任务书预习模式在物理化学实验中的应用

陈书鸿，蒋德敏，张丽莹，平巍

(重庆三峡学院环境与化学工程学院，重庆 404020)

0 引言

实验前的预习是做好实验的必备环节，是确保实验教学的顺利进行、提高实验教学质量的重要途径[1-2]。但在传统教学模式下，实验预习环节常常被忽视，没有发挥应有的作用，主要存在以下一些问题[3-8]：(1)学生不重视预习环节，简单抄写完成预习报告； (2)教师不重视预习环节，没有充分发挥预习的教学功能；(3)预习的内容和形式比较单一，不能激发学生的学习兴趣；(4)实验预习的考核机制往往流于形式。针对这些弊端，许多老师在化学实验预习方面作了有益的改革探索，提供了较好的经验参考，例如：周爱菊[4]、丁唯嘉等[6]、阚卫秋等[8]、李娇等[9]从“线上+线下”预习、预设问题、加强预习考核等几方面进行了改革；杨锦等[10]提出了“学案式”实验报告，钱建刚等[1]利用网络技术构建了闯关式预习模式，引导学生预习时自主学习。

“教学有法，教无定法”，为了提高地方本科院校学生的化学实验素质，近年来本课程(物理化学实验)采用基于OBE理念的PMPR实验教学模式[11-12]，在教学实践中总结提出了任务书实验预习模式。该模式以“预习任务书”为指导性文件，优化了实验预习流程，丰富了预习的内容和形式，规范了预习报告的格式，加强了预习的考核机制。通过教学实践表明，实现了“以学生为中心”的教学理念，很好地解决了实验预习中存在的问题，明显提高了实验预习的效果。

1 任务书实验预习模式

1.1 预习流程

为了充分发挥课前预习的作用，以培养学生的自学能力和独立思考能力为出发点，结合“PMPR实验教学模式”，优化了预习的流程，如图1所示。

图1 实验预习模式流程图

整个流程可以分为四个阶段：教师布置预习任务、学生完成预习报告、教师批阅预习报告、课前预习测试。教师提前一周发布预习任务书并上传文字、视频资料到学习通课程平台，学生在实验前一天上交预习报告，教师在实验前完成批阅，并在上课前利用学习通平台进行知识小测验。在预习过程中，老师学生主要通过QQ、微信进行交流或答疑解惑。

1.2 预习任务书的主要内容

预习任务书主要目的是：确定学生的学习目标，引导学生自学，明确预习的内容，规范预习报告的格式。以“催化剂对蔗糖水解速率常数的影响”实验为例，预习任务书的内容主要有以下6个方面。

1.2.1 实验项目的课程目标

基于OBE理念，根据毕业要求能力指标点确定了物理化学实验课程目标，并建立了关联度矩阵。在此基础上，结合实验项目进一步细化课程目标，让教学目标更具有操作性、评价性，使学生的学习任务更加清楚具体。

1.2.2 相关背景知识

主要目的是让学生了解实验的理论基础、相关知识概况等，并适当总结书写。例如：速率方程、反应级数、催化作用、化学动力学实验技术等；化学动力学的建立和发展。

1.2.3 创设问题情境

假设一个实验体系：(1)在体积V1浓度C0的蔗糖溶液中加入体积V1浓度C1的盐酸；(2)在另外一个体积V1浓度C0的蔗糖溶液中加入体积V1浓度C2的盐酸；等等。

提出问题：(1)蔗糖溶液中加入盐酸后，是否发生水解反应？怎样证明？(2)水解速率是否相同？怎样证明？(3)水解速率如不相同，与盐酸浓度有什么关系？

通过以上问题激发了学生的学习兴趣，引导学生自主学习。学生结合所学知识，基本能够知道：需要通过实验测量出不同盐酸浓度时蔗糖的水解速率常数，就能回答这些问题。关键是：怎么样测量速率常数？因此顺理成章，引导学生对“实验方法”进行自学总结。

1.2.4 总结实验方法

要求学生根据现有资料，总结蔗糖水解速率常数的测量方法，并阐述方法的原理，总结各种方法的特点，对比分析相关方法的操作要点。实验方法有：毛细管电泳法[13]、分光光度法[14]、旋光法[14]、量热法[15]。这个要求改变了学生一味抄写教材的习惯，对学生的文献阅读和总结能力有很好的提升作用。

结合实际情况，提示学生：拟用实验方法为实验指导书上的方法。

1.2.5 设计实验流程

虽然实验教材都会列出详细的操作步骤，但学生实验“照方抓药”的现象仍然突出，主要原因是学生“胸无成竹”，记不清楚每一步的操作环节。因此要求学生根据操作步骤提取“关键词”，设计出实验流程方框图(如图2所示)，然后根据参考资料书写较为详细的实验步骤。这样能够帮助学生更好地掌握实验操作步骤，减少“照方抓药”的现象，实现“增负增效”的教学效果。

图2 实验流程图

1.2.6 实验思考题

从实验原理、实验方法、实验操作、数据处理等几个方面有针对性地提出一些思考题，根据难易程度和逻辑顺序，分为“预习思考题、课堂讨论题、实验后思考题”，将思考题的应用贯穿于课前、课中、课后。

预习思考题难度较低，以提示实验内容的重点和实验方案的关键，主要作用是拓展学生的知识面和考查学生对知识的理解程度。课堂讨论题有一定难度，旨在培养学生独立思考能力，要求学生在预习过程中查阅资料分析总结，在实验课堂中进行讨论。例如：蔗糖水解是吸热还是放热，有何依据？课后思考题的目的是指导学生分析讨论实验结果，检验学生对实验的掌握程度。又例如，蔗糖水解反应的混合器有锥形瓶、Y型试管等，分析比较它们的优缺点。

2 实验预习的考核评价

2.1 预习报告的考核

为了实现学生培养目标及课程的教学目标，合理地进行成绩评定非常重要，可以激励和督促学生重视实验、认真对待每个实验环节[16]。近年来本课程按照“预习报告20%、课前测验10%、实验操作20%、实验数据20%、实验报告30%”评定平时成绩。实验预习报告的评分标准如表1所示，“预习思考题”和“课堂讨论题”均在预习过程中完成，所以合称为“思考题Ⅰ”。由于“方法总结”“思考题Ⅰ”能较好地培养学生的自学能力、独立思考能力和语言表达能力，所以设置的权重较大。教师通过预习报告可了解学生对实验的掌握程度，并对学生预习时出现的共性问题归纳整理，在讲解演示时更有针对性，能有效提高课堂教学效率。

表1 实验预习报告的评分标准

2.2 课前小测验

为了进一步检验学生的预习质量，根据预习的内容设计了题库，由“单选题、多选题”组成，并根据难易程度设置了不同的分数。在上课前利用学习通平台对学生进行测验，学生在老师的监督下独立完成。学习通平台即时统计成绩，提高了考核评价效率。

3 实施效果的调查分析

使用问卷星平台对2019级化学工程与工艺、化学(师范类)专业学生进行了问卷调查，回收有效问卷102份。针对“任务书预习模式”设计了4项调查，调查结果如图3所示。

图3 问卷调查结果

从图3可以看出，超过80%的学生认为任务书预习模式对学习有帮助，超过70%的学生能够主动独立完成预习报告。大部分学生认为“自学能力、分析能力、总结能力、独立思考能力、解决问题能力”得到了培养和提高，尤其是“自学能力、分析能力”得到85%以上学生的认同。

从调查情况来看，绝大多数学生对任务书预习模式是很赞同的，对实验教学改革给予了较高的评价。但也有少数学生的厌学情绪无法转变，存在敷衍完成实验预习或者抄袭预习报告的行为。

4 结语

综上所述，通过几年的教学实践表明，任务书实验预习模式实现了“以学生为中心”的教学理念，有助于提高物理化学实验教学效果，较好发挥了“指导性、过程性、启发性”作用。通过任务书指导并规范学生预习，提高了学生的重视程度和学习兴趣，扩充了学生的知识面，加深了学生对知识的理解，培养了学生的自学能力、独立思考能力、综合分析能力，有利于培养学生良好的实验素质。