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摘要:物理化学作为一门重要的专业基础课，在实际教学中面临很多问题，亟待进行有效的教学改革。借助石大云课堂这一网络平台，围绕教学资源、课程通知、在线课程作业、在线测试、研究型教学、答疑讨论各模块的应用，对短学时物理化学课程的教学过程进行了改革。发现基于云课堂的物理化学教学改革能够激发学生学习物理化学的兴趣，提高了学习主动性和课堂参与程度，对学生能力的培养及创新思维的锻炼起到了积极的推进作用。
关键词:物理化学;云课堂;在线测试;研究型教学
物理化学是一门重要的化学学科，是化学的理论基础，应用范围涵盖了石油化工、日化、环境、材料、能源、地质等诸多领域，具有十分重要的理论意义和实际意义。然而，在学习物理化学课程时，学生们普遍认为这门课程内容体系庞杂、概念新颖抽象、理论逻辑性强、推证过程繁杂，而且处理问题时常采用抽象化、理想化的方法，这种思维方式使得初学者往往很不适应，为学生的学习造成了一定困难。同时，教学过程中在有限学时内引入大量的知识信息，也给学生把握主要内容和知识要点带来了困难。因此，如何以传授知识、培养能力、提高素质为宗旨，优化物理化学授课体系，是一项艰巨的改革任务。
一、物理化学教学改革的现状
现在，很多高校物理化学教师都认识到传统教学模式存在的一些弊端，正积极推动物理化学课程教学方法的改革。朱志昂教授根据自己多年物理化学授课的经验和体会，提出了一些有关物理化学课程教学内容和教学方法改革的看法，分析了改革的迫切性和关键问题，以及如何从教学内容和教学方法两方面进行改革。杨春荣等针对物理化学课程中学生有一定基础且易学习掌握的内容，通过教学法改革，以课题研究形式进行探索，从而培养学生的自学能力及创新能力。卢先春等结合物理化学的课程内容及国内的一些教学改进方法，有效合理利用慕课这一优势资源，对物理化学课程的各章主要内容做出具体的改革措施。此外，一些开放性、研究性、启发式以及实例化的课堂教学模式不断地构筑起来，教师们希望通过多种方式整合各种教育资源以达到良好的教学效果。当今社会，网络空前普及，且已经渗透到每个人日常生活的点点滴滴，如何正确地利用网络资源来促进物理化学教学的发展显得尤为重要。笔者所在的中国石油大学(华东)为在校师生提供了一个很好的平台———石大云课堂。云课堂是一个开放的学习社区，在这里，一些长期困扰老师的问题，如“这节课的知识点学生有没有完全掌握”“这周的作业一周后收上来，两周后发下去，两周后学生自己做了什么完全记不清了，无法及时验收学生的作业情况”，以及一些困扰学生的问题，如“上课时不小心走神，没有跟上老师的节奏”“这个问题没有弄明白，课间咨询问题的同学太多，排不上队”等等，都可以很好地得到解决。基于云课堂这一平台，教师可以将丰富的课程资源传到云端，强化学生的自主学习能力，并通过答疑讨论、课程问卷、研究型教学、课程作业、在线测试等方式，有效地加强师生之间的交流，促进教学质量的提高。通过两个学期的教学实践，在云课堂的平台上，在教学过程中实行了有特色的开放式的教学理念和模式，充分利用石大云课堂的功能和优势，有效地激发了学生学习的积极性和主动性，使学生真正成为教学的主动参与者，基本上达到了培养学生理论联系实际能力和提高创新能力的目的。
二、基于云课堂的物理化学教学实践
下面以中国石油大学(华东)非化学化工专业的短学时(32学时或48学时)物理化学课程为例，介绍基于云课堂的物理化学教学实践情况。
(一)开放的教学资源
学生的学习空间不只在课堂、图书馆，而应向社会延伸，向网络延伸。在课堂教学过程中，对于一些概念性知识的讲解，学生经常会感觉枯燥无味，而且要花费课堂上的时间去听，学习效率并不高。通过自行下载课件并自学的方式，可以完成这部分知识的传授，课堂上的宝贵时间就可以用来对这些知识进行消化吸收，从而形成课外学习知识、课堂内化知识的教学结构。在云课堂的教学资源模块里，教师可以上传各种教学资源，在教学资源的选择上，教师往往要提前做好很多工作，包括课件的制作、名师教学视频以及名校公开课链接的筛选推荐等等，这些资源会在上课的一周前上传，保证教学资源的时效性，让学生有时间进行预习。选课学生在云课堂的平台上都能找到对应的物理化学课程信息，可以有选择地下载自己所需的教学资源，通过统计下载数据发现课件的下载比例高达92%，说明绝大多数学生都以掌握知识点作为学习的基本要求;其他教学资源的下载比例约在41%，表明这部分学生是课堂教学的积极参与者，对物理化学的学习兴趣较为浓厚，且具有较强的自学能力。这些开放的教学资源具有很强的针对性，能够与教务系统很好地衔接，同时只针对选课学生按需下载及使用，而非选课学生没有权限，能够有效地保证资源的合理利用。根据物理化学理论的逻辑性和内容的关联性，恰当地引入实验教学、科研项目、企业生产实际、日常生活中的一些典型事例，用物理化学的相关理论来分析其过程，这对学生真正理解物理化学的知识点，感性认识与理性认识相结合而不断地深化理论知识，培养学生应用理论知识解决实际问题的能力是非常有利的。此时，可利用石大云课堂的“课程通知”一些与下周课程内容相关的实验、科研、生产生活实际的典型事例的网址或者内容介绍，让学生提前了解，意识到这部分知识的重要性，课堂学习会更有针对性。例如，在讲解超临界流体前课程通知:如何利用超临界流体从咖啡豆中除去咖啡因，从植物中提取精油?超临界流体在石油工业方面有哪些应用?又如，在学习亚稳态现象时一个视频链接，并提出问题:把手插入醋酸钠过饱和溶液后会发生什么现象?这种现象产生的原因是什么?总之，在课程通知中选取的绝大多数问题都是能够紧密联系生活、实际生产或学校特色，让学生预先查阅相关的资料，并在课堂上进行讨论，通过强化与实践性环节相关内容的结合，激发学生学习兴趣，培养学生能力。
(二)在线课程作业
作业是物理化学教学过程中的一个重要环节，学生通过作业可以及时发现哪些地方学习的不好，教师通过学生作业的完成情况可以掌握学生知识点掌握的程度。在应用云课堂平台之前，作业从上交到发放的循环周期较长，这一周布置的作业往往需要两周之后才能返回到学生手中，讲解作业时学生经常会感觉一头雾水，之前自己怎么想的、怎么做的完全记不得了，作业习题的讲解效果并不好。而应用云课堂可以轻松解决这一问题。教师可以通过“课程作业”模块在云课堂上作业，在规定的时间内(如3天内)要求学生自主提交作业，且在此时间段内允许多次提交。作业可以直接在线编辑，也可以手写、拍照并以图片的形式上传，但是绝对不允许有重复，直接把别人的作业复制过来的一经发现全部判为零分，会极大地影响平时成绩。截止日期之后集中批改作业，如果是小班教学(1～2个班)，1天内就可以完成作业批改并及时将作业反馈给学生。这样，学生就可以在短时间内知道自己的作业完成情况。前一周布置的作业这周上课就可以及时地进行讲解和分析，避免了学生因作业批改周期长而遗忘的情况，同时学生可以尽快明确自己的问题，抓紧时间理解掌握。
(三)在线测试
物理化学课程在整个教学体系中不是独立存在的，而是与其他相关课程密切衔接的，具有承上启下的作用。对于非化学化工专业学生，在学习物理化学之前都要学习高等数学、大学物理和大学化学，具备基本的微积分、物理、化学基础知识。尤其是大学化学课程，很多高校也称为基础化学课程，大学化学中化学热力学、化学平衡、化学动力学和电化学等章节知识与物理化学中的部分内容会有所重叠，物理化学在原有的学习基础上会进一步延伸和拓展。这时如果照本宣科、面面俱到，学生肯定没兴趣，不但降低了教学质量，而且还扩大了内容多学时少的矛盾。因此，根据学生已有的知识和经验，利用云课堂的“在线测试”，将学生已学过的知识很自然地融合到物理化学教学中。可以利用课后时间进行在线测试，也可利用课间十分钟进行，学生打开云课堂的手机APP就可以看到的在线测试内容，5～10个选择题很快就可以勾选完毕并提交，时效性强，教师只要在线分析提交结果便能找出每道题的正确率情况，下一小节讲课时就更有针对性，对错误率高的题目进行重点分析和讲解，达到事半功倍的效果。当然，课间在线测试的前提是教师已经将题目准备好，存为草稿，需要时便可即时。课间十分钟的在线测试简单易行，课后的在线测试内容可以稍微丰富一些，题型的选择也更为宽泛，包括选择、填空、问答、计算等。比如，在学习第二章“热力学基础”时，联系之前大学化学的学习内容，学生对一些基本概念已有所了解，包括体系与环境、状态与状态函数、过程与途径、热与功、内能与焓、热力学第一定律等，把这些概念的相关知识出一套测试题来了解学生对原有知识的掌握程度。上课时，学生既为自己掌握了某些知识感到高兴，小有成就感，同时也为自己知识掌握不牢而略感内疚，产生了一定的压力和紧迫感，绝大多数学生会主动复习以前学过的知识，查漏补缺。这时再讲解新内容，学生会更容易理解，用较少的学时便可以达到使学生掌握相关知识及应用的目的，使学生学习起来既感到物化知识有一定难度，又觉得学习有渐进性，通过自己的努力能够学到更多，无形中提高了学生的学习积极性。
(四)研究型教学
与传统的以知识传授为主的教学模式不同，研究型教学更注重学习与研究有机结合，在现有的课堂教学内容与学生知识积累的基础上，有针对性地引导学生去发现、分析问题，运用自己的知识和能力在研究中发挥创造性思维，并在解决问题的同时也培养了创造能力和创新思维。在开展研究型教学方面，可借助学校石大云课堂的“研究型教学”模块来优化原有的教学过程，拓展学生的学习空间，达到训练学生思维方式的目的。研究型教学在实际的实施过程中对教师也提出了较高的要求，对于教师来说如何根据教学内容适当地选定研究型项目至关重要。这需要首先明确教学目标，确定知识点，才能设定研究性项目的题目，并根据项目收集一些前期资料，同时要为这些项目选择合适的教学场景。在课堂上将研究型教学涉及项目的知识点和要求讲明，并将相关资料到石大云课堂的“研究型教学”上，在相关资料中有条理地列出本项目的学习任务和学习内容以及需要学生自己解决的问题，将知识点划分，每组设置不同的问题，并鼓励学生自己发现并探讨延伸问题。提前一到两周将学生分成若干组，每个班级约30人，分成5～6个小组，让学生分工合作对问题进行思考，并查找、整理资料，保证所有成员都要在项目计划中承担一定工作任务，准备工作最终要以一定的形式表现出来，主要采用PPT的形式，也可以辅助增加一次与PPT中讲述内容一致的大作业。随后进入课堂教学阶段，该阶段的主要任务是让学生运用课前所学知识参与问题讨论。小班教学操作可行性更强，如果是大班教学可以分班级进行，每组派一名代表进行所选项目的介绍，讲解小组成员是如何有效地解决问题以及对本组成员不同见解的总结。听完讲解后，其他同学可以自由提出自己的疑问或是大胆的猜测，可以由任一小组成员进行解答和补充，讨论的形式可以多样化，通过与老师、同学的共同讨论来解决疑难问题并实现知识内化。在此阶段，课堂教学气氛十分活跃，学生的参与程度很高，主动性也很强。课后，学生们也普遍反映很喜欢这种教学模式，在课堂上体会到了不一样的感觉，自己不再是被动听课的接受者，而是主动地提出问题并与他人共同解决问题的研究者。不仅能够扩展和加深对知识的理解与认识，从被动学习逐渐转变为自主学习，同时也锻炼了探索问题的能力、团队意识和写作能力。教师在此过程中要做好引导，进行适当地总结、补充和拓展，对学生的努力和进步加以鼓励，也要对出现的典型错误进行更正，同时鼓励学生在课后对课堂上所学知识进行总结与反思，完成对知识的巩固。课堂教学结束后，教师要对每组学生容易出现的问题进行归纳总结，针对问题查阅相关资料并对其进行的详细的研究整理，为以后进行研究型教学积累经验，同时，还可将相关内容充实到以后的教学中。在研究型教学中，教师通过不断鼓励学生主动思考与创新，并努力开拓学生的视野，尽可能挖掘学生潜能、培养学习兴趣，使学生能更好地理解并掌握知识，从而达到师生共同享受学习的目的。这样，教师就不必一味地以讲台和粉笔为主，不必拘泥于知识讲解传授的传统形式，而是使自己和学生都能够发挥想象的空间，以创新的思维探索所要研究的课题。
(五)答疑讨论
很多同学反映在课后学习的过程中会有一些问题和疑问，等到再次上课请教时，却又记不清了，影响知识掌握情况。针对这一现象，借助石大云课堂的“答疑讨论”模块，让学生自主问题，教师在每周六固定时间段答疑，所有学生都可以看到问题和解答，对有相同问题的同学来说可以答疑解惑;对有兴趣的同学可以通过别的同学的问题取长补短，丰富自己的知识体系，一举多得。例如，在学习相变过程时，可逆相变过程中温度、压力都不变，有很多同学错误地认为该过程的热力学能变为零，将此过程与理想气体单纯的pVT变化过程的热力学函数变的计算混淆。通过讨论，学生们弄清了这两个过程的异同点，明确了可逆相变过程热力学能变要通过热力学第一定律来求解，并对可逆相变过程有了更深刻的认识。同时，在课堂提问、作业以及考试过程中提高开放性问题的比例，培养学生多角度思考问题的能力。比如具有不确定性、结论非唯一的问题，条件不完备、需要补充的问题，生活中遇到的、现实性强的问题，容易调动研究热情的问题等，同时也鼓励学生独创性问题的提出。
三、结语
综上所述，将本校网络平台石大云课堂与实际的物理化学教学过程相结合，通过对云课堂部分模块的具体应用，例如教学资源、课程通知、在线课程作业、在线测试、研究型教学、答疑讨论等，对教学过程的各个环节进行改革。与传统的网络教学平台相比，石大云课堂针对性更强，操作简单易学，更重要的是云课堂这一平台对各种教学资源和教学模块的兼容和整合功能强大，教师及学生使用体验良好。在实际的教学过程中，借助云课堂平台，注重讲授、启发、探究、讨论、自主学习等多种教学形式并存，使教学模式不再枯燥单一，而是变得更加丰富和动态，课堂、课后师生交流互动增多，学生对物理化学的兴趣明显提高。我们希望物理化学课程并不是为了教会学生掌握结论和如何答题，而是通过不断地鼓励学生去思考、讨论、质疑、解疑，在学习过程中调动学生学习的主动性，让学生有所收获，达到锻炼思维、发展能力的目的。
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作者:王秀凤 张志庆 王芳珠 张国栋 周亭 单位:中国石油大学
