基于目标问题导向的“胶体与界面化学”教学改革与实践

王刚 谭华 谭梦秋

1.广东石油化工学院化学学院 广东茂名 525000； 2.广东石油化工学院马克思主义学院 广东茂名 525000

“胶体与界面化学”是研究胶体分散系统、一般粗分散系统及表面现象的化学分支，也是与生产和生活联系最为紧密、应用最为广泛的化学分支[1]。废水的絮凝净化、洗衣粉去污、荷叶效应和纳米仿生材料等都能够通过“胶体与界面化学”进行理论解释。“胶体与界面化学”是应用化学专业的专业课程，也是广东石油化工学院应用化学专业的必修课程。我校作为以石油化工为特色的高校，“胶体与界面化学”能够为相关专业课提供理论依据和应用指导，紧密围绕石油化工行业人才需求，使得学生的理论知识与生产实践相结合。“胶体与界面化学”课程的内容与生活和生产实际联系非常紧密，是学生理解今后生产和科研工作的理论基础，并承担着培养学生专业素养及技能的重任。鉴于“胶体与界面化学”有着非常重要的理论研究与应用意义，因此该课程对应用化学专业本科生有着重要的教育责任和使命。

传统的授课方式采用以教师为中心的讲授途径，教师具有主导地位，学生被动接受信息，通常是在较大课堂中(50～100名学生)，学生创造力的参与度较低。这是一个记忆大量详细信息的过程，因此不容易调动学生的主观能动性。传统授课方式缺乏实践知识和技能的培训，导致学生对课堂中信息的实际相关性印象不大，从而降低了教育过程的吸引力。在当今全球化和新经济的时代，在高度兼容的环境中要求学生在课堂和教科书之外寻求知识，并具备高质量的沟通、解决问题和领导技能[2-4]。这对高等教育教学提出新要求，基于目标问题导向式教学，围绕国家、学校及专业人才培养目标，有针对性地设计教学问题，以教学问题来组织教学，能够深入推进课堂教学改革，切实解决课堂教学存在的问题，显著调动学生学习积极性，增强学生思辨能力[5-8]。

1 目标问题导向式教学简介

目标问题导向式教学是一种众所周知的教学方法，在各个学科中已经实践多年，以目标和问题为核心[9-10]。目标包括专业目标、课程目标、课堂目标；问题是关联并递进的，即基础问题、重点问题、难点问题、实践问题、拓展问题。以目标为主线，设计提出并解决问题。目标问题导向式教学的原则可概括为：

(1)以学生为中心，能够激励学生，得到学生的反馈；

(2)以问题为导向，而不是以主题为导向；

(3)更关注寻找解决方案的学习过程，而不是简单地回忆知识；

(4)促进团队合作、社交和沟通技巧[11]。

目标问题导向式教学按照目标要求、问题设计、教学组织和教学评价的闭环实践路径，既关注学生知识传授和技能培养等外在素质，又注重培养和强化学生内在素质。通过在教学中为学生设计问题和知识探索空间，能够提高学生的积极性和参与度，也可以调动教学热情，激励教师在教学过程中注意听取反馈意见不断改进，优化教学效果，形成良性循环。

2 目标问题导向式教学在“胶体与界面化学”的实践

2.1 “胶体与界面化学”的课程目标

2.1.1 专业目标

互联网一直以来被视为第三次工业革命的产物，标志着人类文明进入到信息化数字化智能化时代，人们有意无意间享受到了互联网带来的便捷和多彩，交往方式、购物方式、生活方式、学习方式等都发生了深刻变化，互联网的身影渗透到社会的各行各业、各个方面，顺时代潮流者昌盛，逆时代潮流者终将被摒弃。随着时代发展，会计信息处理需要更实时、集中、规范、高效，预算管理、财务管理、风险控制等制度需要更完善，根据环境变化参与动态预测和分析、提供实时决策支持的地位要求更突出，互联网技术正好解决了这一难题，为会计理论体系演进升级提供了技术支撑。可见，会计教育教学也应跟上时代步伐，接受时代洗礼，适应时代发展。

广东石油化工学院应用化学专业致力于培养具有深厚人文底蕴、良好科学素养、强烈创新意识、宽厚的知识基础和优秀的综合素质，能够较为扎实地掌握化学学科基础知识、基本理论和基本技能的人才。本专业毕业生既能在精细化学品及相关应用领域从事科研、应用开发研究及管理工作，也能进一步深造和发展。

2.1.2 课程目标

“胶体与界面化学”是为应用化学专业开设的专业课程，通过本课程的学习，学生在大学物理化学的基础上，了解胶体与表面化学的基本理论问题以及应用，进一步拓宽学生的方法和思路，为将来从事化工的生产和科学研究奠定较扎实的基础。“胶体与界面化学”在已学过的先行课程(如物理化学)基础上进行教学，进一步深化胶体与界面化学的基础理论和知识，并将其付之于应用，解决科学研究和生产实际中涉及“胶体与界面化学”应用领域内的实际问题。让学生掌握“胶体与界面化学”的研究对象、特点和研究内容，理解胶体分散体系的性质，掌握胶体、凝胶及纳米材料的制备方法、原理及应用，了解表面活性剂的性质、特点、性能及应用，掌握界面现象基本理论。

2.1.3 课堂目标

以第五章《表面活性剂溶液》的第一节《表面活性剂》为例，掌握表面活性剂的概念、分类与性质，了解国内外表面活性剂的发展动态，掌握表面活性剂的润湿功能及其应用和表面活性剂的洗涤作用。表面活性剂一侧亲水、另一侧疏水的独特结构，使其易于吸附在界面上，能够显著降低界面张力。并且在溶液中，当表面活性剂高于临界胶束浓度时，能够形成有序的胶束组装体。因此，表面活性剂具有乳化、起泡、增溶、润湿、分散、洗涤和抗静电等性能，可以广泛地应用在日化、石油、食品、农业、卫生、环境、新型材料等领域，具有“工业味精”的美称。

2.2 “胶体与界面化学”的问题设计

以第五章《表面活性剂溶液》的第一节《表面活性剂》为例。

2.2.1 基础问题

表面活性剂在科学和工业中的应用非常广泛，从初级生产过程(如采矿和石油工业中原材料的回收和纯化)，到提高成品的质量(如油漆、化妆品、药品和食品)。在开始讨论表面活性材料化学和表面活性剂作用的具体方面之前，首先通过视频了解表面活性剂的历史以及它们的合成和使用是如何发展的，随后通过设计基本的概念解释和专业术语等，让学生对表面活性剂形成初步认识，如表面活性剂的概念、结构特点和分类等。

表面活性剂具有怎样的溶解性质？表面活性剂与助表面活性物质的区别是什么？表面活性剂和助表面活性物质是很容易混淆的两个概念，此处可通过图例(见右图)直观地让学生进行判断和解释，加深对概念的理解和区分。通过学生开放式讨论，学生在反复的思考、解释、讨论中深刻理解概念的原理与机制，能够灵活运用乃至发展所学知识的能力。

不同物质表面张力和浓度的关系图

2.2.3 难点问题

在解决以上问题的基础上，进一步提出需要学生运用综合知识分析解决的问题。表面活性剂的结构对其溶解性质具有什么影响？亲水亲油平衡值如何计算？通过小组讨论和查阅资料分析解决问题。教师在学生小组讨论过程中逐步引导，使学生理解运用知识解释现象的入手点和方式，能够分解问题、提出假说与解释，改变学生遇到难点问题时无从下手和运用知识的茫然状态，培养学生综合运用知识分析、解决问题的能力。

2.2.4 实践问题

在我们的日常生活中，当人们考虑到表面科学的影响，特别是乳液、分散体、发泡剂、润湿剂和其他相关化合物的影响时，这些化学和化学技术领域在很大程度上渗透到我们的生活中。从活细胞中生物膜形成到液体如何在低重力环境中润湿火箭燃料箱壁的更遥远的问题，界面上各种相之间相互作用的物理化学是我们现代生活方式的根源。

以实践问题为切入点，实现透过现象看本质，培养学生的独立分析能力和创造思维。表面活性剂可以应用到哪些领域，不同领域对表面活性剂种类结构有何要求？比如由于其易于制造和多功能性，烷基苯磺酸盐(ABS)表面活性剂在世界市场上被广泛应用。在1950—1965年期间，ABS几乎地成为所有洗涤剂中使用的主要成分。但由于ABS不易降解，容易对环境造成污染，因此开发了确定降解性的测试方法，并表明直链烷基苯磺酸盐(LABS)实际上更容易生物降解，因此在生态上更可接受。在大多数工业化国家，洗涤剂生产商已从使用ABS转向使用LABS作为其基本洗涤剂成分。到了20世纪80年代，超过75%的合成洗涤剂都采用LABS作为主要成分。

比如表面活性剂在采矿和矿石浮选领域的应用。在许多情况下，所需的矿物以少量存在，这将难以或不可能分离和加工，同时仍然与大部分开采的岩石混合在一起。因此，在该工业中需要一种更具选择性的浮选方法，在该方法中，所需的矿物可以在连续且相对廉价的过程中从大量矿石中分离出来。由于不同的矿物往往具有稍微不同的表面性质，特别是关于电荷特性，因此通过设计或配制表面活性剂体系，该表面活性剂体系将优先“漂浮”特定种类的矿物，而对存在的其他材料几乎没有影响。选择性表面活性剂或“捕收剂”配方允许所需矿物从起泡浆料的顶部被撇去，从而被浓缩，随后可以将不需要的材料作为熔渣进一步处理或处置。表面活性剂在煤矿工业中也变得越来越重要。除了浮选工艺外，它们还用作抑制煤尘的黏合剂，以及用作通过管道泵送的煤浆的分散助剂和防冻剂。

2.2.5 拓展问题

通过设计拓展问题，提高学生发散思维和参与热情，在解决综合问题的同时获得成就感，有利于增加学生的课堂参与度。与当时的其他化学发展一样，表面活性剂的进展并不局限于一类材料。新的有机化学工艺的快速发展和新原料的易得性加快了各种新的表面活性化合物和制造工艺的进程。随着对产品和工艺添加剂(如表面活性剂)的经济、生态和性能要求的增加，了解这些材料的化学结构与其在特定环境中的物理表现之间的关系变得尤为重要。表面活性剂的性质和应用是由分子的亲水和疏水部分之间的平衡决定的。应用领域不同，所需的性能会有很大变化。因此，如溶解性、界面活性、临界胶束浓度(CMC)、去污力、润湿控制和起泡能力等特性可能使特定的表面活性剂在某些应用中表现良好，而在其他应用中表现不佳。当表面活性剂应用在去污领域，其应具备低临界胶束浓度、良好的耐盐性和pH稳定性、可生物降解性、理想起泡性能等；当表面活性剂应用在乳化领域，其应具备适当亲水亲油平衡值、环境和生物安全性、化学稳定性等；当表面活性剂应用在油田开采领域，其应具备能够润湿含油储层、良好的增溶性、采油后易于破乳等特点。

在此基础上提出近年来研发出哪些新型表面活性剂，与传统表面活性剂相比，其结构特点和性能优势是什么？潜在的富有成效的表面活性剂研究领域可能包括哪些？学生通过查阅材料和小组讨论，综合运用相关知识深化认识，提升学习层次。虽然目前传统表面活性剂会继续主导表面活性剂市场，但总是会出现对新的和改进的表面活性剂产品的需求，比如多功能表面活性剂、更多生态上可接受的化学结构、具有良好的化学和热稳定性的表面活性剂、显示出良好的表面活性剂活性并产生黏度增强的聚合物材料等。

2.3 “胶体与界面化学”的教学环节设计

在教学的过程中摒弃单纯的教师讲授，而改为互动教学方式，提高学生参与度和主观能动性，建立和谐的课堂氛围。讨论环节按分组进行讨论，讨论结束后，每组先由一名代表进行发言，随后由其他人补充和评论，根据讨论情况再由教师进行点评和讲解。同时也可以通过学生的参与度和讨论情况判断学生的学习效果和分析解决问题能力，回答情况可作为平时成绩的依据。

结语

目标问题导向式教学模式是教学活动以专业培养目标、课程教学目标、课堂教学目标为中心，围绕目标设置课程的问题进行的教学改革。基于目标问题导向式的教学模式，能够促进“胶体与界面化学”课程的学生参与度和教学效果，充分调动学生的主观能动性，建立和谐课堂氛围，引导学生分析探究相关问题，有利于培养学生的综合素质。