智慧教育背景下物理化學(xué)課程教學(xué)策略探討

堵偉桐 陳卓

摘 要： 智慧教育作為數(shù)字時(shí)代的教育新形態(tài)，在課程教育內(nèi)容和教學(xué)范式等方面都對(duì)傳統(tǒng)的物理化學(xué)課程教學(xué)提出了更高的要求。因此，緊密結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等智慧教育技術(shù)特點(diǎn)，分析和探討了當(dāng)前江蘇科技大學(xué)冶金工程專業(yè)物理化學(xué)課程中理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)及教學(xué)管理等環(huán)節(jié)中智慧教育的應(yīng)用模式，并提出科學(xué)評(píng)價(jià)教學(xué)實(shí)施效果的相應(yīng)策略，旨在進(jìn)一步提升該課程的教學(xué)效果，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 智慧教育 物理化學(xué) 教學(xué)策略 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)： G434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 1679-3567（2024）06-0092-03基金項(xiàng)目：江蘇省基礎(chǔ)研究計(jì)劃課題（項(xiàng)目編號(hào)：BK20210888）；江蘇科技大學(xué)博士教研教改項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：1052102228）。

Exploring Teaching Strategies for the Physicochemistry Course in the Context of Smart Education

DU Weitong CHEN Zhuo

School of Metallurgical Engineering， Jiangsu University of Science and Technology， Zhangjiagang， Jiangsu Province， 215600 China

Abstract： As a new form of education in the digital era， smart education has put forward higher requirements for the traditional teaching of the physicochemistry course in terms of its education content and teaching paradigm. Therefore， the article closely combines the characteristics of the Internet， artificial intelligence and other smart education technologies， analyzes and discusses the current application mode of smart education in the theoretical teaching， experimental teaching and teaching management of the physicochemistry course in the metallurgical engineering major in Jiangsu University of Science and Technology， and puts forward corresponding strategies for the scientific evaluation of the teaching implementation effect， aiming to further improve the teaching effect of the course and enhance the quality of talent cultivation.

Key Words： Smart education； Physicochemistry； Teaching strategy； Teaching reform

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，智能環(huán)境正在改變高等教育中教與學(xué)的方式[1]。我國(guó)高等教育課堂歷經(jīng)從“高效課堂”到“翻轉(zhuǎn)課堂”和“智慧課堂”的改革，其中“智慧課堂”是在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下出現(xiàn)的一種新的課堂教學(xué)方式，其出現(xiàn)為解決傳統(tǒng)物理化學(xué)課程的教學(xué)弊端提供了一種新的思維方式，并已經(jīng)成為了現(xiàn)代教育的重要組成部分[2]。智慧教育的教學(xué)模式包含智能化的教學(xué)管理和服務(wù)、個(gè)性化的教學(xué)方案和建議、智能化的學(xué)習(xí)服務(wù)和指導(dǎo)等內(nèi)容。教師可通過(guò)多種技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化[3]，為學(xué)生提供豐富且多樣化的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)方式，可以更好地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)[3]。

在江蘇科技大學(xué)2020版冶金工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案中，物理化學(xué)是冶金本科學(xué)生的核心必修課，占56學(xué)時(shí)（3.5學(xué)分）。物理化學(xué)課程作為冶金、材料、化工等相關(guān)專業(yè)的核心課程之一，在傳統(tǒng)的教學(xué)方式中，并沒有根據(jù)課程本身的特點(diǎn)結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)充分開展科學(xué)有效的學(xué)習(xí)活動(dòng)，導(dǎo)致其教學(xué)方式存在以教師為中心、學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)、師生缺乏互動(dòng)、對(duì)創(chuàng)新思維缺乏培養(yǎng)等問題。如何在該課程教學(xué)過(guò)程中有效利用智慧教育的優(yōu)勢(shì)，提高教學(xué)效果，是當(dāng)前有待探討的問題。本文將從智慧教育在物理化學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用模式進(jìn)行深入分析，并對(duì)該教學(xué)模式下的實(shí)施效果評(píng)價(jià)方式進(jìn)行探討。

1 智慧教育在物理化學(xué)課程教學(xué)中應(yīng)用模式分析

智慧教育作為融合信息技術(shù)的新型教學(xué)模式，為滿足學(xué)生開放性、互動(dòng)性、多樣性和實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)的需要，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能終端的支持下，通過(guò)“線上+線下”混合式、探究式教學(xué)等多種個(gè)性化教學(xué)方式，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)教學(xué)效果的提高。

1.1 理論教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

物理化學(xué)的理論教學(xué)模塊涵蓋了物理化學(xué)知識(shí)框架、基本原理、基本公式以及相關(guān)原理在日常生活和工作中的應(yīng)用。據(jù)2017—2022年內(nèi)物理化學(xué)課程的學(xué)生評(píng)教及反饋統(tǒng)計(jì)，絕大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為物理化學(xué)課程概念性強(qiáng)，理論性強(qiáng)，短時(shí)間內(nèi)各知識(shí)點(diǎn)難以理解消化，缺乏學(xué)習(xí)興趣，課堂氛圍較為枯燥。學(xué)生只停留在知識(shí)點(diǎn)表面，不了解各知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系。因此有必要積極改變授課方法，利用現(xiàn)代化教學(xué)手段使課堂教學(xué)由教師的“教”變成學(xué)生的“學(xué)”[3]，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)物理化學(xué)學(xué)習(xí)的積極性。

“智慧課堂”在“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”理念下實(shí)施個(gè)性化教學(xué)[4]，在教育領(lǐng)域中，指導(dǎo)學(xué)生積極并富有創(chuàng)造性地進(jìn)行學(xué)習(xí)是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)。在物理化學(xué)課程中的理論教學(xué)環(huán)節(jié)中，多媒體軟件輔助教學(xué)（Computer Assisted Instruction，CAI）是“智慧課堂”中的主要交流模式。將原本晦澀難懂的物理化學(xué)基本概念和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象通過(guò)圖像、聲音、動(dòng)畫等多種方式[5]，生動(dòng)形象地展示給學(xué)生，使其更好地理解和運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)。例如：在物理化學(xué)課程中講解化學(xué)反應(yīng)的速率時(shí)，可以通過(guò)動(dòng)畫演示零級(jí)反應(yīng)、一級(jí)反應(yīng)、二級(jí)反應(yīng)的反應(yīng)物濃度變化過(guò)程，讓學(xué)生直觀地感受反應(yīng)速率變化規(guī)律。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)作為智慧教育的另一個(gè)重要組成部分，可運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，為學(xué)生提供更加豐富和便捷的實(shí)驗(yàn)解決途徑。通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠在虛擬平臺(tái)下完成實(shí)驗(yàn)步驟和操作[6]，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，掌握實(shí)驗(yàn)技能，同時(shí)規(guī)避了如化學(xué)品揮發(fā)、潑濺、火災(zāi)爆炸等安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)驗(yàn)安全性大大提高。同時(shí)高校也可避免了實(shí)驗(yàn)器材和化學(xué)試劑的消耗，降低了實(shí)驗(yàn)的成本。最終學(xué)生將獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入相關(guān)數(shù)據(jù)分析軟件中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析，即可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論。

以江蘇科技大學(xué)物理化學(xué)課程中課內(nèi)實(shí)驗(yàn)“二組分合金相圖繪制”為例，學(xué)生基于熱力學(xué)數(shù)據(jù)，使用圖形化的方式表達(dá)合金在平衡狀態(tài)下各相的組成和溫度之間的關(guān)系，并圍繞實(shí)驗(yàn)主題和預(yù)設(shè)問題進(jìn)行互動(dòng)，具體如下。（1）學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組。利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，根據(jù)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣、興趣等因素組成學(xué)習(xí)小組。（2）開展實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)和互動(dòng)研討。學(xué)習(xí)小組成員利用網(wǎng)絡(luò)智能學(xué)習(xí)平臺(tái)和在線虛擬交流平臺(tái)，設(shè)計(jì)合適的實(shí)驗(yàn)方案，并進(jìn)行組內(nèi)、組間、校內(nèi)、校際云討論，大大拓展討論及互動(dòng)的范圍和深度。（3）利用線下實(shí)驗(yàn)室和虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)觀察。在實(shí)驗(yàn)中，教師和學(xué)生在線下實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)時(shí)面對(duì)面的交流，輔以智能教室云平臺(tái)上的交流，從而提高實(shí)驗(yàn)效率和成功率。（4）實(shí)驗(yàn)后環(huán)節(jié)。利用與學(xué)生的互動(dòng)和虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的大數(shù)據(jù)分析結(jié)果，教師可針對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的不同問題（對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的解釋與對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析），優(yōu)化下一實(shí)驗(yàn)或?qū)W習(xí)階段的教學(xué)計(jì)劃，并在“教”與“學(xué)”的全過(guò)程中形成智能的教學(xué)評(píng)價(jià)與反思。

1.3 教學(xué)管理中的應(yīng)用

“智慧課堂”是一種基于信息技術(shù)的教學(xué)模式，而人工智能則是信息技術(shù)的重要組成部分。“智慧課堂”可以通過(guò)人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化的教學(xué)管理和教學(xué)服務(wù)[4]，提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，為教學(xué)過(guò)程提供更加智能化、個(gè)性化、差異化、高效化的服務(wù)和支持。例如：可以通過(guò)人工智能技術(shù)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行分析和評(píng)估，包括學(xué)習(xí)跟蹤、學(xué)習(xí)評(píng)估、學(xué)習(xí)反饋等，并根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)需求，為學(xué)生有針對(duì)性地提供學(xué)習(xí)方案及學(xué)習(xí)資料，幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)效果。

另外還可向教師提供個(gè)性化教學(xué)方案與教學(xué)建議，提供更準(zhǔn)確、更有效的教學(xué)管理與教學(xué)評(píng)估，如教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)分析與挖掘等，對(duì)教師進(jìn)行教學(xué)改進(jìn)與優(yōu)化，對(duì)教學(xué)活動(dòng)提出建議與計(jì)劃。同時(shí)融合人工智能技術(shù)與自然語(yǔ)言處理技術(shù)，為學(xué)生提供智能答疑，智能評(píng)測(cè)及其他學(xué)習(xí)服務(wù)，幫助學(xué)生更好地掌握所學(xué)的知識(shí)與技能。但是值得關(guān)注的是，如何確保人工智能技術(shù)公正性、客觀性等，仍值得廣大教育工作者思考。

2 智慧教育在物理化學(xué)課程教學(xué)中的實(shí)施效果分析

智慧教育給學(xué)生帶來(lái)了更多交互、更有吸引力的學(xué)習(xí)環(huán)境，其實(shí)施成效依賴于各方面因素，因此有必要對(duì)執(zhí)行的進(jìn)程進(jìn)行認(rèn)真地計(jì)劃與評(píng)價(jià)，以便保證執(zhí)行的有效性。

2.1 實(shí)施效果分析方法

2.1.1 對(duì)教學(xué)過(guò)程的監(jiān)控

教學(xué)過(guò)程作為考核教學(xué)實(shí)施效果最重要的一個(gè)過(guò)程性指標(biāo)，它能夠通過(guò)對(duì)教學(xué)過(guò)程的觀察和聽課評(píng)課來(lái)發(fā)現(xiàn)并解決課堂教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的各種問題，并將過(guò)程監(jiān)控的結(jié)果及時(shí)反饋到對(duì)應(yīng)的任課教師處，從而合理地安排教學(xué)方案與規(guī)劃。

2.1.2 學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度與興趣的調(diào)查

學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度與學(xué)習(xí)興趣是考核教學(xué)實(shí)施效果最主要的過(guò)程性指標(biāo)之一，可采用課下問卷調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)訪談?wù){(diào)查兩種形式來(lái)考核，還需兼顧學(xué)生個(gè)體差異及其他方面的因素。

2.1.3 對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)的分析

學(xué)業(yè)成績(jī)是評(píng)價(jià)教學(xué)實(shí)施效果的關(guān)鍵，通過(guò)考試成績(jī)、作業(yè)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)等多種方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)學(xué)生成績(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，分析出勤率、作業(yè)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和期末成績(jī)對(duì)最終成績(jī)影響大小，還需考慮學(xué)生個(gè)體差異及學(xué)科特點(diǎn)對(duì)教學(xué)的影響。

2.2 實(shí)施效果評(píng)價(jià)

據(jù)江蘇科技大學(xué)冶金工程專業(yè)2022年秋季學(xué)期的物理化學(xué)教學(xué)反饋統(tǒng)計(jì)結(jié)果，在冶金工程專業(yè)全部61名學(xué)生中，有54名學(xué)生對(duì)智慧教育教學(xué)模式下的物理化學(xué)理論及實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況非常滿意，7名學(xué)生對(duì)這種學(xué)習(xí)方式基本滿意，總體滿意度為100%。在物理化學(xué)課程目標(biāo)達(dá)成情況方面，智慧教學(xué)系統(tǒng)可直接給出按“全程綜合評(píng)價(jià)”“期末考試評(píng)價(jià)”“學(xué)生自我評(píng)價(jià)”三種評(píng)價(jià)方法的6個(gè)課程目標(biāo)達(dá)成情況，如圖1所示。由此可清晰、直觀的看出課程目標(biāo)1～3和6的學(xué)生自我評(píng)價(jià)值與期末考試評(píng)價(jià)相當(dāng)，但課程目標(biāo)5學(xué)生自我評(píng)價(jià)偏低，反映出學(xué)生主觀認(rèn)為該考點(diǎn)較難，復(fù)習(xí)充分，成績(jī)較好。課程目標(biāo)4學(xué)生自我評(píng)價(jià)偏高，需重點(diǎn)關(guān)注，并應(yīng)在后期教學(xué)過(guò)程中針對(duì)課程目標(biāo)4涉及的內(nèi)容進(jìn)行專題輔導(dǎo)。從課程問題的反饋來(lái)看，學(xué)生對(duì)于智慧教育這一學(xué)習(xí)方式基本持贊同態(tài)度，并且紛紛表示聽課效率得到了提高，期望繼續(xù)采用“智慧課堂”的教學(xué)方法。通過(guò)這樣的學(xué)習(xí)方式學(xué)生都表現(xiàn)出了較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)與探索性學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)有較大的動(dòng)力去進(jìn)修下學(xué)期將要進(jìn)行的冶金物理化學(xué)課程。

3 結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)的教學(xué)方式相比，智慧教育是一種基于信息技術(shù)的教學(xué)模式，是一種“教與學(xué)”“線上與線下”“整體與個(gè)人發(fā)展”相結(jié)合的智慧和開放的學(xué)習(xí)模式。智慧教育理念下的物理化學(xué)課程教學(xué)，使教與學(xué)更加多元、靈活、開放、有趣，將學(xué)習(xí)過(guò)程從“被動(dòng)認(rèn)知”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)探索、創(chuàng)造知識(shí)”。通過(guò)智能虛擬平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了“空間與課堂的互動(dòng)”，加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)前、中、后學(xué)習(xí)活動(dòng)的深度聯(lián)系，有助于實(shí)現(xiàn)以創(chuàng)新思維人才培養(yǎng)為目標(biāo)的物理化學(xué)理論課和實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)活動(dòng)。智慧教育的學(xué)習(xí)模式對(duì)學(xué)生的影響并沒有隨著課程的結(jié)束而終止，學(xué)生在智慧教育中的創(chuàng)新思維和探索性學(xué)習(xí)體驗(yàn)對(duì)學(xué)生以后學(xué)習(xí)其他課程也將起到積極的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]曲培波.智慧課堂“賦能”思維學(xué)習(xí)生態(tài)[J].中國(guó)教育學(xué)刊，2022（1）：102.

[2]許粟.“互聯(lián)網(wǎng)+教室”混合課程教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新研究：以《食品感官評(píng)定》課程為例[J].大眾科學(xué)，2023（4）：60-63.

[3]王笑一，張婭偉.基于智慧教育背景下的全互動(dòng)教學(xué)改革研究[J].科技資訊，2021，19（13）：158-160.

[4]劉文杰，朱玉嵐，劉瑜.“物理化學(xué)”在線開放課程建設(shè)探索與實(shí)踐[J].科教導(dǎo)刊，2022（29）：98-100.

[5]陳鈺，盧艷紅，李迪，等.人工智能背景下物理化學(xué)教學(xué)改進(jìn)[J].中國(guó)冶金教育，2022（1）：41-43.

[6]陳卓，堵偉桐，邱家用.基于智慧課堂的冶金工程專業(yè)選修課程的教學(xué)探索[J].科技資訊，2023，21（3）： 159-162，175.