基于五星教學(xué)法的“大學(xué)化學(xué)”教學(xué)探索與實(shí)踐

［摘 要］ “大學(xué)化學(xué)”是本科生的基礎(chǔ)課程，傳統(tǒng)教學(xué)模式以教師講授為主，學(xué)生對(duì)于原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)等教學(xué)難點(diǎn)的學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)效果較差，難以滿足高素質(zhì)、專業(yè)化軍事人才培養(yǎng)要求。應(yīng)用五星教學(xué)法對(duì)傳統(tǒng)的“大學(xué)化學(xué)”教學(xué)模式進(jìn)行改革和實(shí)踐，以多電子原子核外電子的排布為教學(xué)案例，實(shí)踐結(jié)果表明五星教學(xué)法體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，活躍了課堂氛圍，增強(qiáng)了課堂互動(dòng)，學(xué)生學(xué)習(xí)滿意度明顯提高，達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

［關(guān)鍵詞］ 大學(xué)化學(xué)；五星教學(xué)法；教學(xué)難點(diǎn)

［基金項(xiàng)目］ 2019年度航天工程大學(xué)教學(xué)研究課題項(xiàng)目“大學(xué)化學(xué)課程建設(shè)項(xiàng)目”（1-1-2-5）

［作者簡(jiǎn)介］ 任武榮（1985—），男，山西忻州人，博士，航天工程大學(xué)基礎(chǔ)部講師，主要從事化學(xué)課程研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）14-0137-04 ［收稿日期］ 2023-01-30

引言

“大學(xué)化學(xué)”課程是為航天工程大學(xué)非化學(xué)專業(yè)本科生開(kāi)設(shè)的基礎(chǔ)課，課程教授的基本概念、基本理論、基本方法和實(shí)驗(yàn)技能是構(gòu)成學(xué)員專業(yè)領(lǐng)域科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分。我校學(xué)生均為非化學(xué)專業(yè)，化學(xué)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)一般，加之我校對(duì)于人才培養(yǎng)、體能隊(duì)列訓(xùn)練、文體活動(dòng)要求高，學(xué)生自主學(xué)習(xí)時(shí)間短等特點(diǎn)，近年來(lái)，“大學(xué)化學(xué)”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)在教學(xué)內(nèi)容、課程設(shè)計(jì)、教學(xué)理念、教學(xué)方法等方面進(jìn)行了積極的探索與實(shí)踐。

首先，重整教學(xué)內(nèi)容，按照物質(zhì)結(jié)構(gòu)、化學(xué)反應(yīng)的基本規(guī)律和化學(xué)的現(xiàn)代應(yīng)用三個(gè)模塊構(gòu)建知識(shí)點(diǎn)。其次，改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)模式?，F(xiàn)行的“大學(xué)化學(xué)”教學(xué)模式基本是以教師課堂講授為主，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果一般，為此，很多教育工作者在“大學(xué)化學(xué)”教學(xué)中提出了一系列新的教學(xué)設(shè)計(jì)模型和理念，如OBE理念［1］、雨課堂和BOPPPS教學(xué)模型［2-3］、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)［4］等，取得了良好的教學(xué)效果［5］。鑒于物質(zhì)結(jié)構(gòu)部分知識(shí)點(diǎn)比較抽象，與學(xué)生的原有認(rèn)知差別較大，學(xué)生理解起來(lái)比較困難等現(xiàn)狀，本文提出了基于“五星教學(xué)法”的教學(xué)設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)始終堅(jiān)持以學(xué)生為主體的教學(xué)理念，突出學(xué)生的主體地位，通過(guò)“聚焦問(wèn)題、激活舊知、示證新知、應(yīng)用新知、融會(huì)貫通”等教學(xué)設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，增強(qiáng)學(xué)生的課堂參與度。通過(guò)對(duì)考試成績(jī)和問(wèn)卷調(diào)查進(jìn)行分析，結(jié)果表明，采用“五星教學(xué)法”對(duì)課堂的各個(gè)方面都有促進(jìn)作用，具有較好的教學(xué)效果，為旨在提高課堂教學(xué)質(zhì)量的教學(xué)模式改革提供了借鑒和參考。

一、五星教學(xué)法介紹

五星教學(xué)法是美國(guó)著名教育心理學(xué)家和教學(xué)設(shè)計(jì)理論家梅瑞爾教授提出的，其核心是在“聚焦解決問(wèn)題”的教學(xué)宗旨下，由不斷重復(fù)的四個(gè)階段循環(huán)構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)模式如圖1所示。國(guó)內(nèi)由浙江大學(xué)盛群力教授等引進(jìn)，并在初等教育領(lǐng)域取得了良好的應(yīng)用［6］。

五星教學(xué)法可概括為以下五個(gè)步驟：（1）聚焦問(wèn)題。在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)該把本次課的教學(xué)內(nèi)容以問(wèn)題的形成呈現(xiàn)出來(lái)，即以問(wèn)題為導(dǎo)向，為吸引學(xué)生的注意力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，問(wèn)題的設(shè)置多與生活相關(guān)，貼近實(shí)際。（2）激活舊知。在問(wèn)題的引導(dǎo)下，通過(guò)一定的教學(xué)設(shè)計(jì)幫助學(xué)生喚起原有的知識(shí)，為新知識(shí)的學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備工作。（3）示證新知。通過(guò)多種教學(xué)手段引入新知識(shí)點(diǎn)，幫助學(xué)生建立新舊知識(shí)之間的聯(lián)系，為解決問(wèn)題做好鋪墊。（4）應(yīng)用新知。學(xué)生通過(guò)完成例題和習(xí)題等方式熟練掌握新的知識(shí)點(diǎn)，做到舉一反三。（5）融會(huì)貫通。學(xué)生在教師的幫助下，將新的知識(shí)遷移到課堂一開(kāi)始聚焦的問(wèn)題中，達(dá)到活學(xué)活用的教學(xué)目的。

五星教學(xué)法在實(shí)際教學(xué)中可以起到良好的教學(xué)效果。比如，周雪芹［7］在從C語(yǔ)言到Java語(yǔ)言過(guò)渡的教學(xué)設(shè)計(jì)中運(yùn)用了五星教學(xué)法，讓學(xué)生溫故知新，保持較強(qiáng)的學(xué)習(xí)動(dòng)力和學(xué)習(xí)興趣。錢(qián)飛躍等［8］在微課教學(xué)設(shè)計(jì)中運(yùn)用了五星教學(xué)法，實(shí)現(xiàn)了“知識(shí)自然延伸、問(wèn)題合理解決”的高效教學(xué)。吳彥文等［9］在模擬電子技術(shù)SPOC課程、袁樸玉［10］在高等數(shù)學(xué)課程、張廣娜等［11］在園藝專業(yè)課程、鄒劍霞等［12］在信息技術(shù)課程中均采用了五星教學(xué)法，提高了教學(xué)質(zhì)量。

二、五星教學(xué)法的課堂教學(xué)實(shí)踐

（一）原子核外電子排布內(nèi)容介紹及教學(xué)現(xiàn)狀

原子核外電子的排布規(guī)律主要涉及電子層、原子軌道和電子自旋等概念，包括原子核外電子排布的原理和排布規(guī)則，即能量最低原理、泡利不相容原理和洪特規(guī)則。這部分內(nèi)容在“大學(xué)化學(xué)”課程中處于基礎(chǔ)性地位，但是內(nèi)容比較抽象，初學(xué)者較難理解。運(yùn)用傳統(tǒng)的講授方法難以達(dá)到有效的學(xué)習(xí)效果，比如原子結(jié)構(gòu)中的四個(gè)量子數(shù)，部分學(xué)生僅靠死記硬背來(lái)記憶規(guī)則，無(wú)法融會(huì)貫通，甚至個(gè)別學(xué)生完全“不知所云”，不清楚電子為什么要排布、電子和原子軌道之間的關(guān)系等。針對(duì)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，本文運(yùn)用五星教學(xué)法對(duì)“大學(xué)化學(xué)”教學(xué)模式進(jìn)行改革和探索，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，提高教學(xué)效果，為培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)、專業(yè)化新型人才打下良好的科學(xué)基礎(chǔ)。

（二）基于五星教學(xué)法的“大學(xué)化學(xué)”教學(xué)模式設(shè)計(jì)與實(shí)踐

針對(duì)當(dāng)前學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性不高、學(xué)習(xí)目的不明確等實(shí)際情況，運(yùn)用五星教學(xué)法將教學(xué)內(nèi)容聚焦于解決實(shí)際問(wèn)題，能夠讓學(xué)生明白為什么要學(xué)習(xí)這些知識(shí)，這些知識(shí)可以解決哪些問(wèn)題。此外，五星教學(xué)法作為一項(xiàng)科學(xué)的教學(xué)體系，能讓新教師快速掌握教學(xué)設(shè)計(jì)的方法和步驟，彌補(bǔ)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的不足，有效提升教學(xué)效果。本文以原子核外電子排布的相關(guān)知識(shí)為例，運(yùn)用五星教學(xué)法從聚焦問(wèn)題、激活舊知、示證新知、應(yīng)用新知、融會(huì)貫通五個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐。

1.聚焦問(wèn)題。通過(guò)提出問(wèn)題引發(fā)學(xué)生的興趣，例如，門(mén)捷列夫發(fā)現(xiàn)了元素周期律，為化學(xué)學(xué)科的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，但他只給出了結(jié)果，沒(méi)有回答原因，那么元素的化學(xué)性質(zhì)為什么呈現(xiàn)周期性變化呢？進(jìn)而引入原子核外電子排布的周期性變化規(guī)律。

通過(guò)聚焦問(wèn)題，使知識(shí)內(nèi)容具有更強(qiáng)的直觀性，能夠引起學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的積極性。通過(guò)該問(wèn)題的設(shè)置，讓學(xué)生明白核外電子為什么要排布、學(xué)習(xí)核外電子的排布可以解決生活中的哪些問(wèn)題。

2.激活舊知。在學(xué)習(xí)核外電子如何排布這個(gè)新知識(shí)點(diǎn)之前，需要回顧課程前面學(xué)過(guò)的原子軌道和能級(jí)的概念等相關(guān)內(nèi)容，以便更好地理解新知識(shí)，同時(shí)使知識(shí)結(jié)構(gòu)更加系統(tǒng)和完備。

3.示證新知。在學(xué)生對(duì)新知充滿期待的情況下，通過(guò)引入道具或視頻動(dòng)畫(huà)等，結(jié)合具體案例，講授多電子原子核外電子的排布規(guī)律。在此環(huán)節(jié)，可充分應(yīng)用各種參與式、類比式、研討式等學(xué)習(xí)方法進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，如采用類比法進(jìn)行教學(xué)，可通過(guò)導(dǎo)入綜藝節(jié)目中客人按照游戲規(guī)則選擇客房的節(jié)目視頻，將電子比作“嘉賓”，原子軌道類似于“客房”，將電子在原子核外軌道上的排布類比于綜藝節(jié)目中的“嘉賓”選擇“客房”的過(guò)程，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

接下來(lái)重點(diǎn)講解電子這個(gè)“嘉賓”在挑選原子軌道這個(gè)“客房”時(shí)的選房規(guī)則。（1）電子“選房”規(guī)則一：泡利不相容原則。將每個(gè)原子軌道視為一個(gè)“雙人間”，可以住進(jìn)自旋方向相反的兩個(gè)電子“嘉賓”，無(wú)法容納三個(gè)或三個(gè)以上的電子。從選房規(guī)則出發(fā)，學(xué)習(xí)泡利不相容原則即任何一個(gè)原子軌道最多容納兩個(gè)自旋方向相反的電子，同一原子中不能存在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子。（2）電子“選房”規(guī)則二：能量最低原則。與“嘉賓選房”相比，電子更喜好占據(jù)“低樓層”，一樓被占滿后才會(huì)選二樓，即電子優(yōu)先排布到能量低的原子軌道上，使原子的整體能量降低。（3）電子“選房”規(guī)則三：洪特規(guī)則。在以上兩個(gè)原則的基礎(chǔ)上，還有一些特殊情況，即當(dāng)同一樓層存在多套空房時(shí)，或者原子存在能量相同的多個(gè)空原子軌道時(shí)，電子這個(gè)“嘉賓”更喜歡單獨(dú)住進(jìn)原子軌道這個(gè)“房間”里，而不是與其他電子擠在一個(gè)房間。按照洪特規(guī)則，使等價(jià)軌道處于全充滿、半充滿或全空狀態(tài)時(shí)的電子排布方式是比較穩(wěn)定的。

4.應(yīng)用新知。在這一環(huán)節(jié)，充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體的教學(xué)理念，通過(guò)情景模擬、沉浸式學(xué)習(xí)等參與式學(xué)習(xí)方法，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用新知識(shí)解決問(wèn)題，如讓學(xué)生扮演電子“嘉賓”，通過(guò)排隊(duì)站位的方式組合成不同原子軌道即“房間”，按照前面學(xué)過(guò)的三個(gè)規(guī)則選擇房間，并站到對(duì)應(yīng)的房間位置，同時(shí)在紙上寫(xiě)出“房間號(hào)”，即原子軌道名稱。通過(guò)學(xué)生之間互動(dòng)，達(dá)到鞏固和應(yīng)用新知的目的。也可以進(jìn)行對(duì)抗式練習(xí)，全班同學(xué)分為若干組，每組按照給定的元素進(jìn)行快速排隊(duì)，按照電子“嘉賓”選房的正確率和速度計(jì)分，提高學(xué)生的參與度和積極性。教師可以提前準(zhǔn)備一些小的獎(jiǎng)品，作為獎(jiǎng)勵(lì)。

5.融會(huì)貫通。在掌握核外電子排布基本規(guī)則并能熟練應(yīng)用的基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)計(jì)貼近生活常識(shí)的事例，如生活中常見(jiàn)的鐵銹為什么是紅色的三氧化二鐵而不是鐵的其他化合物、同族元素的化學(xué)性質(zhì)為什么相近、同周期元素的單質(zhì)從左到右為什么由金屬變?yōu)榉墙饘俚?，使學(xué)生能夠應(yīng)用所學(xué)的電子排布相關(guān)知識(shí)，理解元素周期律和元素的化學(xué)性質(zhì)，達(dá)到融會(huì)貫通的學(xué)習(xí)效果，同時(shí)深刻理解了門(mén)捷列夫沒(méi)有解答的疑問(wèn)——元素周期律是因?yàn)樵拥暮送怆娮优挪汲尸F(xiàn)周期性變化規(guī)律。

總之，傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)包含了上述五個(gè)要素，但是往往涵蓋不夠全面，課堂設(shè)計(jì)不夠系統(tǒng)，對(duì)問(wèn)題的聚焦性不夠，以學(xué)生為中心的教學(xué)理念體現(xiàn)得不明顯。采用五星教學(xué)法進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，通過(guò)聚焦問(wèn)題的方式，把解決問(wèn)題作為課堂切入點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；通過(guò)激活舊知，有利于學(xué)生復(fù)習(xí)和運(yùn)用已有的知識(shí)，并為課堂即將要學(xué)的知識(shí)做好鋪墊；通過(guò)舊知合理引出新知，采用參與式、類比式、研討式等學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)新知，學(xué)習(xí)過(guò)程中充分體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)理念；在此基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)計(jì)游戲、問(wèn)題等互動(dòng)環(huán)節(jié)激發(fā)和鼓勵(lì)學(xué)生應(yīng)用新知來(lái)解決問(wèn)題；最后通過(guò)發(fā)散性的、生活化的問(wèn)題，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)融會(huì)貫通的教學(xué)目的。

三、教學(xué)效果

將傳統(tǒng)教學(xué)模式與基于五星教學(xué)法的教學(xué)模式進(jìn)行比較。2020年春季學(xué)期的“大學(xué)化學(xué)”教學(xué)班（共54人）為傳統(tǒng)教學(xué)模式，2022年春季學(xué)期的“大學(xué)化學(xué)”教學(xué)班（共76人）為五星教學(xué)模式，兩個(gè)班次學(xué)生的教學(xué)效果如表1所示。從表1可以看出，采用五星教學(xué)模式的班級(jí)在學(xué)生課堂參與度、滿意度和平均分等方面均有顯著提高。通過(guò)五星教學(xué)模式，對(duì)于原子核外電子排布等比較抽象、難理解的知識(shí)，利用學(xué)生易于理解的“選房”進(jìn)行類比，降低了學(xué)習(xí)難度，引發(fā)了學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的濃厚興趣，課堂互動(dòng)次數(shù)由平均3次提高到了11次，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性明顯提高，對(duì)相關(guān)知識(shí)的掌握程度顯著提升，幫助學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)獲得良好的學(xué)習(xí)效果。

采用五星教學(xué)模式的教學(xué)班，學(xué)生參與完成了對(duì)于學(xué)習(xí)效果評(píng)估的匿名調(diào)查問(wèn)卷，從參與調(diào)查反饋的學(xué)生問(wèn)卷可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍對(duì)五星教學(xué)模式有良好的學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)，從學(xué)習(xí)效果等各方面考慮均有提升的學(xué)生人數(shù)比例平均為96.5%（選項(xiàng)“非常符合”與“比較符合”比例之和）。學(xué)生反饋認(rèn)為五星教學(xué)模式非常有助于復(fù)習(xí)理解和增加學(xué)習(xí)主動(dòng)性。在提升學(xué)習(xí)興趣、幫助理解和復(fù)習(xí)提高學(xué)習(xí)效率、增加交流互動(dòng)和認(rèn)為自己作為課堂主體進(jìn)行學(xué)習(xí)等方面，反饋五星教學(xué)模式非常有幫助的人數(shù)比例占比較大，僅有極少數(shù)學(xué)生反饋學(xué)習(xí)效果提升不顯著（平均占比為3.5%）。總體來(lái)看，學(xué)生對(duì)于五星教學(xué)模式的學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)和習(xí)題成績(jī)與考試成績(jī)提升的情況相符合，證明五星教學(xué)模式在提高學(xué)習(xí)效果方面確實(shí)具有優(yōu)越性。

結(jié)語(yǔ)

針對(duì)“大學(xué)化學(xué)”教學(xué)中原子核外電子排布等內(nèi)容比較抽象、學(xué)生學(xué)習(xí)難度大的問(wèn)題，本文以多電子原子核外電子的排布為具體的教學(xué)案例，應(yīng)用五星教學(xué)法對(duì)傳統(tǒng)的“大學(xué)化學(xué)”教學(xué)模式進(jìn)行改革和探索，從聚焦問(wèn)題、激活舊知、示證新知、應(yīng)用新知和融會(huì)貫通等五個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)，以類比的方法降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)掌握重點(diǎn)和難點(diǎn)，達(dá)到了良好的學(xué)習(xí)效果，取到了更高的學(xué)習(xí)滿意度。五星教學(xué)法作為有效多維度提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果的教學(xué)模式，在課堂實(shí)施過(guò)程中具有重要借鑒意義。

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Application of “Five-star” Teaching Method in College Chemistry

REN Wu-rong， LI Bai-li， CUI Chen-fang

（Basic Department， Aerospace Engineering University， Beijing 101416， China）

Abstract： College chemistry is a fundamental course in colleges. The traditional teaching mode focuses on teachers’ teaching process， and students have difficulty understanding some difficult contents such as atomic structure and molecular structure with low learning interests， which is difficult to meet the training requirements of high-quality and professional military talents. This paper applies the “five-star” teaching method to reform and explore the traditional university chemistry teaching mode， takes the arrangement of electrons outside the multi-electron atomic nucleus as a specific teaching case， and the results show that the “five-star” teaching method highlights the dominant position of students， improves students’ learning interest and enthusiasm， actives classroom atmosphere， enhances classroom interaction， and achieves a high learning satisfaction and a good teaching effect.

Key words： College Chemistry; “five-star” teaching method; teaching difficulties