邹建新，张凤春，彭富昌，梁新元
(1.成都工业学院，四川 成都 611730；
2.攀枝花学院，四川 攀枝花 617063；
3.重庆工商大学，重庆 400067)
物理化学课程是高校材料、化工、冶金类理工科的专业基础课和必修课，在整个知识体系中起着基础性和先导性作用，占有极其重要的地位。因此，高校相关理工科专业必须要把储备和掌握物理化学知识与技术作为一项重要任务，为培养新时代国家应用型技术人才奠定根基。课程所涉及的基础知识较多，公式推导繁琐，历来是高校理工科相关专业中老师难教、学生难学的一门典型课程，卷面不及格率普遍较高，高达50%是比较常见的，已成为授课教师和学生的一块心病。
高校理工科相关专业坚持“以学生为中心”的教育理念，许多教师试图从传统讲授法打开缺口，尝试翻转课堂、慕课等方法，但教学成效差异较大。有的教师竭力提升自身讲课水平，或增加课时数，但忽略了“以学生为中心”的导向，只注重“教”而轻视了“学”，结果也不太理想[1-2]。如何贯彻目标导向性OBE理念，如何落实“以学生为中心”新时代教学指导思想，如何解决物理化学课程难的困境，已成为不少教师梦寐以求的愿景[3-4]。作者结合成都工业学院等高校实际，提出了一种“四元三导一对分”线上线下混合式教学模式，并在物理化学课程中进行了实践，取得了较好成效。
“四元三导一对分”教学模式中的“四元”是指讲授、独学、讨论和答疑等四个教学环节，是以时间为主线的、相互独立的不同教学过程。“三导”是指精讲导学、以案导学和题库导学等三种指导方式，是以学材为主线的、形式上独立的不同学习媒介。“一对分”是指将课堂时间一分为二，前半部分时间留给学生，后半部分时间用于教师讲授，是以课堂时间掌控权力为主线的、知识吸收与知识输出相互独立的不同时段。其流程如图1所示。
图1 “四元三导一对分”教学模式示意图
该流程中，第一节课是学，第二节课是教，在整个大节课中，实际上是将先教后学与先学后教融合在一起。同时，也将讨论式教学与讲授式教学进行了有机整合，符合学生学习的心理学规律。四元教学法的讲授、独学、讨论和答疑等的顺序不能更改。教师必须要先讲，讲完之后学生才能学，学了之后才能反思，反思之后才能带着反思的结果参与小组交流，交流之后才可以提炼共性问题，提交给老师，进行统一或个别的答疑解惑。基本原理与详细操作流程如下所述。
1)四元教学法
自班级授课制开创以来，“教师讲授”与“学生独学”是最经典的教学模式，至今也仍是全世界普遍采用的一种教学模式，即“二元”教学法。在“二元”教学法基础上融入了讨论环节的教学模式，即为“三元”教学法。国内教学效果较好的老师，通常都采用“三元”教学法。在私塾或精英教育中，“答疑”容易做到，但在大众化批量教育中，实施成本较高，譬如2020年获得国家教学特等奖的四川大学小班制教学改革，投入经费高达2亿元以上，且师资力量十分充足，非一般普通院校的人力、物力、财力所能承受。
有些教师尤其是高校中的不少教师认为，教学就是讲课，讲得好，就教得好了，怎么讲都行，教无定法，讲无定式。疫情倒逼下的线上教学，暴露了这种认识背后的重大问题：全国高校这么大的群体每天都发生的教育教学的社会活动，它的内核居然是不够规范的，就是怎么讲都可以，怎么讲都行，没有办法评价谁讲得好，谁讲得不好。没有规范，那就是不太科学，不太科学就不能保证教学效果。因此，我国的教学标准尚不够规范，无法保证效果，亟需变革，走向规范性的四元教学。可以说，“四元”教学法满足了“以学生为中心”的述求，保证了学生被动听讲获取知识与主动答疑获取知识的完整性，是教育教学现代化的必由之路。
2)三导教学法
信息化时代获取知识的途径已完全不同于过去，“以学生为中心”理念倡导的是教师引导学习而非“满堂灌”授课，“导学”能力已成为任课教师的基本功。“三导”包括课堂精讲导学、导学案导学、题库导学等三种。后两种必需依靠一种信息化教学云平台来实现。
“课堂精讲”要求教师在熟练掌握教学内容的基础上，只将基本概念、重点、难点以及前后逻辑关系等内容在有限的 45 min 内传授给学生，克服“满堂灌”，做到精讲留白，以便学生课后自我探索。事实上，现在的学生对教师的事无巨细的讲解是不欢迎的，认为低估了他们的智商。
导学案的作用在于指导学生课后独学，向学生提供一个自我内化时的标准，让学生课后独学时知道哪些内容是重点、哪些内容应该掌握到何种程度，是大致了解还是深刻理解，是熟记还是认识即可，是会推导公式还是只记住后会计算即可等等。如：“深入领会自由焓(ΔH)的内涵，融入灵魂深处” “会由标准摩尔燃烧焓熟练地计算化学反应的焓变” “知道如何计算ΔG，牢记ΔG=ΔH-TΔS公式”“记住等压热容与温度的经验公式：Cp，m=a+bT+cT2”等。导学案既是学生学习内容的广度与深度的标准，也是期末考核的标准。
题库的作用还向学生提供了一种独学的有效训练工具。仅靠课后阅读课本、PPT课件的独学效果通常不如再布置一定量的作业。题库是题量扩大了多倍的作业，且几乎涵盖了所有学习内容，涵盖了不同深度的内容，便于学生在章节复习、期末复习时开展以问题为导向的探索。如果存在较多类型的题不会做的情况，那么很难说该学生已较好地掌握了物理化学知识。期末试题、题库与导学案三者应保持一致性，题库的题量应足够，才能保证学生独学的需求。
3)对分教学法
“以学生为中心”的指导思想要求将学习主动权交还学生，教师不能通过“满堂灌”方式来独霸课堂时间。“对分”的思路在于将约一半的时间留给学生，只讲授约一半的时间，本质上是学生与教师在课堂时间掌控上的权力分割。每次课的前 45 min 由学生自己支配，学生自我深度内化，针对上次课老师讲授的新课内容，在课后作业的初步内化基础上，在课堂上再次深度内化学习。然后，针对问题开展同伴间相互讨论，再有不清楚的地方，请求教师答疑。在后 45 min 则由教师讲授新课，实现课堂时间上的对分[5]。
物理化学课程教学内容主要包括热力学三大定律、化学反应平衡、相图、动力学等。特点是内容多、公式多、原理深奥难懂。学生深度内化并吃透原理是关键，教师引导、答疑是抓手。按照重构后的教学流程与教学方式，作者选用了简洁易用的“对分易”信息化教学云平台(当然，也可以采用“雨课堂”“智慧树”等云平台)，采用“四元三导一对分”教学模式在材料科学与工程专业的2019级、2020级、2021级共三届学生的物理化学课程中进行了实践。教学成效评判主要采用定量的期末卷面(闭卷)考试成绩，对比样本选用同一专业的采用传统讲授方法的2016级、2017级、2018级学生的物理化学课程。教学成效评判同时也采用了定性的学生满意度测评法。
2.1 期末卷面成绩评价
采用传统讲授方法的2016级、2017级、2018级共三届本科学生的物理化学课程期末卷面(闭卷)考试成绩与采用“四元三导一对分”教学模式的2019级、2020级、2021级共三届本科学生的物理化学课程期末卷面(闭卷)考试成绩比对情况如表1所示。需要说明的是，六届学生所用教材均为《物理化学简明教程》(邵谦编著)，没有变化，所用教学大纲、试题范围、试题难度、题型等均大体相当，变化不大。
表1 不同教学模式的物理化学课程期末卷面成绩对比
根据表1可以进行教学模式改革前后成绩分析比较。可以看出，2016级、2017级、2018级的传统讲授模式的成绩不及格率大致介于50%～70%区间，2019级的“四元二导一对分”教学模式的成绩不及格率大致介于20%～38%区间，2020级、2021级的“四元三导一对分”教学模式的成绩不及格率大致介于15%～21%区间。平均分也大致由55分提升到60分，再到70分。这里的“四元二导一对分”教学模式与“四元三导一对分”教学模式相比，缺失了一个“以题导学”的题库。以上数据表明，“四元三导一对分”教学模式在物理化学课程中取得了明显的教学效果。
2.2 学生满意度评价
通过对学生的物理化学课程学习满意度无记名投票发现，2019级物理化学课程一二合班中更喜欢“四元二导一对分”教学模式的占比为26.56%，认为跟传统讲授模式差不多的占比为37.5%，即认同“四元二导一对分”教学模式的合计占比为64.06%(单选)。2020级物理化学课程一二合班中，更喜欢“四元三导一对分”教学模式的占比为97.01%(多选)。2021级物理化学课程三班中，更喜欢“四元三导一对分”教学模式的占比为53.66%(单选)。2021级物理化学课程一二合班中，更喜欢“四元三导一对分”教学模式的占比为93.06%(单选)。另外，对比2019级和之后的两个年级，可以发现，学生对“四元三导一对分”教学模式的满意度明显高于“四元二导一对分”教学模式，说明题库的缺失对学习效果的影响还是较大的。以上情况表明，与传统讲授模式相比，绝大多数学生更喜欢“四元三导一对分”教学模式。
高校要以学生为中心办教育，以学生的学习结果为中心评价教育，以学生学到了什么、学会了什么评判教育的成效，这些要求是推动教育回归常识的关键所在。只有坚持“以学生为中心”教育理念的课堂教学模式才是科学的高等教育教学模式，才符合学生的心理学认知规律。“四元三导一对分”教学模式的讲授、独学、讨论和答疑环节遵从了学生学习的心理学规律，精讲导学、以案导学和题库导学满足了学生获得学习援助的述求，课堂时间“对分”在课堂权力把控上落实了“以学生为中心”的指导思想，归纳类作业与深层内化等环节叩击了学生的人性弱点，诱导了学生自主学习。“四元二导一对分”教学模式相较于传统讲授方法，物理化学课程期末卷面不及格率由50%～70%区间降低至20%～38%区间，“四元三导一对分”教学模式更降低至15%～21%区间，平均分也由55分提升到70分，教学效果明显提升。喜欢“四元三导一对分”教学模式的学生比率介于54%～93%区间。较好的教学成效展现了“四元三导一对分”教学模式的推广应用前景。
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