PBL 教學(xué)方法在物理化學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用探索
——以熱力學(xué)第一定律教學(xué)為例

黃斯珉，張志凌，元武智

（東莞理工學(xué)院化學(xué)工程與能源技術(shù)學(xué)院，廣東東莞，523808）

0 引言

隨著基礎(chǔ)科學(xué)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的以教師講授為主的授課方式已經(jīng)不能很好地滿足老師和學(xué)生的需求。為了更好地適應(yīng)新發(fā)展趨勢，提升教學(xué)質(zhì)量，教師需要在教學(xué)過程中引進(jìn)更為先進(jìn)的教學(xué)方法。PBL 教學(xué)方法作為一種新式教學(xué)方法，也被稱為問題驅(qū)動教學(xué)法（Problem-Based Learning， PBL）。PBL 教學(xué)法不同于傳統(tǒng)教學(xué)法。傳統(tǒng)教學(xué)法基本上是先學(xué)習(xí)理論知識再解決問題；而PBL 教學(xué)法是一種以學(xué)生為主體，以問題為核心和導(dǎo)向規(guī)劃學(xué)習(xí)內(nèi)容，讓學(xué)生積極主動圍繞問題展開學(xué)習(xí)并且尋求解決方案的一種學(xué)習(xí)方法［1］。這種教學(xué)方法對教師的要求較高，教師必須具備較強(qiáng)的課堂掌控能力和引導(dǎo)能力。PBL 教學(xué)法能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和目標(biāo)性，提高學(xué)生在教學(xué)過程中的參與程度和主觀能動性，做到有的放矢，活躍學(xué)生的思維。

物理化學(xué)課程是一門重要的基礎(chǔ)課程，是物理學(xué)與化學(xué)最早相互滲透的一門交叉的邊緣學(xué)科，也是化學(xué)及化工、材料、生物等學(xué)科的理論基礎(chǔ)，被稱為“理論化學(xué)”和“化學(xué)的靈魂”。物理化學(xué)課程是化學(xué)、材料相關(guān)專業(yè)研究生入學(xué)的必考課程，對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力，提高學(xué)生素質(zhì)有極其重要的作用。該課程旨在使學(xué)生在先行課程的基礎(chǔ)上，運用物理和數(shù)學(xué)的有關(guān)理論與方法來研究物質(zhì)化學(xué)運動的普遍規(guī)律，從理論上給予更深刻、更本質(zhì)的說明。物理化學(xué)是發(fā)現(xiàn)并建立化學(xué)體系中特殊規(guī)律的學(xué)科，在基礎(chǔ)化學(xué)中有著極為重要的意義。

1 物理化學(xué)課程教學(xué)

1.1 物理化學(xué)課程簡述

物理化學(xué)是探索化學(xué)變化規(guī)律的一門科學(xué)，它從物質(zhì)的物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象之間的聯(lián)系入手，在實驗方法上主要采用物理學(xué)的方法，公式推導(dǎo)過程則運用高等數(shù)學(xué)的知識。物理化學(xué)這門課程的特點主要有：（1）邏輯性強(qiáng)，內(nèi)容前后聯(lián)系緊密；（2）公式的應(yīng)用條件嚴(yán)格，具體變化較多，解題比較靈活；（3）理論性很強(qiáng)，同時極具實踐性。

1.2 物理化學(xué)教學(xué)普遍存在的問題

物理化學(xué)是一門理論化學(xué)課程，其中涉及的概念非常多、公式非常復(fù)雜，抽象難懂，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中往往會覺得枯燥，難以集中精力。在學(xué)習(xí)過程中，物理化學(xué)課程教學(xué)主要存在以下幾種問題：

（1）現(xiàn)階段，高校中大部分講授物理化學(xué)課程知識的教師采用的是傳統(tǒng)的教學(xué)方式，他們注重物理化學(xué)基本原理及方法的傳授，在課堂實際教學(xué)過程中局限于知識的理解和傳授，而沒有很好地理解文本和實際專業(yè)知識間原有的密切關(guān)系，同時忽視了對學(xué)生知識能力的培養(yǎng)，使學(xué)生處于一種死記硬背的被動、機(jī)械的狀態(tài)，當(dāng)問題脫離了課本，學(xué)生們就不知所云，難以將理論聯(lián)系實際。

（2）當(dāng)前的一些高校依舊采用大班教學(xué)的方法，學(xué)生人數(shù)眾多，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)參差不齊，教師的授課模式難以對所有學(xué)生適用。且部分教師在教學(xué)前未做好充足的準(zhǔn)備，致使教學(xué)質(zhì)量不佳，學(xué)生的問題不能得到及時回答，導(dǎo)致學(xué)生的積極性不高，“能混則混”的心態(tài)存在于部分學(xué)生之間。

2 PBL 教學(xué)方法簡述

PBL 教學(xué)方法需要教師先根據(jù)知識體系提出問題，然后由學(xué)生對提出的問題進(jìn)行具體分析。這一步主要是由學(xué)生們來完成的，可以根據(jù)教學(xué)課程的不同讓學(xué)生們分組討論或者獨立思考，其間，最好讓每一位同學(xué)都提出自己的看法和理解，教師主要負(fù)責(zé)引導(dǎo)同學(xué)進(jìn)行思考，使其不偏離問題的主線。其后，即解決最開始提出的問題，在上一階段分析問題的基礎(chǔ)上讓學(xué)生們結(jié)合課堂講授，自行給出解決問題的方案。最后是結(jié)果評價，包括自我評價、小組互評、教師評價等。

問題設(shè)計是PBL 教學(xué)法的基礎(chǔ)，應(yīng)當(dāng)遵循以下幾個原則［2］：一方面需要明確目標(biāo)，設(shè)計問題時需要始終圍繞著教學(xué)目標(biāo)來展開，教師也需要提前做好課程的準(zhǔn)備及對學(xué)生具體情況的了解。設(shè)計的問題應(yīng)該有明確的主線，邏輯性強(qiáng)，由淺入深，由易到難，給予學(xué)生以明顯的層次感，越簡單越清晰越好，以便激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到使學(xué)生自我思考，積極參與的目的。另一方面，設(shè)計的問題應(yīng)難度適當(dāng)，盡量貼近日常生活，生動有趣，可結(jié)合日常生活和工業(yè)生產(chǎn)增加問題的生動性和趣味性［3］。

3 PBL 教學(xué)法優(yōu)缺點

3.1 PBL 教學(xué)方法的優(yōu)點

相比于傳統(tǒng)的灌輸式、填鴨式教學(xué)法，PBL 教學(xué)法主要有以下幾個優(yōu)點。

（1）PBL 教學(xué)法是以學(xué)生為中心和主體，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中主動探索、思考。PBL 教學(xué)法是以學(xué)生為中心、以問題為基礎(chǔ)和導(dǎo)向，使學(xué)生通過討論、查資料、調(diào)研等多種方式獲得解決問題的方法和答案，由被動變?yōu)橹鲃印⒂擅つ孔優(yōu)橛心康牡靥綄栴}的答案。其間，學(xué)生的角色發(fā)生了本質(zhì)的變化，學(xué)習(xí)效果也明顯更好［4］。

（2）PBL 教學(xué)法以問題為主導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)每一位學(xué)生共同參與。PBL 教學(xué)法主要圍繞問題展開，它讓學(xué)生們圍繞問題去查資料、討論及驗證自己的想法。

（3）PBL 教學(xué)法能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其思考和解決問題的能力［5］。PBL 教學(xué)法能使被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，在解決問題的過程中給予學(xué)生的能力及所付出努力的肯定。在不斷地思考和解決問題的過程中，學(xué)生們會經(jīng)歷對知識的了解及反復(fù)鞏固加深的過程。

3.2 PBL 教學(xué)方法的缺點

PBL 教學(xué)法存在教師監(jiān)管力度不夠、組員之間合作有一定的難度、組長領(lǐng)導(dǎo)力不夠、評價項目效果不夠多樣化等弊端。然而只要師生圍繞PBL 教學(xué)法共同努力、積極配合，便能夠很好地避免這些弊端。

4 實例分析

根據(jù)教學(xué)存在的問題，以“熱力學(xué)第一定律”為例，將PBL 教學(xué)理念引入物理化學(xué)課程中。熱力學(xué)第一定律涉及熱現(xiàn)象領(lǐng)域內(nèi)的能量守恒和轉(zhuǎn)化定律，反映了不同形式的能量在傳遞與轉(zhuǎn)換過程中的守恒。為了使授課過程更加直觀有趣，可以在講授具體的熱力學(xué)第一定律的定理前設(shè)計一個熱力學(xué)第一定律定性小實驗。

實驗儀器：籃球，溫度傳感器，氣針。

實驗過程：先測得籃球及里面氣體溫度值，再將籃球使用氣針進(jìn)行放氣，放氣時測得氣體溫度下降。

根據(jù)這個小實驗，教師可以先讓同學(xué)們自己設(shè)計問題，再根據(jù)所要講授的內(nèi)容及小實驗設(shè)計以下幾個問題。

指定一個具體體系，思考體系和環(huán)境之間存在著怎樣的物質(zhì)或者能量交換；為什么籃球放氣時，放出的氣體溫度會降低，其中存在著怎樣的物理化學(xué)原理；內(nèi)能、熱和功之間的轉(zhuǎn)化是否存在一定的聯(lián)系。

在這些問題的引導(dǎo)下，教師可以引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的思考。將學(xué)生自由地分成不同的小組，讓學(xué)生通過組內(nèi)發(fā)言以及組員匯報的形式對問題進(jìn)行思考。籃球放氣時氣溫降低是因為放氣時相當(dāng)于氣體對外做功，氣體內(nèi)能減少，故而溫度降低。

接著，根據(jù)這個答案引出熱力學(xué)第一定律定義：物體內(nèi)能的增加等于物體從外界所吸收的熱量和外界對物體所做的功的總和［6］，表達(dá)式為△U=Q+W。系統(tǒng)處于絕熱狀態(tài)時，功只取決于系統(tǒng)初始狀態(tài)和結(jié)束狀態(tài)的能量，和過程無關(guān)。孤立系統(tǒng)的能量永遠(yuǎn)守恒。系統(tǒng)經(jīng)過絕熱循環(huán)，其所做的功為零，因此第一類永動機(jī)是不可能存在的。能量不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，也就是說能量守恒。

經(jīng)過以上的學(xué)習(xí)過程，教師最后可以讓學(xué)生們開展自我評價、小組互評等，給出最后結(jié)果，反饋給學(xué)生，進(jìn)而圓滿完成學(xué)習(xí)過程。

5 結(jié)語

PBL 教學(xué)方法是一種先進(jìn)的教育理念，將其和物理化學(xué)課程教學(xué)實踐聯(lián)系起來有極其重要的意義。PBL教學(xué)方法的落實以學(xué)生為中心，以問題為導(dǎo)向，教師負(fù)責(zé)引導(dǎo)，從提出問題、解決問題、自我提升三個方面出發(fā)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中參與思考，活躍思維，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力。