智慧教育背景下物理化学课程教学策略探讨

堵伟桐 陈卓

摘 要： 智慧教育作为数字时代的教育新形态，在课程教育内容和教学范式等方面都对传统的物理化学课程教学提出了更高的要求。因此，紧密结合互联网、人工智能等智慧教育技术特点，分析和探讨了当前江苏科技大学冶金工程专业物理化学课程中理论教学、实验教学及教学管理等环节中智慧教育的应用模式，并提出科学评价教学实施效果的相应策略，旨在进一步提升该课程的教学效果，提升人才培养质量。

关键词： 智慧教育 物理化学 教学策略 教学改革

中图分类号： G434文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）06-0092-03基金项目：江苏省基础研究计划课题（项目编号：BK20210888）；江苏科技大学博士教研教改项目（项目编号：1052102228）。

Exploring Teaching Strategies for the Physicochemistry Course in the Context of Smart Education

DU Weitong CHEN Zhuo

School of Metallurgical Engineering， Jiangsu University of Science and Technology， Zhangjiagang， Jiangsu Province， 215600 China

Abstract： As a new form of education in the digital era， smart education has put forward higher requirements for the traditional teaching of the physicochemistry course in terms of its education content and teaching paradigm. Therefore， the article closely combines the characteristics of the Internet， artificial intelligence and other smart education technologies， analyzes and discusses the current application mode of smart education in the theoretical teaching， experimental teaching and teaching management of the physicochemistry course in the metallurgical engineering major in Jiangsu University of Science and Technology， and puts forward corresponding strategies for the scientific evaluation of the teaching implementation effect， aiming to further improve the teaching effect of the course and enhance the quality of talent cultivation.

Key Words： Smart education； Physicochemistry； Teaching strategy； Teaching reform

随着信息技术的不断发展和普及，智能环境正在改变高等教育中教与学的方式[1]。我国高等教育课堂历经从“高效课堂”到“翻转课堂”和“智慧课堂”的改革，其中“智慧课堂”是在“互联网+教育”背景下出现的一种新的课堂教学方式，其出现为解决传统物理化学课程的教学弊端提供了一种新的思维方式，并已经成为了现代教育的重要组成部分[2]。智慧教育的教学模式包含智能化的教学管理和服务、个性化的教学方案和建议、智能化的学习服务和指导等内容。教师可通过多种技术手段，实现教学过程的数字化、网络化和智能化[3]，为学生提供丰富且多样化的学习资源和学习方式，可以更好地达成教学目标[3]。

在江苏科技大学2020版冶金工程专业人才培养方案中，物理化学是冶金本科学生的核心必修课，占56学时（3.5学分）。物理化学课程作为冶金、材料、化工等相关专业的核心课程之一，在传统的教学方式中，并没有根据课程本身的特点结合现代技术充分开展科学有效的学习活动，导致其教学方式存在以教师为中心、学生被动学习、师生缺乏互动、对创新思维缺乏培养等问题。如何在该课程教学过程中有效利用智慧教育的优势，提高教学效果，是当前有待探讨的问题。本文将从智慧教育在物理化学课程教学中的应用模式进行深入分析，并对该教学模式下的实施效果评价方式进行探讨。

1 智慧教育在物理化学课程教学中应用模式分析

智慧教育作为融合信息技术的新型教学模式，为满足学生开放性、互动性、多样性和实时学习的需要，在互联网技术和智能终端的支持下，通过“线上+线下”混合式、探究式教学等多种个性化教学方式，以激发学生的学习兴趣，促进教学效果的提高。

1.1 理论教学环节中的应用

物理化学的理论教学模块涵盖了物理化学知识框架、基本原理、基本公式以及相关原理在日常生活和工作中的应用。据2017—2022年内物理化学课程的学生评教及反馈统计，绝大多数学生认为物理化学课程概念性强，理论性强，短时间内各知识点难以理解消化，缺乏学习兴趣，课堂氛围较为枯燥。学生只停留在知识点表面，不了解各知识点的联系。因此有必要积极改变授课方法，利用现代化教学手段使课堂教学由教师的“教”变成学生的“学”[3]，从而调动学生对物理化学学习的积极性。

“智慧课堂”在“以学生为主体，以教师为主导”理念下实施个性化教学[4]，在教育领域中，指导学生积极并富有创造性地进行学习是一项非常重要的任务。在物理化学课程中的理论教学环节中，多媒体软件辅助教学（Computer Assisted Instruction，CAI）是“智慧课堂”中的主要交流模式。将原本晦涩难懂的物理化学基本概念和实验现象通过图像、声音、动画等多种方式[5]，生动形象地展示给学生，使其更好地理解和运用所学的知识。例如：在物理化学课程中讲解化学反应的速率时，可以通过动画演示零级反应、一级反应、二级反应的反应物浓度变化过程，让学生直观地感受反应速率变化规律。

1.2 实验教学环节中的应用

虚拟仿真实验室平台作为智慧教育的另一个重要组成部分，可运用于实验教学环节中，为学生提供更加丰富和便捷的实验解决途径。通过虚拟实验室平台进行模拟实验，使学生能够在虚拟平台下完成实验步骤和操作[6]，观察实验现象，掌握实验技能，同时规避了如化学品挥发、泼溅、火灾爆炸等安全风险，实验安全性大大提高。同时高校也可避免了实验器材和化学试剂的消耗，降低了实验的成本。最终学生将获得的实验数据导入相关数据分析软件中进行实验数据处理和分析，即可得出实验结果和结论。

以江苏科技大学物理化学课程中课内实验“二组分合金相图绘制”为例，学生基于热力学数据，使用图形化的方式表达合金在平衡状态下各相的组成和温度之间的关系，并围绕实验主题和预设问题进行互动，具体如下。（1）学生组成学习小组。利用虚拟仿真实验室平台，根据不同学生的学习习惯、兴趣等因素组成学习小组。（2）开展实验前预习和互动研讨。学习小组成员利用网络智能学习平台和在线虚拟交流平台，设计合适的实验方案，并进行组内、组间、校内、校际云讨论，大大拓展讨论及互动的范围和深度。（3）利用线下实验室和虚拟实验平台进行模拟实验观察。在实验中，教师和学生在线下实验室进行实时面对面的交流，辅以智能教室云平台上的交流，从而提高实验效率和成功率。（4）实验后环节。利用与学生的互动和虚拟实验平台的大数据分析结果，教师可针对学生在实验中遇到的不同问题（对实验原理的解释与对实验数据的分析），优化下一实验或学习阶段的教学计划，并在“教”与“学”的全过程中形成智能的教学评价与反思。

1.3 教学管理中的应用

“智慧课堂”是一种基于信息技术的教学模式，而人工智能则是信息技术的重要组成部分。“智慧课堂”可以通过人工智能技术，实现智能化的教学管理和教学服务[4]，提高教学效果和教学质量，为教学过程提供更加智能化、个性化、差异化、高效化的服务和支持。例如：可以通过人工智能技术，对学生的学习情况和学习状态进行分析和评估，包括学习跟踪、学习评估、学习反馈等，并根据学生的学习情况和学习需求，为学生有针对性地提供学习方案及学习资料，帮助学生提高学习效果。

另外还可向教师提供个性化教学方案与教学建议，提供更准确、更有效的教学管理与教学评估，如教学过程数据分析与挖掘等，对教师进行教学改进与优化，对教学活动提出建议与计划。同时融合人工智能技术与自然语言处理技术，为学生提供智能答疑，智能评测及其他学习服务，帮助学生更好地掌握所学的知识与技能。但是值得关注的是，如何确保人工智能技术公正性、客观性等，仍值得广大教育工作者思考。

2 智慧教育在物理化学课程教学中的实施效果分析

智慧教育给学生带来了更多交互、更有吸引力的学习环境，其实施成效依赖于各方面因素，因此有必要对执行的进程进行认真地计划与评价，以便保证执行的有效性。

2.1 实施效果分析方法

2.1.1 对教学过程的监控

教学过程作为考核教学实施效果最重要的一个过程性指标，它能够通过对教学过程的观察和听课评课来发现并解决课堂教学过程中出现的各种问题，并将过程监控的结果及时反馈到对应的任课教师处，从而合理地安排教学方案与规划。

2.1.2 学生学习态度与兴趣的调查

学生的学习态度与学习兴趣是考核教学实施效果最主要的过程性指标之一，可采用课下问卷调查和现场访谈调查两种形式来考核，还需兼顾学生个体差异及其他方面的因素。

2.1.3 对学生学习成绩的分析

学业成绩是评价教学实施效果的关键，通过考试成绩、作业成绩、实验成绩等多种方式进行评价，并对学生成绩数据进行数据挖掘，分析出勤率、作业成绩、实验成绩和期末成绩对最终成绩影响大小，还需考虑学生个体差异及学科特点对教学的影响。

2.2 实施效果评价

据江苏科技大学冶金工程专业2022年秋季学期的物理化学教学反馈统计结果，在冶金工程专业全部61名学生中，有54名学生对智慧教育教学模式下的物理化学理论及实验教学情况非常满意，7名学生对这种学习方式基本满意，总体满意度为100%。在物理化学课程目标达成情况方面，智慧教学系统可直接给出按“全程综合评价”“期末考试评价”“学生自我评价”三种评价方法的6个课程目标达成情况，如图1所示。由此可清晰、直观的看出课程目标1～3和6的学生自我评价值与期末考试评价相当，但课程目标5学生自我评价偏低，反映出学生主观认为该考点较难，复习充分，成绩较好。课程目标4学生自我评价偏高，需重点关注，并应在后期教学过程中针对课程目标4涉及的内容进行专题辅导。从课程问题的反馈来看，学生对于智慧教育这一学习方式基本持赞同态度，并且纷纷表示听课效率得到了提高，期望继续采用“智慧课堂”的教学方法。通过这样的学习方式学生都表现出了较强的自主学习与探索性学习的兴趣，同时有较大的动力去进修下学期将要进行的冶金物理化学课程。

3 结语

与传统的教学方式相比，智慧教育是一种基于信息技术的教学模式，是一种“教与学”“线上与线下”“整体与个人发展”相结合的智慧和开放的学习模式。智慧教育理念下的物理化学课程教学，使教与学更加多元、灵活、开放、有趣，将学习过程从“被动认知”转变为“主动探索、创造知识”。通过智能虚拟平台实现了“空间与课堂的互动”，加强了实验前、中、后学习活动的深度联系，有助于实现以创新思维人才培养为目标的物理化学理论课和实验课的学习活动。智慧教育的学习模式对学生的影响并没有随着课程的结束而终止，学生在智慧教育中的创新思维和探索性学习体验对学生以后学习其他课程也将起到积极的作用。

参考文献

[1]曲培波.智慧课堂“赋能”思维学习生态[J].中国教育学刊，2022（1）：102.

[2]许粟.“互联网+教室”混合课程教学模式的改革与创新研究：以《食品感官评定》课程为例[J].大众科学，2023（4）：60-63.

[3]王笑一，张娅伟.基于智慧教育背景下的全互动教学改革研究[J].科技资讯，2021，19（13）：158-160.

[4]刘文杰，朱玉岚，刘瑜.“物理化学”在线开放课程建设探索与实践[J].科教导刊，2022（29）：98-100.

[5]陈钰，卢艳红，李迪，等.人工智能背景下物理化学教学改进[J].中国冶金教育，2022（1）：41-43.

[6]陈卓，堵伟桐，邱家用.基于智慧课堂的冶金工程专业选修课程的教学探索[J].科技资讯，2023，21（3）： 159-162，175.