“翻轉(zhuǎn)課堂”在物理化學(xué)課程相圖教學(xué)的研究

劉翠萍，陳培麗，申叢叢，朱志臣

(天津城建大學(xué) 理學(xué)院，天津 300384)

物理化學(xué)作為材料科學(xué)、材料化學(xué)等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，其中的膠體化學(xué),化學(xué)熱力學(xué)和相圖等知識(shí)點(diǎn)對(duì)學(xué)生后續(xù)課程如材料化學(xué)等課程的學(xué)習(xí)有重要作用。物理化學(xué)課程還可以培養(yǎng)學(xué)生在生產(chǎn)和科學(xué)研究中綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力。但是物理化學(xué)課程內(nèi)容涉及到很多數(shù)學(xué)和物理知識(shí)，公式多，邏輯性強(qiáng)，有些問(wèn)題比較抽象，例如相圖部分的內(nèi)容。而對(duì)材料科學(xué)、材料化學(xué)等專(zhuān)業(yè)，固-液系統(tǒng)的復(fù)雜相圖的分析具有非常廣泛的實(shí)用價(jià)值，學(xué)生面對(duì)相圖往往無(wú)從下手，找不到解決相圖的方法。筆者在對(duì)材料科學(xué)、材料化學(xué)等專(zhuān)業(yè)本科生的物理化學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)因相圖繁多，且相圖難以理解等因素的限制，相圖的重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題無(wú)法在有限的課堂學(xué)時(shí)內(nèi)講清、講透，說(shuō)明相圖部分的講解需要改進(jìn)常規(guī)的教學(xué)方法。

翻轉(zhuǎn)課堂是一種新興的教學(xué)方法，是打破傳統(tǒng)的學(xué)生課上學(xué)習(xí)的模式，創(chuàng)造學(xué)生課下學(xué)習(xí)的一種新的課堂模式。它通過(guò)在課前把教學(xué)材料如微課在線發(fā)給學(xué)生，學(xué)生在課下觀看微課，使學(xué)生自主的學(xué)習(xí)新知識(shí)。微課這個(gè)翻轉(zhuǎn)課堂的載體強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，有簡(jiǎn)短的教學(xué)目的，集中解決針對(duì)性問(wèn)題。課堂變成了老師學(xué)生之間和學(xué)生與學(xué)生之間互動(dòng)的場(chǎng)所，包括答疑解惑、知識(shí)的運(yùn)用等，從而達(dá)到更好的教育效果。所以，翻轉(zhuǎn)課堂既能提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，又能使教師重新規(guī)劃教學(xué)時(shí)間。但并不是所有內(nèi)容都適合翻轉(zhuǎn)教學(xué)，所以應(yīng)該有針對(duì)的選擇作為翻轉(zhuǎn)教學(xué)的內(nèi)容。本文首先分析物理化學(xué)相圖教學(xué)現(xiàn)狀及應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂的必要性，然后給出相圖在材料科學(xué)、材料化學(xué)等專(zhuān)業(yè)本科生教學(xué)中翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的實(shí)施方案。

1 翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于物理化學(xué)相圖系統(tǒng)教學(xué)的現(xiàn)狀

材料科學(xué)、材料化學(xué)等專(zhuān)業(yè)的物理化學(xué)教學(xué)大綱要求掌握二組分系統(tǒng)相圖。而二組分相圖分為兩大類(lèi)：即二組分氣-液系統(tǒng)相圖和二組分固-液系統(tǒng)相圖。氣-液系統(tǒng)相圖要包括3類(lèi)：液相完全互溶系統(tǒng)相圖, 液相完全不互溶系統(tǒng)相圖，液相部分互溶系統(tǒng)相圖。固-液系統(tǒng)相圖主要包括4類(lèi)：固相完全互溶系統(tǒng)相圖,固相完全不互溶系統(tǒng)相圖，固相部分互溶系統(tǒng)相圖，生成化合物系統(tǒng)相圖。對(duì)上述七種相圖，現(xiàn)有的本科教學(xué)是把各個(gè)基本相圖花費(fèi)不少課時(shí)逐一介紹，但是到最后學(xué)生解決相圖問(wèn)題還是無(wú)從下手，仍然出錯(cuò)。筆者認(rèn)為原因是花費(fèi)時(shí)間逐一教學(xué)相圖并未達(dá)到讓學(xué)生深刻掌握相圖的基本特點(diǎn)的目的。

圖1 二組分部分互溶氣液相圖

圖2 二組分部分互溶液固相圖

但是，如果采用“翻轉(zhuǎn)課堂”可以有效幫助學(xué)生深化梳理總結(jié)，有效解決復(fù)雜相圖的求解。所以教師前期講授氣-液系統(tǒng)相圖之后，就可選取固-液系統(tǒng)相圖作為翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)容。這是因?yàn)橥耆ト?，部分互溶和完全不互溶系統(tǒng)這三類(lèi)劃分的系統(tǒng)已在二組分氣-液系統(tǒng)中討論過(guò)。而這兩部分的相圖完全互溶，部分互溶和完全不互溶系統(tǒng)在這三個(gè)分類(lèi)的圖形形狀是一樣的，只是相區(qū)不同。如圖1所示的部分互溶的氣液相圖所示與如圖2的部分互溶的液固相圖圖形一樣，只是相區(qū)原有的氣相變成液相，氣液共存區(qū)變成液固共存區(qū)，液相區(qū)變成固相區(qū)。所以，教師逐一仔細(xì)介紹二組分氣-液系統(tǒng)液相完全互溶，部分互溶和完全不互溶系統(tǒng)的相圖后，而將固-液系統(tǒng)相圖制作成簡(jiǎn)短的微課，利用“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式，讓學(xué)生課余時(shí)間觀看，學(xué)生不必?fù)?dān)心教學(xué)節(jié)奏快慢的問(wèn)題，并且針對(duì)自己不理解的內(nèi)容可以線上求助教師或課上討論，有針對(duì)地解決問(wèn)題，提高學(xué)習(xí)效率，加深對(duì)固-液系統(tǒng)相圖和氣-液系統(tǒng)相圖的理解。這樣分類(lèi)處理，即可以短學(xué)時(shí)內(nèi)講授完相圖，又可以讓學(xué)生對(duì)兩類(lèi)相圖不會(huì)混淆?？梢岳梅D(zhuǎn)課堂加入更復(fù)雜的相圖進(jìn)一步練習(xí)解決復(fù)雜相圖。從而讓學(xué)生深刻掌握相圖內(nèi)容。

2 翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于物理化學(xué)相圖教學(xué)的實(shí)施方案

為有效開(kāi)展物理化學(xué)相圖教學(xué)，實(shí)施“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)時(shí)分為以下幾個(gè)環(huán)節(jié)。

2.1 “翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)課前準(zhǔn)備環(huán)節(jié)

“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)相圖教學(xué)開(kāi)始前在已創(chuàng)建的物理化學(xué)微信公眾平臺(tái)上，上傳液固相圖微課、習(xí)題和測(cè)試等資料。利用平臺(tái)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并且可以在線解決學(xué)生學(xué)習(xí)所遇到的問(wèn)題。并且劃分學(xué)習(xí)小組，對(duì)每組布置作業(yè)，以量化考核學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

2.2 “翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)開(kāi)展環(huán)節(jié)

分組的學(xué)生按各自分工做好相應(yīng)作業(yè)的ppt，上課時(shí)間各組進(jìn)行任務(wù)匯報(bào)。教師講解。對(duì)于學(xué)生在匯報(bào)中各組出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析講解，并進(jìn)一步講解一些復(fù)雜相圖，進(jìn)一步鞏固所學(xué)相圖，從而提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)的能力。

2.3 “翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)總結(jié)環(huán)節(jié)

根據(jù)本節(jié)課的重難點(diǎn)知識(shí)，以及開(kāi)展環(huán)節(jié)學(xué)生暴露出的學(xué)習(xí)問(wèn)題，布置少量有針對(duì)性的作業(yè)，已達(dá)到復(fù)習(xí)鞏固的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

物理化學(xué)中重要的相圖部分應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)具有重要意義，可以適用于小學(xué)時(shí)物理化學(xué)的教學(xué)。翻轉(zhuǎn)課堂可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)些的積極性，可以使學(xué)生不但掌握相圖基本特征，還能分析綜合的、復(fù)雜的相圖。不但提高教師的教學(xué)效果，還可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。