雷鋼鐵，陳效蘭，劉展鵬，李朝暉，舒洪波，劉 黎

(湘潭大學(xué)化學(xué)學(xué)院，湘潭 湖南 411105)

POGIL(Process Oriented Guided Inquiry Learning)是一種面向過(guò)程的指導(dǎo)型探究學(xué)習(xí)方法，是指在教師的引導(dǎo)與協(xié)助下，學(xué)生作為教學(xué)主體，通過(guò)提出問(wèn)題、查閱資料、形成對(duì)問(wèn)題的解釋以及論證解釋等探究環(huán)節(jié)，自主建構(gòu)知識(shí)、獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)的過(guò)程，以此來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力[1]。與傳統(tǒng)的以教師講授為主的教學(xué)法(lecture-based learning，LBL)不同，POGIL教學(xué)法強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)為主，POGIL教學(xué)法首先通過(guò)設(shè)計(jì)、布置真實(shí)性的問(wèn)題或任務(wù)，把學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)置到復(fù)雜的、有意義的問(wèn)題情景中，通過(guò)學(xué)習(xí)者的自主探究和合作來(lái)解決問(wèn)題，從而學(xué)習(xí)隱含在問(wèn)題背后的科學(xué)知識(shí)，形成解決問(wèn)題的技能和自主學(xué)習(xí)以及創(chuàng)新的能力。該方法從問(wèn)題出發(fā)，學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中，通過(guò)查閱資料、閱讀教材、小組討論、教師主導(dǎo)規(guī)范認(rèn)識(shí)等過(guò)程，最終解決問(wèn)題，該方法可以培養(yǎng)學(xué)生自覺(jué)主動(dòng)學(xué)習(xí)，勤于思考以及獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和參與意識(shí)，通過(guò)解決問(wèn)題學(xué)生獲得成就感，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，形成良性的學(xué)習(xí)循環(huán)。POGIL在我國(guó)研究不多，李豐等[2]在信息素養(yǎng)課、王海燕等[3]在在醫(yī)學(xué)教育、徐效文等[4]在醫(yī)學(xué)儀器原理課程教學(xué)、莊云[5]在中藥炮制課程、趙貞貞等[6]在職業(yè)教育、高建梅[7]在高校非英語(yǔ)專(zhuān)業(yè)外語(yǔ)教學(xué)等課程中均構(gòu)建了POGIL教學(xué)模式?；瘜W(xué)教育方面，管華等[8]在藥物化學(xué)教學(xué)、盧興[9]在中學(xué)化學(xué)課堂、顧佳磊等[10]在化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)課程中采用POGIL教學(xué)模式，都取得了較好的效果。

物理化學(xué)是化學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)核心課程，是以數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)和邏輯學(xué)為工具，從物質(zhì)的物理現(xiàn)象和化學(xué)性質(zhì)的聯(lián)系入手，來(lái)探究化學(xué)變化基本規(guī)律的一門(mén)科學(xué)。該課程涉及到的理論和公式非常多，公式的使用條件嚴(yán)格，概念性、理論性、系統(tǒng)性和邏輯性都很強(qiáng)，可以培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。通過(guò)POGIL教學(xué)法，在物理化學(xué)中開(kāi)展教學(xué)工作，可以有效提高教學(xué)質(zhì)量，黎永秀等將POGIL模式應(yīng)用于藥學(xué)專(zhuān)業(yè)物理化學(xué)大班教學(xué)過(guò)程中，從學(xué)生滿(mǎn)意度調(diào)查以及學(xué)生成績(jī)來(lái)看，該模式完全適用于物理化學(xué)這門(mén)課程的教學(xué)[11]。本文結(jié)合我們?cè)谖锢砘瘜W(xué)教學(xué)方面的一些經(jīng)驗(yàn)，對(duì)POGIL教學(xué)法在物理化學(xué)中的具體應(yīng)用提出了一些經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。

1 POGIL教學(xué)模式在物理化學(xué)教學(xué)中的必要性

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，以教師講授為主，學(xué)生探索學(xué)習(xí)為輔。由于物理化學(xué)的很多概念抽象，理論性強(qiáng)，公式繁多，推理復(fù)雜，計(jì)算困難，不少學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中感到枯燥難學(xué)，興趣不濃，嚴(yán)重影響了學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，喚起學(xué)生的求知欲，幫助學(xué)生掌握物理化學(xué)基本知識(shí)和理論，提高教學(xué)質(zhì)量，是當(dāng)前物理化學(xué)教育工作者積極思考和探索的問(wèn)題。采用POGIL教學(xué)模式，以過(guò)程為導(dǎo)向，以問(wèn)題為中心，以學(xué)生為主體，是解決該問(wèn)題的有效方法之一。

2 POGIL教學(xué)模式在物理化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

根據(jù)POGIL的內(nèi)涵與組成要素，POGIL的教學(xué)模式包含3個(gè)部分，即學(xué)習(xí)周期中的概念探索(Concept Exploration)、概念發(fā)明或者概念形成(Concept Invention/Formation)和概念應(yīng)用(Concept Application)三個(gè)學(xué)習(xí)階段組成的循環(huán)。POGIL教學(xué)法強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)為主，該方法首先通過(guò)設(shè)計(jì)、布置真實(shí)性的問(wèn)題或任務(wù)，把學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)置到復(fù)雜的、有意義的問(wèn)題情景中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入“概念探索”階段；通過(guò)學(xué)習(xí)者的課外自主“探索”和合作討論，對(duì)于問(wèn)題得到初步的解釋后，教師在課堂引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入“概念發(fā)明或形成”階段，根據(jù)教學(xué)的要求，教師在該階段應(yīng)該進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹v解，幫助學(xué)生回憶已學(xué)知識(shí)或者學(xué)習(xí)新知識(shí)，形成新概念；第三階段為“概念應(yīng)用”階段，學(xué)生在獲得新知識(shí)后，教師可以通過(guò)簡(jiǎn)單的考核，如選擇題、問(wèn)答題等形式，幫助學(xué)生應(yīng)用新知識(shí)回答這些問(wèn)題，或者應(yīng)用新知識(shí)解釋新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而學(xué)習(xí)隱含在問(wèn)題背后的科學(xué)知識(shí)，形成解決問(wèn)題的技能和自主學(xué)習(xí)以及創(chuàng)新的能力。

要確?！疤剿鳌拍畎l(fā)明—應(yīng)用”各階段的有序進(jìn)行，教師在其中的角色十分重要，教師應(yīng)該是學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的引導(dǎo)者，指導(dǎo)學(xué)生的探究活動(dòng)。同時(shí)，教師應(yīng)密切關(guān)注學(xué)生在POGIL教學(xué)活動(dòng)中各項(xiàng)過(guò)程技能的發(fā)展，包括批判思維、問(wèn)題解決、溝通交流、團(tuán)隊(duì)合作、管理領(lǐng)導(dǎo)、自我評(píng)價(jià)等過(guò)程技能。在POGIL模式的“探索—概念發(fā)明—應(yīng)用”的三個(gè)階段中，其中最重要的就是“探索”階段，該階段進(jìn)行的情況直接和學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情相關(guān)。在“探索”階段，教師應(yīng)該合理設(shè)計(jì)問(wèn)題，在物理化學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，這些問(wèn)題包括自然現(xiàn)象、習(xí)題計(jì)算、公式推導(dǎo)、文獻(xiàn)總結(jié)等形式，在設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)，教師要注意挑戰(zhàn)性與趣味性并重，靈活運(yùn)用前述三種形式，給出難度適中的問(wèn)題，便于學(xué)生自行尋找答案，并適合組內(nèi)討論。

湘潭大學(xué)化學(xué)學(xué)院的物理化學(xué)課程在各專(zhuān)業(yè)學(xué)生的第三、四學(xué)期開(kāi)設(shè)，每學(xué)期56課時(shí)，共112課時(shí)。一般安排每周2次課，一次課2學(xué)時(shí)，每學(xué)時(shí)45 min。教師要在有限的時(shí)間內(nèi)完成教學(xué)大綱的要求，因此，POGIL的活動(dòng)大部分放在課外，課內(nèi)控制在10～15 min以?xún)?nèi)。POGIL教學(xué)方法主要由以下步驟構(gòu)成：

(1)討論小組的建立

每學(xué)期開(kāi)課前讓學(xué)生自由分組，小班(30人左右)3～4人一組，大班(60～100人左右)8～10人一組，并在開(kāi)課前讓班長(zhǎng)將分組名單交于教師。教師要指導(dǎo)各組學(xué)生民主推選管理員、記錄員、發(fā)言人等角色。3～4人小組可以固定，大組學(xué)生要輪流更換角色，以保證每個(gè)同學(xué)的積極性，教師根據(jù)記錄員的討論記錄掌握各組討論情況，一般要求各組同學(xué)自行查找資料，開(kāi)展調(diào)研工作，然后尋找合適的場(chǎng)地，就教師的先期問(wèn)題進(jìn)行小組討論，充分表達(dá)每個(gè)學(xué)生自己的觀點(diǎn)。小組討論可使有關(guān)課程的問(wèn)題盡可能多地當(dāng)場(chǎng)暴露，在討論中可以加深對(duì)正確理論的理解，還可以不斷發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題，解答新問(wèn)題，使學(xué)習(xí)過(guò)程縮短，印象更加深刻。

(2)課堂POGIL教學(xué)實(shí)踐過(guò)程

以?xún)晒?jié)課的內(nèi)容為例，課堂教學(xué)實(shí)踐過(guò)程如下圖1所示，該實(shí)施方案兼顧了學(xué)生探究性學(xué)習(xí)和教師課堂講學(xué)兩個(gè)方面的教學(xué)要求，可以開(kāi)發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)保留了傳統(tǒng)課堂教學(xué)的優(yōu)越之處，可以有效提高物理化學(xué)課堂教學(xué)質(zhì)量。

圖1 POGIL教學(xué)過(guò)程示意圖Fig.1 Sketch map of POGIL teaching process

如圖1所示，上課前，各組管理員抽簽獲得臨時(shí)組號(hào)。課堂教學(xué)前5 min，教師隨機(jī)抽取學(xué)生復(fù)習(xí)上一次課所講內(nèi)容，評(píng)估學(xué)生的掌握情況。然后，教師隨機(jī)抽取組號(hào)，由該組發(fā)言的同學(xué)通過(guò)PPT、板書(shū)或者口述的方式匯報(bào)上次課布置的習(xí)題或大作業(yè)，匯報(bào)結(jié)束后，教師對(duì)學(xué)生講述內(nèi)容總結(jié)5 min，主要針對(duì)學(xué)生匯報(bào)內(nèi)容，對(duì)其點(diǎn)評(píng)，并引出本次課程所要講述的主要內(nèi)容。隨后，教師花大約60 min時(shí)間來(lái)講解新知識(shí)，期間穿插4～6個(gè)選擇題或者問(wèn)答題，這些選擇題或問(wèn)答題可以通過(guò)雨課堂的形式完成，每個(gè)同學(xué)都必須作答，教師可以及時(shí)掌握每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解，練習(xí)或回答問(wèn)題的時(shí)間控制在10 min左右。課堂最后5 min，教師總結(jié)本次課內(nèi)容，可以現(xiàn)場(chǎng)布置或者課后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)布置新的課后習(xí)題或大作業(yè)。課后習(xí)題或大作業(yè)要求學(xué)生課后通過(guò)POGIL模式完成。

(3)成績(jī)計(jì)算

學(xué)生最終的成績(jī)計(jì)算方式為：平時(shí)成績(jī)占30%，期末成績(jī)占70%。平時(shí)成績(jī)包括個(gè)人表現(xiàn)成績(jī)及群體表現(xiàn)成績(jī)兩部分。由教師根據(jù)“探索”過(guò)程中的討論記錄、回答問(wèn)題情況、隨堂測(cè)驗(yàn)情況綜合給出平時(shí)成績(jī)。

3 POGIL教學(xué)在物理化學(xué)中的教學(xué)實(shí)例

3.1 教學(xué)情境一

在表面化學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，開(kāi)爾文公式的教學(xué)是表面化學(xué)理論中比較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，在學(xué)習(xí)完彎曲表面的附加壓力及Young-Laplace公式后，教師可以先向?qū)W生分組布置任務(wù)，要學(xué)生自行通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜索有關(guān)過(guò)冷水的視頻，觀察瓶中的過(guò)冷水在倒出瞬間結(jié)冰或搖動(dòng)瞬間結(jié)冰的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。并向?qū)W生提出問(wèn)題：為什么水在常壓下，溫度低于0 ℃還不結(jié)冰，而搖動(dòng)或者倒出時(shí)，立刻結(jié)冰？教師也可以要求學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜索一種在地球兩極的海底發(fā)生的大自然現(xiàn)象——“死亡冰柱”，并要求分組學(xué)生代表嘗試解釋這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，進(jìn)入POGIL模式的“探索”階段。

上述自然現(xiàn)象，在物理化學(xué)中稱(chēng)為“介穩(wěn)狀態(tài)”，是一種在熱力學(xué)上不穩(wěn)定，而在動(dòng)力學(xué)上能暫時(shí)穩(wěn)定的狀態(tài)，稱(chēng)為介穩(wěn)狀態(tài)(或亞穩(wěn)狀態(tài))。常見(jiàn)的介穩(wěn)狀態(tài)有：過(guò)飽和蒸汽、過(guò)飽和溶液、過(guò)熱液體、過(guò)冷液體等。這些問(wèn)題對(duì)于學(xué)生而言均屬于全新內(nèi)容，該問(wèn)題設(shè)置有一定難度。因此，教師應(yīng)給出相應(yīng)提示，引導(dǎo)學(xué)生思考，便于學(xué)生構(gòu)建相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻的觀察，初步給出解釋后，進(jìn)入POGIL模式的“概念發(fā)明”階段。教師可以通過(guò)這些解釋?zhuān)龑?dǎo)學(xué)生關(guān)注彎曲表面上的蒸氣壓，通過(guò)推導(dǎo)給出開(kāi)爾文公式，并進(jìn)一步利用開(kāi)爾文公式，解釋這些現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)該階段教學(xué)時(shí)，教師可以通過(guò)若干選擇題及問(wèn)答題來(lái)對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，同時(shí)進(jìn)入POGIL模式的“應(yīng)用”階段。在該階段，還可以利用開(kāi)爾文公式解釋過(guò)飽和蒸汽、過(guò)飽和溶液、過(guò)熱液體的等介穩(wěn)狀態(tài)，解釋“人工降雨”的原理。通過(guò)POGIL模式的“探索—概念發(fā)明—應(yīng)用”三階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以有效掌握開(kāi)爾文公式，并可以利用開(kāi)爾文公式解釋一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

3.2 教學(xué)情境二

稀溶液的依數(shù)性是物理化學(xué)多組分系統(tǒng)熱力學(xué)章節(jié)中的重點(diǎn)內(nèi)容之一。講述該部分內(nèi)容的時(shí)候，教師可以引導(dǎo)學(xué)生觀察下列自然現(xiàn)象，進(jìn)入POGIL模式的“探索”階段：為什么我國(guó)北方，在下雪的時(shí)候需要往路面上撒鹽？吃冰棍時(shí)為什么邊吃邊吸甜味會(huì)越來(lái)越淡？什么肉湯的溫度比開(kāi)水的溫度更高？講述該節(jié)內(nèi)容之前，要求學(xué)生分組就以上問(wèn)題進(jìn)行討論。課堂上要求學(xué)生分組代表，解釋上述自然現(xiàn)象的產(chǎn)生原理。

這些問(wèn)題都是由于稀溶液的依數(shù)性產(chǎn)生的，教師可以在學(xué)生代表解釋上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象之后，進(jìn)入POGIL模式的“概念發(fā)明”階段。引導(dǎo)學(xué)生得出稀溶液的依數(shù)性的定義，指出稀溶液的依數(shù)性是指定溶劑的類(lèi)型和數(shù)量后，這些性質(zhì)只取決于所含溶質(zhì)粒子的數(shù)目，而與溶質(zhì)的本性無(wú)關(guān)。在POGIL模式的“應(yīng)用”階段，通過(guò)選擇題、問(wèn)答題等掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度。

4 POGIL模式應(yīng)用結(jié)果

在2017、2018級(jí)化學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生中應(yīng)用POGIL模式進(jìn)行物理化學(xué)教學(xué)，期末考試成績(jī)與別的專(zhuān)業(yè)同學(xué)相比，平均成績(jī)均有較大幅度的提高(見(jiàn)表1)。說(shuō)明POGIL教學(xué)法能夠幫助學(xué)生更好的掌握知識(shí)點(diǎn)，提高卷面成績(jī)。同時(shí)，隨機(jī)抽取2017級(jí)和2018級(jí)學(xué)生共120人進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，90%的學(xué)生認(rèn)為使用POGIL教學(xué)模式，在學(xué)習(xí)興趣、自信心、愉悅感、溝通協(xié)調(diào)能力、資料收集能力、語(yǔ)言表達(dá)能力、教學(xué)方法滿(mǎn)意度方面均有很好的效果，對(duì)于學(xué)生的成長(zhǎng)幫助很大。

表1 2017-2018級(jí)學(xué)生的物理化學(xué)成績(jī)分析表Table 1 Analysis of physical chemistry examination results of 2017-2018 students

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)2017級(jí)、2018級(jí)化學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生進(jìn)行POGIL模式的教學(xué)活動(dòng)實(shí)踐，結(jié)果表明該教學(xué)模式可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有助于學(xué)生掌握相關(guān)的概念，并將相關(guān)物理化學(xué)知識(shí)應(yīng)用解釋一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。從傳統(tǒng)教學(xué)的教師單一的講、學(xué)生聽(tīng)的授課狀態(tài)，到現(xiàn)在多環(huán)節(jié)學(xué)生主動(dòng)參與的教學(xué)模式，充分激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。在“探索—概念發(fā)明—應(yīng)用”三階段的學(xué)習(xí)中，學(xué)生多方面、多角度參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，收集資料、總結(jié)歸納能力明顯提高，學(xué)生在匯報(bào)、評(píng)價(jià)中，增強(qiáng)了合作意識(shí)和批判性思維，并提高了交流、組織、表達(dá)能力，取得了良好的教學(xué)效果。