摘要：本文依据STEM教育理念，依托雨课堂教学平台，将线上教学与线下教学结合，构建了“学科融合四步法”混合型教学模式，并在此基础上以“单组分系统相图”为案例开展教学设计。该教学模式有助于提升学生的课堂参与度，培养学生的跨学科知识整合能力、解决实际问题能力和自主学习能力。
关键词：STEM；雨课堂；物理化学；单组份系统相图
STEM教育是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineer)和数学(Mathematics)教育的简称，是美国在上世纪80年代为提升国家竞争力和自身的创新能力而对高等教育提出的一项重要的教育战略[1]。它能让学生从多学科角度参与到复杂问题的解决过程中，提升学生对复杂知识的解决能力，培养学生的创新意识。物理化学是化学、应用化学等相关专业的主干课程。它对学生科学思维和综合素质的培养起着至关重要的作用[2-3]。由于该课程理论性较强，对学生的逻辑分析和数学推导能力要求较高，学生普遍反映它较难学习。部分学生对该课程的学习缺乏信心和兴趣。目前，邯郸学院化学化工与材料学院的物理化学课程主要采用教师课堂讲授为主要教学形式，虽然建有网络资源，但利用率不高。学生仍然是被动听课，难以很好地跟上课程讲授的节奏。雨课堂是清华大学和学堂在线共同开发的混合式教学工具。面对“互联网+”给教育事业带来的机遇和挑战，本文依据STEM理念，依托雨课堂平台，线下教学与线上教学相结合，探索物理化学教学改革新模式，并以“单组分系统相图”为案例，详细阐述该教学模式的设计与实施过程，以为高校物理化学及其他课程教学改革提供参考与借鉴。
一、基于STEM和雨课堂的物理化学混合式教学模型
（一）基于雨课堂教学应用的线上线下混合式教学环节设计。基于雨课堂教学应用的物理化学线上线下混合式教学过程分为三部分：课前预习、课堂教学、课后提升。课前，教师通过雨课堂推送给学生相关知识点的微课、预习课件等；学生根据自己的时间完成学习，并通过推送的测试题检测知识掌握情况。这样既培养了学生自主学习能力，也提高了学习效率。课堂上，学生通过微信扫码签到；教师依据雨课堂预习数据有针对性地讲解重点，采用推送互动题或弹幕反馈等方式，增加课堂的趣味性和活跃度，增强学生听课效果。课后，上课的课件会自动保存在学生的手机上，方便学生复习；学生的课堂表现数据会被推送给老师，作为平时成绩的评定依据；对不太理解的内容，学生也可以通过雨课堂与教师进行互动探讨。
（二）基于STEM理念的物理化学“学科融合四步法”教学模式设计。STEM理念强调以真实情境中的案例为导向，利用数学、科学、工程等相关联学科的知识来解决问题，在问题解决的过程中反思与提高。为了把物理化学中抽象的理论知识尽可能地具体化、直观化，并让学生主动参与知识的多维化建构过程，笔者建立了“学科融合四步法”教学模式，即通过“创设情境提出问题—交流讨论探索方案—知识融合挖掘本质—深入研究总结归纳”四个教学环节，将知识、技术、创新、实践等融入课堂，使学生由被动学习转为主动学习、研究学习、合作学习，通过解决实际问题，使学生建立起各学科之间的联系，实现多学科知识的有效衔接，促进学生全面发展。
二、“学科融合四步法”混合式教学设计——以“单组分系统相图”为例
相图是物理化学中的一个重要知识点，前后内容联系密切，在化工、材料等专业后续课程中有广泛涉及，是物理化学的一个教学重点和难点。学生初次接触，往往感觉抽象难懂。下文以其中的“单组分系统相图”为例，详细介绍该教学模式设计思路，具体见表1。课前，教师通过雨课堂推送复习和预习资料，并通过课上应用、推送测试题等形式检查学生的预习效果。课堂上，教师通过多个案例和问题将化学、数学、技术、工程联系在一起。对每个案例，教师都会创设情境，提出问题，借助雨课堂随机分组和提问功能，采用小组讨论、翻转课堂等教学形式，鼓励学生交流合作，大胆构想，提出解决方案，引导学生借助数学、技术等手段深入分析，最后，点评、总结并拓展应用。在教学过程中，学生多次用到数学知识解决化学问题，如应用相率公式、克拉佩龙方程分析得到水的相图，应用凝固点降低方程和克拉佩龙方程计算找到水的冰点温度比三相点温度低0.01K的原因。学生也学到了如何使用origin工具软件等技术手段去绘制水的相图。教师在教学设计中还将二氧化碳的相图与二氧化碳超临界流体萃取技术结合，让学生体会到相图在工程中的具体应用。
三、结论与启示STEM教学的灵活应用，帮助教师解决了物理化学教学中
很多复杂、抽象的问题，让学生体会到了数学和技术在实际工程和生活实例中的应用，培养了学生的创新精神和实际问题解决能力。与传统教学模式相比，基于STEM理念的混合式教学课堂教学方法更加多样。案例教学、翻转课堂、小组讨论、在线解答等调动了学生积极性，培养了学生的自主学习能力。课堂充满活力，更加高效。笔者以物理化学课程为载体，进行了教学探索，在实践的过程中也出现了一些问题，如线上教学资源的丰富和线下师生互动需要教师付出更多时间和精力，课程中所蕴含的跨学科内容需要教师深入挖掘，课堂上自控能力差的学生可能会分神等。因此，在具体实施时，教师还需充分考虑多种因素，加强教师团队建设，加强学生管理，勇于尝试，探索适合自己学校学生特点的物理化学教学模式。
参考文献：
[1]宋怡,葛彦君,马宏佳.美国科学教育研究热点与发展趋势:2016NSTA年会述评[J].化学教育(中英文),2017，38(19):73-76.
[2]黄雅丽,娄本勇,徐清艳.“互联网+”时代下把雨课堂融入物理化学教学改革[J].山东化工,2019,48(4):169-170.
[3]张亚萍,张红平,霍冀川.基于案例教学法的物理化学课程教学改革探索与实践[J].大学化学,2018,33(11):82-85.
作者:刘妍 胡俊平 毕慧敏 游富英 单位:邯郸学院化学化工与材料学院