項目式學(xué)習(xí)法在“物理化學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用

王琪，孔祥華，楊真真，謝建暉，何建波

（合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，安徽 合肥 230009）

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，也是實(shí)現(xiàn)工程教育國際互認(rèn)和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。目前，OBE（產(chǎn)出導(dǎo)向教育模式）理念被廣泛應(yīng)用于工程教育中，我校也基于OBE理念，提出了以能力為導(dǎo)向的“培養(yǎng)目標(biāo)—教學(xué)過程—質(zhì)量提升”三位一體的教學(xué)體系，該體系重視學(xué)生學(xué)習(xí)過程的管理，注重學(xué)生學(xué)習(xí)階段性目標(biāo)的完成和學(xué)習(xí)獲得感的增強(qiáng)。目前我校規(guī)定基礎(chǔ)課期末卷面成績占總成績的50%，平時成績占50%，進(jìn)一步貼合工程教育理念，注重平時能力的培養(yǎng)，也有利于教學(xué)改革實(shí)踐的開展。

項目式學(xué)習(xí)（Project Based Learning，簡稱PBL）是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，主張學(xué)生自主探究，在教師設(shè)計的任務(wù)基礎(chǔ)上，展開長時間、探究式學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)知識體系的構(gòu)建與自身素質(zhì)的提高。PBL 理念與OBE主張的以學(xué)生為主體，期望培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的理念不謀而合。

目前項目式學(xué)習(xí)模式在中小學(xué)教學(xué)改革中經(jīng)常采用[1-4]，且取得了良好的教學(xué)效果。大學(xué)教學(xué)中主要在數(shù)學(xué)[5]和英語[6]等學(xué)科中有所探索?！拔锢砘瘜W(xué)”是一門基礎(chǔ)理論性與應(yīng)用實(shí)踐性相結(jié)合的課程，也是化學(xué)化工專業(yè)研究生入學(xué)考試課程。但是“物理化學(xué)”課程概念抽象、理論性強(qiáng)、公式繁多、入門較難，學(xué)生學(xué)習(xí)理解比較吃力，對相關(guān)“物理化學(xué)”知識的運(yùn)用也不甚了解。作為傳統(tǒng)工科高校，我?！拔锢砘瘜W(xué)”課程面向化學(xué)工程與工藝、制藥工程、食品科學(xué)與工程等8 個國家一流專業(yè)、6個國家卓越工程師培養(yǎng)計劃試點(diǎn)專業(yè)和5 個教育部工程教育認(rèn)證專業(yè)，同時“物理化學(xué)”也是很多化學(xué)化工類專業(yè)考研課程，如何提高學(xué)生對知識點(diǎn)的理解和掌握一直是“物理化學(xué)”教學(xué)中的難點(diǎn)。我們引入項目式學(xué)習(xí)方法，以具體化工過程中的熱力學(xué)、動力學(xué)等“物理化學(xué)”知識點(diǎn)作為項目，學(xué)生自發(fā)組成團(tuán)隊，通過分工、協(xié)作，完成項目，在此過程中加深對“物理化學(xué)”知識的理解與運(yùn)用。本文介紹我們在“物理化學(xué)”教學(xué)中有關(guān)項目式學(xué)習(xí)的一些做法。

1 項目式學(xué)習(xí)在“物理化學(xué)”教學(xué)中的組織實(shí)施

1.1 “物理化學(xué)”的課程目標(biāo)

基于我校培養(yǎng)高端工程技術(shù)人才的辦學(xué)定位和“工程基礎(chǔ)厚、工作作風(fēng)實(shí)、創(chuàng)業(yè)能力強(qiáng)”的人才培養(yǎng)特色，學(xué)生在學(xué)習(xí)“物理化學(xué)”課程后應(yīng)達(dá)到的知識、能力水平如下：

（1）掌握“物理化學(xué)”基礎(chǔ)理論知識。

（2）具備分析解決工程領(lǐng)域中化學(xué)相關(guān)問題的能力。

（3）能夠借助“物理化學(xué)”原理和思維方法，思考社會、文化、健康和環(huán)境等問題，具有良好的人文素養(yǎng)、協(xié)調(diào)能力和社會責(zé)任感，較好的組織管理與團(tuán)隊合作能力，具有正確的人生觀、價值觀。

圍繞以上知識能力目標(biāo)，結(jié)合化學(xué)化工生產(chǎn)過程，圍繞其中所能用到的熱力學(xué)和動力學(xué)知識設(shè)計項目，開展項目式學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)知識能力水平的鍛煉和提升。

1.2 項目的設(shè)計

“物理化學(xué)”主要教學(xué)內(nèi)容是化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)，針對不同變化過程，熱力學(xué)公式形式各不相同，如何掌握和使用這些公式及其適用條件是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。為此，我們圍繞重要的化工產(chǎn)品的生產(chǎn)——煤經(jīng)合成氣甲醇路線制烯烴、甲苯路線制對苯二甲酸等設(shè)計項目，同時為了發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，鼓勵學(xué)生自主選題。通過對實(shí)際化工過程的研究式學(xué)習(xí)，進(jìn)一步加深對相關(guān)公式的理解，并在項目學(xué)習(xí)過程中學(xué)會公式的應(yīng)用。

1.3 項目的分工與實(shí)施

在確立題目后，進(jìn)行項目式學(xué)習(xí)模式的實(shí)踐。在所選班級中，學(xué)生可以自由報名，自由組合，形成項目學(xué)習(xí)小組。每個項目小組由5～8人組成，推選出組長，負(fù)責(zé)平時的組織、分工、與老師的溝通協(xié)調(diào)工作。為了保證學(xué)生的參與度，要求組長合理安排各位組員的工作，項目結(jié)束需要根據(jù)貢獻(xiàn)打分。

項目小組工作進(jìn)度應(yīng)與課堂內(nèi)容銜接，首先，當(dāng)完成相關(guān)章節(jié)教學(xué)后，首先要求各小組通過小組學(xué)習(xí)討論，形成思維導(dǎo)圖，并分析項目中需要用到的相關(guān)公式及條件；其次，每個章節(jié)結(jié)束后，布置各小組圍繞所參與的項目制作幾道選擇題作為班級測驗題，小組需要對所出題目考查的知識點(diǎn)進(jìn)行分析，并在課堂中講解；第三，學(xué)會查閱文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)手冊，或運(yùn)用相關(guān)軟件計算基礎(chǔ)熱力學(xué)和動力學(xué)數(shù)據(jù)，加深對熱力學(xué)和動力學(xué)數(shù)據(jù)的理解和認(rèn)識。對于無法獲得的數(shù)據(jù)，可通過調(diào)研文獻(xiàn)、學(xué)習(xí)實(shí)驗方法、設(shè)計實(shí)驗獲取數(shù)據(jù)。

為了保證項目學(xué)習(xí)的順利實(shí)施，組長需要按照項目要求，帶領(lǐng)組員分析項目，制定項目實(shí)施計劃進(jìn)度表。老師定期組織交流，跟蹤項目進(jìn)度，找出存在的問題并商討解決方案。

1.4 分析總結(jié)與匯報

學(xué)習(xí)結(jié)束后，要求每個小組按照學(xué)術(shù)論文格式提交一份總結(jié)報告。報告正文部分應(yīng)包括：計算相關(guān)產(chǎn)品從原料升溫、相變、反應(yīng)等過程的熱力學(xué)函數(shù)值；計算平衡轉(zhuǎn)化率；如果涉及產(chǎn)品分離，描述相關(guān)相圖；闡述動力學(xué)研究手段及相關(guān)數(shù)據(jù)處理方法；從熱力學(xué)和動力學(xué)角度分析反應(yīng)適宜操作條件以及能否進(jìn)行能量綜合利用等。以上過程在建立學(xué)生基本“物理化學(xué)”知識體系的同時，樹立節(jié)能環(huán)保、綠色生產(chǎn)理念，并且通過一些發(fā)散性的問題進(jìn)一步提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力。總結(jié)報告中還要求每位學(xué)生撰寫項目學(xué)習(xí)過程中的心得體會，總結(jié)好的方法用于其他課程的學(xué)習(xí)。在項目總結(jié)的基礎(chǔ)上，要求每個小組進(jìn)行ppt匯報成果。通過匯報展講，進(jìn)一步鍛煉同學(xué)們歸納、總結(jié)和口頭表達(dá)能力。

1.5 評估考核

制定科學(xué)有效的績效評估方法對于學(xué)生投入程度以及學(xué)習(xí)效果和能力提升至關(guān)重要。項目式學(xué)習(xí)是多人小組學(xué)習(xí)，因此評價過程需要多元化，除了教師評價以外，還應(yīng)包含自我評價、組內(nèi)評價以及同學(xué)評價。教師評價主要根據(jù)項目完成情況、正確性、創(chuàng)新性等角度評價；自我評價應(yīng)對個人在整個學(xué)習(xí)過程中的技能、態(tài)度、溝通、貢獻(xiàn)等角度評價；組內(nèi)評價應(yīng)從團(tuán)隊角度對其他同學(xué)在項目完成、知識體系構(gòu)建、項目貢獻(xiàn)等方面進(jìn)行綜合評價；而同學(xué)評價是組外人員評價小組成果的啟發(fā)性、知識性、創(chuàng)造性。同時為了避免人情分，在組內(nèi)評價和同學(xué)評價中根據(jù)小組數(shù)量設(shè)置了不同級差，以便更科學(xué)地做出評價。相關(guān)評價表格見圖1。

圖1 項目式學(xué)習(xí)組內(nèi)評價表（左）和組間評價表（右）

2 項目式學(xué)習(xí)在“物理化學(xué)”教學(xué)中的實(shí)施效果

圖2是2020～2021學(xué)年第二學(xué)期某專業(yè)期末卷面成績分布對比，該班有58 人，其中17 人參與項目小組學(xué)習(xí)。從圖2可以看到，項目小組同學(xué)卷面成績有88%在60 分以上，而非項目小組同學(xué)僅有70%卷面成績在60分以上。經(jīng)統(tǒng)計，項目小組同學(xué)平均成績?yōu)?8.6，而非項目小組同學(xué)平均成績?yōu)?7.5。參與項目學(xué)習(xí)的同學(xué)成績明顯好于未參與的同學(xué)，教學(xué)效果明顯提升。但也存在部分項目小組同學(xué)成績不理想，需要進(jìn)一步制定措施，利用小組學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)共同進(jìn)步。

圖2 2020～2021學(xué)年第二學(xué)期某專業(yè)期末考試卷面成績分布

表1 是項目式學(xué)習(xí)組間評價結(jié)果。從表1 可以看到，各組展示表現(xiàn)差別不大，而作品質(zhì)量方面則有很大差別，如MTP小組在作品中出現(xiàn)了明顯錯誤，其他小組成員發(fā)現(xiàn)并指出，因此該組得分相對較低。

表1 組間評價結(jié)果

表2 是項目式學(xué)習(xí)能力指標(biāo)調(diào)查問卷結(jié)果。該問卷是在胡凡迪[7]提出的能力指標(biāo)點(diǎn)調(diào)查問卷基礎(chǔ)上修改而成，主要包括六個維度的能力指標(biāo)。從各維度指標(biāo)得分來看，普遍得分都在4 分以上，說明同學(xué)們在各維度能力指標(biāo)上都有比較積極的認(rèn)識。但從第2、15、16 題中可以看到，同學(xué)們在學(xué)習(xí)過程中主動學(xué)習(xí)總結(jié)（繪制思維導(dǎo)圖）以及創(chuàng)新創(chuàng)造能力尚有所欠缺。因此可以嘗試將課程與創(chuàng)新實(shí)驗結(jié)合，實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐結(jié)合，提升學(xué)生創(chuàng)新能力。第19題反映出項目式學(xué)習(xí)需要同學(xué)們付出大量的時間參與項目的學(xué)習(xí)研究，而在成績評價中體現(xiàn)的分?jǐn)?shù)與同學(xué)付出不成比例，因而普遍認(rèn)為這是學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。因此在未來的教學(xué)設(shè)計中，可以在平時成績中加大項目式學(xué)習(xí)成績權(quán)重，同時進(jìn)一步修訂評價指標(biāo)，提高學(xué)生獲得感。

表2 項目式學(xué)習(xí)能力指標(biāo)調(diào)查問卷結(jié)果

3 總結(jié)與展望

通過在本校“物理化學(xué)”教學(xué)中的實(shí)踐，項目式學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)了學(xué)生主動的學(xué)習(xí)模式，有利于學(xué)生復(fù)習(xí)掌握相關(guān)知識點(diǎn)，建立知識體系，提升靈活運(yùn)用能力，培養(yǎng)團(tuán)隊合作精神以及鍛煉口頭表達(dá)能力，對于該方法在其他學(xué)科中推廣應(yīng)用具有借鑒意義。當(dāng)然項目式學(xué)習(xí)實(shí)施過程中也有不足，如部分學(xué)生投入程度有待提高，項目小組內(nèi)部和小組之間如何協(xié)同進(jìn)步，項目內(nèi)容如何拓展以滿足不同專業(yè)需求等，需要建立導(dǎo)師團(tuán)隊協(xié)作指導(dǎo)學(xué)生，有條件可安排到一些現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)研訪談，參加創(chuàng)新實(shí)驗等以加深感性認(rèn)識?？傊?，項目式學(xué)習(xí)在高等學(xué)校教學(xué)中的實(shí)踐大有可為。