問(wèn)題式教學(xué)在二組分金屬相圖的繪制實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用*

程敬泉

(衡水學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，河北 衡水 053000)

問(wèn)題式教學(xué)是蘇聯(lián)教育心理學(xué)家馬丘什金、馬赫穆托夫等提出的一種發(fā)展性教學(xué)理論和方法。該教學(xué)法是一種以學(xué)生為中心，小組討論形式為主導(dǎo)的教育理念[1]。

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是以物理化學(xué)理論教學(xué)為基礎(chǔ)的一門(mén)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)課程，是衡水學(xué)院化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、高分子材料與工程、化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一門(mén)必修課程。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，傳統(tǒng)的教學(xué)方式是實(shí)驗(yàn)前教師講解實(shí)驗(yàn)原理、步驟、實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法、注意事項(xiàng)等，這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式導(dǎo)致整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生只是一名“操作工”，只要按實(shí)驗(yàn)步驟完成操作即可，始終處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，缺乏獨(dú)立思考過(guò)程，學(xué)習(xí)效果不佳，對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)極為不利[2]。因此，我們對(duì)應(yīng)用化學(xué)系物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程問(wèn)題式教學(xué)的應(yīng)用進(jìn)行了探索研究，針對(duì)應(yīng)用化學(xué)系的專業(yè)特點(diǎn)和物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系的設(shè)置，探討具有應(yīng)用化學(xué)系教育特色的教學(xué)方式與方法，力求突破物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)教學(xué)模式。

1 研究對(duì)象

以衡水學(xué)院高分子材料與工程專業(yè)本科2017級(jí)60名學(xué)生為研究對(duì)象，分為對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組，對(duì)照組采用傳統(tǒng)教學(xué)法，實(shí)驗(yàn)組采用問(wèn)題式教學(xué)，用預(yù)設(shè)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性。

2 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇

以二組分金屬相圖的繪制實(shí)驗(yàn)為例，將問(wèn)題式教學(xué)應(yīng)用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中。二組分金屬相圖的繪制實(shí)驗(yàn)是我校高分子材料與工程專業(yè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)必做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，要求學(xué)生學(xué)會(huì)用熱分析法繪制Pb-Sn二組分金屬相圖，了解純物質(zhì)和混合物步冷曲線的形狀有何不同，其相變點(diǎn)的溫度應(yīng)如何確定。

3 實(shí)施步驟

實(shí)驗(yàn)前教師先提出問(wèn)題，學(xué)生根據(jù)問(wèn)題查找資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；實(shí)驗(yàn)中學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行分組討論，教師適當(dāng)引導(dǎo)；實(shí)驗(yàn)后教師評(píng)價(jià)、反饋、總結(jié)，學(xué)生撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

3.1 提出問(wèn)題

針對(duì)該實(shí)驗(yàn)，提出如下問(wèn)題：Pb-Sn二組分金屬相圖是如何繪制出來(lái)的？什么是步冷曲線？如何繪制步冷曲線？純組分的步冷曲線具有什么特征？混合樣品的步冷曲線具有什么特征？純組分與混合樣品步冷曲線有何異同？什么是低共熔點(diǎn)和低共熔混合物？常見(jiàn)的亞穩(wěn)狀態(tài)有哪些？為什么會(huì)產(chǎn)生亞穩(wěn)狀態(tài)？如何防止亞穩(wěn)狀態(tài)的產(chǎn)生？什么是相律？各符號(hào)的物理意義是什么？如何利用相律來(lái)分析二組分金屬相圖？要求學(xué)生帶著這些問(wèn)題去查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，加深學(xué)生對(duì)熱分析法繪制二組分金屬相圖的理解；比較純組分與混合樣品步冷曲線的異同；應(yīng)用物理化學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行思考、分析，掌握熱分析法繪制二組分金屬相圖的原理和方法，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果就有了一定的預(yù)期結(jié)果，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

圖1 實(shí)際的Pb-Sn二組分金屬系統(tǒng)步冷曲線及溫度組成圖

3.2 小組討論

以小組為單位進(jìn)行分組討論，要求全員參與、積極討論，并做好記錄。然后由組長(zhǎng)整理本組的討論結(jié)果，進(jìn)行交流發(fā)言，本小組其他成員進(jìn)行補(bǔ)充，并且隨時(shí)可以提出問(wèn)題或質(zhì)疑。教師針對(duì)學(xué)生討論的問(wèn)題進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，歸納學(xué)生在發(fā)言和討論中存在的問(wèn)題，對(duì)問(wèn)題的討論結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。教師在討論中給予學(xué)生適當(dāng)引導(dǎo)或提示，促使問(wèn)題得到解決。

3.3 實(shí) 驗(yàn)

通過(guò)對(duì)預(yù)設(shè)問(wèn)題的分析和討論，學(xué)生們?cè)趯?shí)驗(yàn)前對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有了一定的預(yù)期，他們帶著問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，期待通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證預(yù)期結(jié)果。首先安排學(xué)生先做純鉛樣品的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)，要求學(xué)生畫(huà)出純鉛的步冷曲線示意圖，并與預(yù)期的純鉛的步冷曲線進(jìn)行比較，有何不同？并分析討論產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因。有何補(bǔ)救措施？這樣有助于引導(dǎo)學(xué)生注意觀察在樣品加熱熔化的過(guò)程中，溫度是如何變化的？引導(dǎo)學(xué)生注意觀察實(shí)驗(yàn)中的異?，F(xiàn)象，并討論分析產(chǎn)生的原因。各組按方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，安排學(xué)生分小組討論以下問(wèn)題：在實(shí)驗(yàn)步驟中，加熱溫度為何要設(shè)定為380 ℃？當(dāng)溫度顯示I達(dá)到所設(shè)定的溫度為何要穩(wěn)定10 min？為何還要把溫度傳感器Ⅱ放入樣品管內(nèi)再穩(wěn)定5 min？記錄溫度區(qū)間是如何設(shè)置的？要求學(xué)生思考如此安排實(shí)驗(yàn)步驟的原因。單組分系統(tǒng)自由度F可以等于幾？二組分系統(tǒng)自由度F可以等于幾？討論結(jié)束后教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)、講解和總結(jié)。教師根據(jù)學(xué)生討論中的表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作和最終實(shí)驗(yàn)報(bào)告對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)、考核。

3.4 結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)兩組學(xué)生分別進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，從文獻(xiàn)查閱能力、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動(dòng)主觀能動(dòng)性、提高分析解決問(wèn)題能力、加強(qiáng)同學(xué)間、師生間交流等方面對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果如下：與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的查閱文獻(xiàn)能力、學(xué)習(xí)興趣、同學(xué)互動(dòng)、師生互動(dòng)、主觀能動(dòng)性、分析解決問(wèn)題的能力均有顯著提高，說(shuō)明問(wèn)題式教學(xué)對(duì)提高學(xué)生創(chuàng)新能力和促進(jìn)師生及同學(xué)之間的交流具有重要作用。

增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)是問(wèn)題式教學(xué)研究和實(shí)施的關(guān)鍵，學(xué)生獲得問(wèn)題后，充分利用自己的主動(dòng)性和圖書(shū)館的信息資源，查閱文獻(xiàn)資料，通過(guò)自主學(xué)習(xí)探討，解決相關(guān)問(wèn)題，由“要我學(xué)”變成“我要學(xué)”，能極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動(dòng)性。教師及時(shí)將各種問(wèn)題反饋給學(xué)生，讓學(xué)生及時(shí)地、主動(dòng)地改進(jìn)不足，提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。通過(guò)研究表明，采用問(wèn)題式教學(xué)法進(jìn)行二組分金屬相圖的繪制實(shí)驗(yàn)，學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力和分析解決問(wèn)題的能力都有明顯提高，團(tuán)結(jié)協(xié)作和自主學(xué)習(xí)能力均優(yōu)于采用傳統(tǒng)教學(xué)的學(xué)生。因此，將問(wèn)題式教學(xué)用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)二組分金屬相圖的繪制實(shí)驗(yàn)中，能有效提高教學(xué)質(zhì)量。

4 結(jié) 語(yǔ)

以Pb-Sn二組分金屬相圖的繪制實(shí)驗(yàn)為例，將問(wèn)題式教學(xué)應(yīng)用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)二組分金屬相圖的繪制實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。

(1)有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。與傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)方法相比，該方法更注重學(xué)生能力的培養(yǎng)，通過(guò)在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識(shí)后開(kāi)展問(wèn)題的討論和分析，讓學(xué)生有的放矢地將理論與實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理化學(xué)知識(shí)思考分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

(2)有利于師資隊(duì)伍建設(shè)。在開(kāi)展問(wèn)題式教學(xué)的實(shí)踐中，在每個(gè)典型實(shí)驗(yàn)中需要設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題，這就要求從事物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師除了要具有深厚的本專業(yè)知識(shí)外，還應(yīng)當(dāng)要具備豐富的實(shí)踐知識(shí)，能夠針對(duì)實(shí)際提出問(wèn)題，設(shè)計(jì)問(wèn)題。這樣，必然也會(huì)促進(jìn)教師主動(dòng)學(xué)習(xí)，不斷更新知識(shí)和完善自己，并深入實(shí)際，才能在教學(xué)中做到游刃有余，促進(jìn)教學(xué)相長(zhǎng)。