基于目標(biāo)問(wèn)題導(dǎo)向的“膠體與界面化學(xué)”教學(xué)改革與實(shí)踐

王剛 譚華 譚夢(mèng)秋

1.廣東石油化工學(xué)院化學(xué)學(xué)院 廣東茂名 525000； 2.廣東石油化工學(xué)院馬克思主義學(xué)院 廣東茂名 525000

“膠體與界面化學(xué)”是研究膠體分散系統(tǒng)、一般粗分散系統(tǒng)及表面現(xiàn)象的化學(xué)分支，也是與生產(chǎn)和生活聯(lián)系最為緊密、應(yīng)用最為廣泛的化學(xué)分支[1]。廢水的絮凝凈化、洗衣粉去污、荷葉效應(yīng)和納米仿生材料等都能夠通過(guò)“膠體與界面化學(xué)”進(jìn)行理論解釋?！澳z體與界面化學(xué)”是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的專業(yè)課程，也是廣東石油化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的必修課程。我校作為以石油化工為特色的高校，“膠體與界面化學(xué)”能夠?yàn)橄嚓P(guān)專業(yè)課提供理論依據(jù)和應(yīng)用指導(dǎo)，緊密圍繞石油化工行業(yè)人才需求，使得學(xué)生的理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合?！澳z體與界面化學(xué)”課程的內(nèi)容與生活和生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系非常緊密，是學(xué)生理解今后生產(chǎn)和科研工作的理論基礎(chǔ)，并承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)及技能的重任。鑒于“膠體與界面化學(xué)”有著非常重要的理論研究與應(yīng)用意義，因此該課程對(duì)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)本科生有著重要的教育責(zé)任和使命。

傳統(tǒng)的授課方式采用以教師為中心的講授途徑，教師具有主導(dǎo)地位，學(xué)生被動(dòng)接受信息，通常是在較大課堂中(50～100名學(xué)生)，學(xué)生創(chuàng)造力的參與度較低。這是一個(gè)記憶大量詳細(xì)信息的過(guò)程，因此不容易調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。傳統(tǒng)授課方式缺乏實(shí)踐知識(shí)和技能的培訓(xùn)，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)課堂中信息的實(shí)際相關(guān)性印象不大，從而降低了教育過(guò)程的吸引力。在當(dāng)今全球化和新經(jīng)濟(jì)的時(shí)代，在高度兼容的環(huán)境中要求學(xué)生在課堂和教科書之外尋求知識(shí)，并具備高質(zhì)量的溝通、解決問(wèn)題和領(lǐng)導(dǎo)技能[2-4]。這對(duì)高等教育教學(xué)提出新要求，基于目標(biāo)問(wèn)題導(dǎo)向式教學(xué)，圍繞國(guó)家、學(xué)校及專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)教學(xué)問(wèn)題，以教學(xué)問(wèn)題來(lái)組織教學(xué)，能夠深入推進(jìn)課堂教學(xué)改革，切實(shí)解決課堂教學(xué)存在的問(wèn)題，顯著調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)學(xué)生思辨能力[5-8]。

1 目標(biāo)問(wèn)題導(dǎo)向式教學(xué)簡(jiǎn)介

目標(biāo)問(wèn)題導(dǎo)向式教學(xué)是一種眾所周知的教學(xué)方法，在各個(gè)學(xué)科中已經(jīng)實(shí)踐多年，以目標(biāo)和問(wèn)題為核心[9-10]。目標(biāo)包括專業(yè)目標(biāo)、課程目標(biāo)、課堂目標(biāo)；問(wèn)題是關(guān)聯(lián)并遞進(jìn)的，即基礎(chǔ)問(wèn)題、重點(diǎn)問(wèn)題、難點(diǎn)問(wèn)題、實(shí)踐問(wèn)題、拓展問(wèn)題。以目標(biāo)為主線，設(shè)計(jì)提出并解決問(wèn)題。目標(biāo)問(wèn)題導(dǎo)向式教學(xué)的原則可概括為：

(1)以學(xué)生為中心，能夠激勵(lì)學(xué)生，得到學(xué)生的反饋；

(2)以問(wèn)題為導(dǎo)向，而不是以主題為導(dǎo)向；

(3)更關(guān)注尋找解決方案的學(xué)習(xí)過(guò)程，而不是簡(jiǎn)單地回憶知識(shí)；

(4)促進(jìn)團(tuán)隊(duì)合作、社交和溝通技巧[11]。

目標(biāo)問(wèn)題導(dǎo)向式教學(xué)按照目標(biāo)要求、問(wèn)題設(shè)計(jì)、教學(xué)組織和教學(xué)評(píng)價(jià)的閉環(huán)實(shí)踐路徑，既關(guān)注學(xué)生知識(shí)傳授和技能培養(yǎng)等外在素質(zhì)，又注重培養(yǎng)和強(qiáng)化學(xué)生內(nèi)在素質(zhì)。通過(guò)在教學(xué)中為學(xué)生設(shè)計(jì)問(wèn)題和知識(shí)探索空間，能夠提高學(xué)生的積極性和參與度，也可以調(diào)動(dòng)教學(xué)熱情，激勵(lì)教師在教學(xué)過(guò)程中注意聽(tīng)取反饋意見(jiàn)不斷改進(jìn)，優(yōu)化教學(xué)效果，形成良性循環(huán)。

2 目標(biāo)問(wèn)題導(dǎo)向式教學(xué)在“膠體與界面化學(xué)”的實(shí)踐

2.1 “膠體與界面化學(xué)”的課程目標(biāo)

2.1.1 專業(yè)目標(biāo)

互聯(lián)網(wǎng)一直以來(lái)被視為第三次工業(yè)革命的產(chǎn)物，標(biāo)志著人類文明進(jìn)入到信息化數(shù)字化智能化時(shí)代，人們有意無(wú)意間享受到了互聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的便捷和多彩，交往方式、購(gòu)物方式、生活方式、學(xué)習(xí)方式等都發(fā)生了深刻變化，互聯(lián)網(wǎng)的身影滲透到社會(huì)的各行各業(yè)、各個(gè)方面，順時(shí)代潮流者昌盛，逆時(shí)代潮流者終將被摒棄。隨著時(shí)代發(fā)展，會(huì)計(jì)信息處理需要更實(shí)時(shí)、集中、規(guī)范、高效，預(yù)算管理、財(cái)務(wù)管理、風(fēng)險(xiǎn)控制等制度需要更完善，根據(jù)環(huán)境變化參與動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)和分析、提供實(shí)時(shí)決策支持的地位要求更突出，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正好解決了這一難題，為會(huì)計(jì)理論體系演進(jìn)升級(jí)提供了技術(shù)支撐?？梢?jiàn)，會(huì)計(jì)教育教學(xué)也應(yīng)跟上時(shí)代步伐，接受時(shí)代洗禮，適應(yīng)時(shí)代發(fā)展。

廣東石油化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)致力于培養(yǎng)具有深厚人文底蘊(yùn)、良好科學(xué)素養(yǎng)、強(qiáng)烈創(chuàng)新意識(shí)、寬厚的知識(shí)基礎(chǔ)和優(yōu)秀的綜合素質(zhì)，能夠較為扎實(shí)地掌握化學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和基本技能的人才。本專業(yè)畢業(yè)生既能在精細(xì)化學(xué)品及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域從事科研、應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究及管理工作，也能進(jìn)一步深造和發(fā)展。

2.1.2 課程目標(biāo)

“膠體與界面化學(xué)”是為應(yīng)用化學(xué)專業(yè)開(kāi)設(shè)的專業(yè)課程，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生在大學(xué)物理化學(xué)的基礎(chǔ)上，了解膠體與表面化學(xué)的基本理論問(wèn)題以及應(yīng)用，進(jìn)一步拓寬學(xué)生的方法和思路，為將來(lái)從事化工的生產(chǎn)和科學(xué)研究奠定較扎實(shí)的基礎(chǔ)。“膠體與界面化學(xué)”在已學(xué)過(guò)的先行課程(如物理化學(xué))基礎(chǔ)上進(jìn)行教學(xué)，進(jìn)一步深化膠體與界面化學(xué)的基礎(chǔ)理論和知識(shí)，并將其付之于應(yīng)用，解決科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)際中涉及“膠體與界面化學(xué)”應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的實(shí)際問(wèn)題。讓學(xué)生掌握“膠體與界面化學(xué)”的研究對(duì)象、特點(diǎn)和研究?jī)?nèi)容，理解膠體分散體系的性質(zhì)，掌握膠體、凝膠及納米材料的制備方法、原理及應(yīng)用，了解表面活性劑的性質(zhì)、特點(diǎn)、性能及應(yīng)用，掌握界面現(xiàn)象基本理論。

2.1.3 課堂目標(biāo)

以第五章《表面活性劑溶液》的第一節(jié)《表面活性劑》為例，掌握表面活性劑的概念、分類與性質(zhì)，了解國(guó)內(nèi)外表面活性劑的發(fā)展動(dòng)態(tài)，掌握表面活性劑的潤(rùn)濕功能及其應(yīng)用和表面活性劑的洗滌作用。表面活性劑一側(cè)親水、另一側(cè)疏水的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，使其易于吸附在界面上，能夠顯著降低界面張力。并且在溶液中，當(dāng)表面活性劑高于臨界膠束濃度時(shí)，能夠形成有序的膠束組裝體。因此，表面活性劑具有乳化、起泡、增溶、潤(rùn)濕、分散、洗滌和抗靜電等性能，可以廣泛地應(yīng)用在日化、石油、食品、農(nóng)業(yè)、衛(wèi)生、環(huán)境、新型材料等領(lǐng)域，具有“工業(yè)味精”的美稱。

2.2 “膠體與界面化學(xué)”的問(wèn)題設(shè)計(jì)

以第五章《表面活性劑溶液》的第一節(jié)《表面活性劑》為例。

2.2.1 基礎(chǔ)問(wèn)題

表面活性劑在科學(xué)和工業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，從初級(jí)生產(chǎn)過(guò)程(如采礦和石油工業(yè)中原材料的回收和純化)，到提高成品的質(zhì)量(如油漆、化妝品、藥品和食品)。在開(kāi)始討論表面活性材料化學(xué)和表面活性劑作用的具體方面之前，首先通過(guò)視頻了解表面活性劑的歷史以及它們的合成和使用是如何發(fā)展的，隨后通過(guò)設(shè)計(jì)基本的概念解釋和專業(yè)術(shù)語(yǔ)等，讓學(xué)生對(duì)表面活性劑形成初步認(rèn)識(shí)，如表面活性劑的概念、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和分類等。

表面活性劑具有怎樣的溶解性質(zhì)？表面活性劑與助表面活性物質(zhì)的區(qū)別是什么？表面活性劑和助表面活性物質(zhì)是很容易混淆的兩個(gè)概念，此處可通過(guò)圖例(見(jiàn)右圖)直觀地讓學(xué)生進(jìn)行判斷和解釋，加深對(duì)概念的理解和區(qū)分。通過(guò)學(xué)生開(kāi)放式討論，學(xué)生在反復(fù)的思考、解釋、討論中深刻理解概念的原理與機(jī)制，能夠靈活運(yùn)用乃至發(fā)展所學(xué)知識(shí)的能力。

不同物質(zhì)表面張力和濃度的關(guān)系圖

2.2.3 難點(diǎn)問(wèn)題

在解決以上問(wèn)題的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出需要學(xué)生運(yùn)用綜合知識(shí)分析解決的問(wèn)題。表面活性劑的結(jié)構(gòu)對(duì)其溶解性質(zhì)具有什么影響？親水親油平衡值如何計(jì)算？通過(guò)小組討論和查閱資料分析解決問(wèn)題。教師在學(xué)生小組討論過(guò)程中逐步引導(dǎo)，使學(xué)生理解運(yùn)用知識(shí)解釋現(xiàn)象的入手點(diǎn)和方式，能夠分解問(wèn)題、提出假說(shuō)與解釋，改變學(xué)生遇到難點(diǎn)問(wèn)題時(shí)無(wú)從下手和運(yùn)用知識(shí)的茫然狀態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)分析、解決問(wèn)題的能力。

2.2.4 實(shí)踐問(wèn)題

在我們的日常生活中，當(dāng)人們考慮到表面科學(xué)的影響，特別是乳液、分散體、發(fā)泡劑、潤(rùn)濕劑和其他相關(guān)化合物的影響時(shí)，這些化學(xué)和化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域在很大程度上滲透到我們的生活中。從活細(xì)胞中生物膜形成到液體如何在低重力環(huán)境中潤(rùn)濕火箭燃料箱壁的更遙遠(yuǎn)的問(wèn)題，界面上各種相之間相互作用的物理化學(xué)是我們現(xiàn)代生活方式的根源。

以實(shí)踐問(wèn)題為切入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立分析能力和創(chuàng)造思維。表面活性劑可以應(yīng)用到哪些領(lǐng)域，不同領(lǐng)域?qū)Ρ砻婊钚詣┓N類結(jié)構(gòu)有何要求？比如由于其易于制造和多功能性，烷基苯磺酸鹽(ABS)表面活性劑在世界市場(chǎng)上被廣泛應(yīng)用。在1950—1965年期間，ABS幾乎地成為所有洗滌劑中使用的主要成分。但由于ABS不易降解，容易對(duì)環(huán)境造成污染，因此開(kāi)發(fā)了確定降解性的測(cè)試方法，并表明直鏈烷基苯磺酸鹽(LABS)實(shí)際上更容易生物降解，因此在生態(tài)上更可接受。在大多數(shù)工業(yè)化國(guó)家，洗滌劑生產(chǎn)商已從使用ABS轉(zhuǎn)向使用LABS作為其基本洗滌劑成分。到了20世紀(jì)80年代，超過(guò)75%的合成洗滌劑都采用LABS作為主要成分。

比如表面活性劑在采礦和礦石浮選領(lǐng)域的應(yīng)用。在許多情況下，所需的礦物以少量存在，這將難以或不可能分離和加工，同時(shí)仍然與大部分開(kāi)采的巖石混合在一起。因此，在該工業(yè)中需要一種更具選擇性的浮選方法，在該方法中，所需的礦物可以在連續(xù)且相對(duì)廉價(jià)的過(guò)程中從大量礦石中分離出來(lái)。由于不同的礦物往往具有稍微不同的表面性質(zhì)，特別是關(guān)于電荷特性，因此通過(guò)設(shè)計(jì)或配制表面活性劑體系，該表面活性劑體系將優(yōu)先“漂浮”特定種類的礦物，而對(duì)存在的其他材料幾乎沒(méi)有影響。選擇性表面活性劑或“捕收劑”配方允許所需礦物從起泡漿料的頂部被撇去，從而被濃縮，隨后可以將不需要的材料作為熔渣進(jìn)一步處理或處置。表面活性劑在煤礦工業(yè)中也變得越來(lái)越重要。除了浮選工藝外，它們還用作抑制煤塵的黏合劑，以及用作通過(guò)管道泵送的煤漿的分散助劑和防凍劑。

2.2.5 拓展問(wèn)題

通過(guò)設(shè)計(jì)拓展問(wèn)題，提高學(xué)生發(fā)散思維和參與熱情，在解決綜合問(wèn)題的同時(shí)獲得成就感，有利于增加學(xué)生的課堂參與度。與當(dāng)時(shí)的其他化學(xué)發(fā)展一樣，表面活性劑的進(jìn)展并不局限于一類材料。新的有機(jī)化學(xué)工藝的快速發(fā)展和新原料的易得性加快了各種新的表面活性化合物和制造工藝的進(jìn)程。隨著對(duì)產(chǎn)品和工藝添加劑(如表面活性劑)的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和性能要求的增加，了解這些材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)與其在特定環(huán)境中的物理表現(xiàn)之間的關(guān)系變得尤為重要。表面活性劑的性質(zhì)和應(yīng)用是由分子的親水和疏水部分之間的平衡決定的。應(yīng)用領(lǐng)域不同，所需的性能會(huì)有很大變化。因此，如溶解性、界面活性、臨界膠束濃度(CMC)、去污力、潤(rùn)濕控制和起泡能力等特性可能使特定的表面活性劑在某些應(yīng)用中表現(xiàn)良好，而在其他應(yīng)用中表現(xiàn)不佳。當(dāng)表面活性劑應(yīng)用在去污領(lǐng)域，其應(yīng)具備低臨界膠束濃度、良好的耐鹽性和pH穩(wěn)定性、可生物降解性、理想起泡性能等；當(dāng)表面活性劑應(yīng)用在乳化領(lǐng)域，其應(yīng)具備適當(dāng)親水親油平衡值、環(huán)境和生物安全性、化學(xué)穩(wěn)定性等；當(dāng)表面活性劑應(yīng)用在油田開(kāi)采領(lǐng)域，其應(yīng)具備能夠潤(rùn)濕含油儲(chǔ)層、良好的增溶性、采油后易于破乳等特點(diǎn)。

在此基礎(chǔ)上提出近年來(lái)研發(fā)出哪些新型表面活性劑，與傳統(tǒng)表面活性劑相比，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能優(yōu)勢(shì)是什么？潛在的富有成效的表面活性劑研究領(lǐng)域可能包括哪些？學(xué)生通過(guò)查閱材料和小組討論，綜合運(yùn)用相關(guān)知識(shí)深化認(rèn)識(shí)，提升學(xué)習(xí)層次。雖然目前傳統(tǒng)表面活性劑會(huì)繼續(xù)主導(dǎo)表面活性劑市場(chǎng)，但總是會(huì)出現(xiàn)對(duì)新的和改進(jìn)的表面活性劑產(chǎn)品的需求，比如多功能表面活性劑、更多生態(tài)上可接受的化學(xué)結(jié)構(gòu)、具有良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性的表面活性劑、顯示出良好的表面活性劑活性并產(chǎn)生黏度增強(qiáng)的聚合物材料等。

2.3 “膠體與界面化學(xué)”的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

在教學(xué)的過(guò)程中摒棄單純的教師講授，而改為互動(dòng)教學(xué)方式，提高學(xué)生參與度和主觀能動(dòng)性，建立和諧的課堂氛圍。討論環(huán)節(jié)按分組進(jìn)行討論，討論結(jié)束后，每組先由一名代表進(jìn)行發(fā)言，隨后由其他人補(bǔ)充和評(píng)論，根據(jù)討論情況再由教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和講解。同時(shí)也可以通過(guò)學(xué)生的參與度和討論情況判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和分析解決問(wèn)題能力，回答情況可作為平時(shí)成績(jī)的依據(jù)。

結(jié)語(yǔ)

目標(biāo)問(wèn)題導(dǎo)向式教學(xué)模式是教學(xué)活動(dòng)以專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、課程教學(xué)目標(biāo)、課堂教學(xué)目標(biāo)為中心，圍繞目標(biāo)設(shè)置課程的問(wèn)題進(jìn)行的教學(xué)改革?；谀繕?biāo)問(wèn)題導(dǎo)向式的教學(xué)模式，能夠促進(jìn)“膠體與界面化學(xué)”課程的學(xué)生參與度和教學(xué)效果，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，建立和諧課堂氛圍，引導(dǎo)學(xué)生分析探究相關(guān)問(wèn)題，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。