模式(图 1),具体教学模型分为课前项目驱动、课中知识内化、课后反思总结三个阶段。下面作者从网络教学平台建设、课前预习活动、课中教学活动、课后反馈活动四个方面对物理化学翻转学习教学模式进行解释说明。

图1

图1   项目式翻转学习教学设计


2.1 网络教学平台建设

基于互联网技术的网络教学平台是在原来教学系统的基础上,对教学过程(PPT课件的制作与发布、教学组织、教学互动、学习效果监测和教学评价)的全面支持,搭建课程的网络教学平台,将课程的诸多教学要求固化在网络教学实施平台中,给学生提供更为广阔的探究平台。笔者建议采用超星“学习通”建设物理化学网络教学平台,上传足量的课程教学资源(教学大纲、授课视频、PPT课件、试题集、习题集、电子版教材及其他学习参考资料,也可推荐相关精品课程、慕课网址链接),学生可下载学习资料或在线进行观看学习。

2.2 课前预习活动

教师首先要根据教学目标和学生学习特性分析,选择合适的项目,根据学习章节,学生对知识点掌握情况确定项目方案,将这些资料汇总形成教案,可以是视频形式,也可以是PPT图文形式,通过线上渠道提前发送给学生。其次做好课堂教学活动的规划与设计,对学生进行分组(每个小组3–5人),按小组对要完成的项目设计具体的实施步骤。从学生的教学活动看,学生根据自己选取的项目问题,由小组长负责分配每名成员项目任务,首先通过物理化学课程的网络教学平台,学习教师发布的课程资料,查阅相关文献,探究项目问题,了解并掌握项目对应的理论知识点。

2.3 课中教学活动

首先,教师讲解项目的具体实施目标和要求,然后由每个小组进行项目成果展示,根据展示结果,学生小组进行讨论、互评。其次,教师对学习小组项目完成情况进行验收评定,观察学生是否运用了相关理论方法和理论工具,并给出指导性点评和建议,如:项目完成是否还有更加优化的方法。最后教师通过项目知识讲解,使学生理解掌握相关理论知识点,完成教学任务。

2.4 课后反馈活动

通过学校超星泛雅教学平台或师生微信群的反馈机制,可以及时反映学生在课堂上项目讨论后还存在的疑惑,可以反映出教师在项目评述中存在的问题,让学生与教师之间更好地互动,学生成为了教学活动的主导者,教师在教学中可以对学生进行指导,通过线上渠道,融合教师辅助教学和学生自主学习。教师可以了解学生学习过程中的难点,调整教学计划,并对项目短板进行补充,拓展项目范围从而为下一次教学奠定基础;学生可以根据分解的小组任务合作解决,针对实施过程出现的问题及时反馈,及时讨论并解决,此外还可以通过网络平台,发布学习心得,分享学习经验,提升全班学习效果,通过相互反馈的方式更加灵活地安排教学过程,从而让更多的学生学好这门课程。

3 项目驱动式翻转学习在表界面现象教学中的案例分析

3.1 课前设计项目

教师提出驱动性问题,并以问题设定具有明确目标的项目。基于应用型人才培养目标,根据学生实际情况设计学习项目,同时还需要考虑到学生个体差异,如:学生对知识点的理解能力、对新知识点的吸收能力等。项目设计还须把控好“因材施教、因人而异”的原则,通过项目实施让学生掌握并理解学习知识点,根据项目设计和规划,完成既定的任务目标。表界面现象一章内容涵盖工业生产、科学研究领域的诸多方面,与我们的日常生活密切相关,因此选取此章节内容设计8个学习项目,通过学习通上课程里的“通知”功能,告知学生本章要学习的项目(图 2),供学生小组选择,另外,通过通知的“已读/未读”查看学生有没有及时收到自己的通知内容,提醒学生查阅,不要错过通知的内容。

图2

图2   通过超星学习通布置学习项目


根据这一教学模式,在正式启动“学习项目”之前,学生需要提前做好预习准备,教师可以依托网络教学平台,将预习资料发送给学生,如:我们通过超星学习通学习平台发送预习资料和授课微视频(图 3),学生根据账号登入系统中完成每日预习内容,并记录打卡。学生根据预习资料了解学习项目的内容,并拟定项目实现方案,总结学习心得,同时对于预习过程中遇到的难题或知识点做好记录,以便在课堂中与团队成员或老师讨论。如:在预习毛细管现象这个问题时,学生可以通过课前预习掌握润湿现象和接触角的测量以及附加压力产生的原因等内容。教师也可以在授课视频中抛出问题:为什么下部相连的玻璃管,上面几根粗细不同的玻璃管中液面上升高度不同?与高中物理中教授的连通器原理知识相矛盾吗?通过问题和项目任务的抛出,充分调动学生的积极性和参与度,这样的操作有效缓解了课堂时间的不足,提高了教学效率。

图3

图3   通过超星学习通发送微课视频和预习资料


3.2 课中项目汇报

根据项目式教学计划,需要将学生分解为若干个学习小组,一般人数控制在5–6人左右,设定研讨项目并在课堂上进行讨论分析,对需要解决的化学物理项目问题,拟定技术路线和解决方案,并通过成员分工逐一完成相应的任务,通过这样的方式,能够提高学生的独立思考和独立学习能力,同时还能促进小组成员之间的默契度培养,提高学生的人际沟通能力、表达能力等。为更好完成项目任务,教师需要跟进学生的项目过程,开展有效的引导,要他们学会发现问题并独立解决问题,让更多理论知识点能够运用到项目建设过程中,从而将抽象知识转化为具体知识,让学生更深入地理解知识内容。在这一教学过程中学生不再是被动接受知识,而是成为了课堂的主导群体,教师只需要配合引导即可。在学习过程中,会遇到各种项目难题,团队成员之间可相互讨论,并反复验证设计的技术方案,最终得到解决方案,他们从发现问题到解决问题过程中会产生成就感,学习兴趣也会不断被激发,从而掌握更多知识点。

例如学生在课堂上汇报材料润湿性调控学习项目时(图 4),首先借助唐朝诗人施肩吾的诗句“微风忽起吹莲叶,青玉盘中泻水银”,给我们描绘了一副当微风吹过,莲叶摇动莲叶上的水倾泻而下,就像水银流下一样的画面,然后介绍了致力于仿生界面材料研究的中科院院士江雷教授,并展示了经过处理的羊绒织物的扫描电镜图,超双疏织物产品,自清洁纳米领带等,同时讲解了超双疏材料的制备方法、表征手段、接触角大小测量及计算方法等。学生汇报完毕,教师继续抛出问题:水在荷叶上呈球形,为什么在光滑玻璃上完全铺展,而同样在光滑玻璃上,水银也呈球形,这些差异是怎么造成的呢?学生在生活中可能见过这样的现象,教师引导思索,并组织大家讨论,然后让学生给出回答。又例如水在毛细管中为什么成凹型,并且会上升,而水银在毛细管中呈凸面且下降,上升或下降的高度与什么因素有关?让学生对比研究固体表面与液体表面的差异,针对不同液体在不同固体表面形状差异进行研究,从而确定影响固体润湿性的因素。通过课堂上项目的汇报及讨论,让学生深入了解知识点,提升学生动手能力和独立思考能力。

图4

图4   学生的项目汇报PPT截图


在项目结束之前,需要对项目跟进过程及实施结果进行综合评价,通过评价能够让学生了解自己的短板,并及时补缺,提高学习能力;同时也能根据学生的反应了解项目设计是否还有可以完善补充的地方,以便下次更好地开展。比如针对上面的项目,教师的评价是不仅带我们欣赏了古代诗词的魅力,又让我们了解了我国当前疏水仿生材料研究成果及学者风采,鼓舞了学生的爱国热情,提高了民族自尊心与自信心,缺点是没有亲水性材料的有关介绍。除了教师评价外,学生之间也进行了互相评价。从根本上看项目评价就是运用正确方法分析学习情况,加深对重点难点知识的理解,提高学习成效。

3.3 课后项目总结与反思

完成课堂教育之后,教师与学生需要进行反思总结,教师需要针对学生项目实施过程及实施结果进行总结点评,运用网络系统对项目学习过程中的问题、难题进行重点讲解,同时还要找出学习项目是否存在短板漏洞,对项目重新优化设计,必要情况下还需要对教学计划进行调整,整合分析后投入到新一轮教学项目中使用,从而强化学生的理解和记忆。针对材料润湿性调控学习项目的汇报情况,发现该学习项目需要调研的文献量过大,可能导致对项目中重点难点难以理解,因此,将项目改为两个项目:超疏水性材料研究和亲水性材料最新研究进展,以达到对项目“材料润湿性调控”的学习。对于学生心中的疑惑要及时解决,应分享学习心得,提升全班学习效果。为了掌握新型教学模式应用情况以及学生在该模式中的成果获取情况,教师在课后通过学习通课程评价平台展开了调研活动,抽样调研了107名材料科学专业和化学相关专业学生,根据调查结果显示:有近93.4%的调查对象表示,新型教学模式具有可行性,让学生感受到物理化学与现实生活的密切联系,能够强化学生对专业知识的理解,让抽象理论知识转化为实践知识,提高了学生的学习兴趣,从而更好地理解并掌握了知识点(图 5)。

图5

图5   部分学生对教师教学过程的评价


4 结语

从前文分析可以看出:在物理化学课程学习中,根据项目主题内容设定的任务驱动式学习,很好地解决了本课程之前在翻转课堂教学实施过程中出现的地方本科院校学生网上自学容易懈怠和课堂学习质量不高的问题。采用该方法充分发挥了学生的个性与特长,努力克服了学生长期以来依赖老师“教”的学习习惯,促进学生个性化学习,一方面发挥了教师主导性作用,另一方面又将学生提升到主体地位,提升了学生独立思考、独立学习的能力,同时结合网络教学平台上丰富的教学资源,引导学生主动地发现问题,并有效解决问题,让教师与学生之间的互动更加有效,教学质量得到显著提高,学习效果得到显著提升。这种教学模式及经验将继续在我校基础化学课程中加以推广,为其他相关课程的翻转学习教学改革提供参考,为培养新世纪创新人才提供思路。

参考文献

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