翻转课堂在化学热力学基础教学中的应用*

曹允洁，杨仲年，徐秋红，董晨初，赵英渊

(滨州学院化工与安全学院，山东 滨州 256603)

物理化学是化学重要的基础学科之一，化学热力学、化学动力学、量子力学、统计力学是构成物理化学的四大基础，其中化学热力学是经典的物理化学的核心部分，主要介绍热力学的基本原理及其在化学反应、相变、电化学、表面胶体化学中的应用[1]。物理化学是一门逻辑性较强的学科，具有概念抽象、公式多且应用条件苛刻的特点。尤其是化学热力学基础中关于三大判据的应用和七大函数的计算公式中不同的条件需要用不同的公式，公式形式多类似，容易混淆，这就造成了在教学过程中，学生经常出现张冠李戴和公式形式错误的问题，学习积极性下降。如何提高学生兴趣，提高学生对知识的理解和掌握程度，是化学热力学基础部分教学中需要重视的难题，探索新型高效的教学方法至关重要。

翻转课堂是一种新兴的教学方法，是打破传统的学生课上学习的模式，创造学生课下学习的一种新的课堂模式[2]。在翻转课堂中，由学生在课前观看教学视频，学习资料等自主完成知识学习，在课堂中经过教师通过典型问题的讲解、小组讨论等多种形式完成知识的内化，翻转课堂改变了传统“教师讲，学生听”教学模式，使学生变被动为主动学习，可充分调动学生的积极性[3-7]。本文对我校的物理化学化学热力学基础教学现状进行分析，并从课前准备、课中实施和课后强化三方面阐述了在化学热力学基础教学中翻转课堂的实施。

1 化学热力学基础教学现状

化学热力学基础主要涉及到热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律，要求学生掌握系统、状态、状态函数、热容、Q、W、U、H、S、A、G等基本概念，并会计算各种典型过程的Q、W、ΔU、ΔH、ΔS、ΔA、ΔG，并会用三大函数判据判断过程的方向。在我校化学热力学基础教学中，主要存在下面两个问题。

1.1 课时缩短，课容量大

随着近几年物理化学课时不断的压缩，使得教师在教学过程中，每节课的课容量较大，信息量增加，学生在学习的过程中疲于接收，难于消化，学生专注力逐渐下降，学习效果差。

1.2 无机化学课程中学习过的内容，学生重视度低

化学热力学基础涉及到的三大定律和七大函数在无机化学课中已经初步学习过。物理化学是在无机化学所学的基础知识上更加深化了概念的理解、公式的推导，加宽了物理参数的设置范围，难度大幅度提高。但是在实际授课中发现，很多学生自认为已经学习并掌握了这部分知识，所以重视程度不够，课堂上集中力不够，容易走神，结果就造成对化学热力学基础的知识掌握程度反而更差，学习效果较低。

针对教学中存在的问题，进行教学模式和教学方法的改革是非常有必要的。翻转课堂可解决这两个问题，在化学热力学基础部分，进行翻转课堂，可以通过课前自学、课堂汇报充分调动学生的积极性，提高学生的专注度，同时部分内容通过学生自学，可减轻课容量，更加突出教学重点。

2 翻转课堂在化学热力学基础中的实施

2.1 课前准备

2.1.1 录制视频，发布学习资料

微课视频是翻转课堂进行的核心，学生通过视频进行课前自学。化学热力学基础部分并不是所有的内容都适合进行翻转课堂，难度偏高的内容靠学生自学难度太大。我们主要从两个方面考虑选择了内容。

(1)与无机化学课程联系比较密切的内容。这部分内容学生在无机化学中已经初步涉猎过，难度较小、学生自学兴趣高，适合于提前自学。

(2)适宜学生自行推导，有利于培养学生逻辑思维能力的内容。物理化学课程的特点是公式推导多，在推导过程可以培养学生的逻辑思维能力和科学严谨的态度。化学热力学基础公式推导多，在推导过程中会引入很多的适用条件，有些推导属于重复推导可以引导学生自行推导，有利于培养学生的能力。

根据上面两个原则我们选择了热力学基本概念、标准摩尔反应焓的计算、热力学第二定律、三大判据应用、热力学基本方程和麦克斯韦关系式录制微视频并进行翻转课堂。将微课视频、配套教学PPT、讨论题、测试题等资料发布在网络平台，学生进行线上自学。

2.1.2 发布学习任务单，组织学生课前自学

在课前给学生发布学习任务单，学习任务单中应包括任务课题、学习资源(教材内容、PPT、视频、拓展资料等)、学习目标、重点难点、思考问题和学习任务。将学生分成小组，4～5人一组，按照学习任务单，完成相应的任务。在设置学习任务时可根据任务课题的不同设置不同的任务，比如热力学基本概念及术语中可要求学生分组准备PPT进行课题讲解汇报，三大函数判据可让每一名同学自行梳理出知识点并对疑难问题进行线上咨询讨论。表1为热力学基本概念及术语的学习任务单。

表1 热力学基本概念及术语学习任务单

2.2 课中实施

在课堂教学中，教师根据不同的学习任务单采用不同的教学方法进行组织教学。

像热力学基本概念和术语要求学生准备PPT进行汇报的内容，先组织学生分组进行课堂汇报讲解，讲解过程教师把控时间，最后教师再根据学生讲解的情况进行针对性讲解，强调重点和难点内容，图1为小组代表展示汇报小组PPT。七大函数计算公式由学生分组整理不同计算过程的公式，组织学生课堂板书汇报成果，小组成员进行补充，最后由教师进行点评，并组织典型案例分析训练，图2为小组代表板书小组总结公式。需要学生进行梳理知识点的内容，由学生提供思维导图，根据学生线上提交的知识框架和线上交流的问题，进行典型讲评，在课堂上进行案例分析等提升任务，实现课堂指导互动，使学生知识巩固和内化，图3为学生提交的热力学第一定律的思维导图，学生从热力学第一定律出发，从适用条件关联到热力学基本概念，从热力学第一定律的涉及到三个函数U、Q、W展开，关联到H、热容，再展开到各种情况Q、W、ΔU、ΔH的计算，整个思维导图脉络清晰，重点突出。

图1 小组代表汇报PPT

图2 小组代表书写公式

图3 学生提交的知识思维导图

2.3 课后强化

根据课程开展环节中学生存在的问题，结合课程内容的重难点知识，在线布置有针对性的作业，进行知识的升华提升。同时，学生也可以根据自身问题，进行视频的重复观看，完成知识的复习巩固。教师根据在线课程平台对习题完成情况的统计详情，分析学生知识掌握情况，进行针对性辅导强化。图4为热力学第一定律在线习题案例，图5为教学平台对学生习题完成情况的统计分析。

图4 热力学第一定律在线习题

图5 热力学第一定律习题平台统计详情

同时，组织学生对教学效果进行互评，发挥学生的主体地位，监督学生学习情况，提高学生学习主动性和积极性。

3 结 语

通过分析了本校化学热力学基础的教学现状，探讨了在物理化学中化学热力学基础部分进行翻转课堂的必要性。从课前准备、课中实施、课后强化三方面阐述了翻转课堂的实施。在化学热力学基本部分进行翻转课堂，不仅可以解决课容量大、知识衔接的问题，还可以充分调动学生的学习积极性，培养学生的逻辑思维能力和团结协作精神。但是在具体实施过程中，也存在部分学生参与度不高、分组讨论不积极的问题，后续需要对翻转课堂的实施方式、成绩的考核方式等进一步改进。