1. 引言
《物理化学》是化学化工等专业的必修课。目前国内各大高校《物理化学》教学学时主要为96学时、80学时、64学时等，适应于不同的专业培养要求。物理化学知识点多、理论性强[1] [2]，学生学习起来难度大。而且随着手机、电脑、平板等电子产品以及微信、抖音、游戏等应用软件在大学生中的普及使用，在课堂上学生极易被干扰，教学中学生的参与积极性不高，为此教育工作者们探究出各种教学方法和手段，比如知识图库[3]-[5]、与科研相结合的案例[6]等，来提高课堂教学中学生的参与积极性。这些改革成果都很有创新性，但是学生的精力有限，要参与这些改革项目，所花费的时间比较多。另一方面，从学生的角度，例如化工专业学生，在学习《物理化学》课程的同时，还需要学习《化工原理》或《有机化学》等专业课，在保证每门课出勤率的前提下，学生课后能分配给《物理化学》课程的复习时间明显不足。为了更好地利用课后时间，我们着手于优化课后复习课程知识的模式，进一步提高学生课后的复习效率以及对于课堂所学知识的掌握程度。课后习题练习是当前大学生复习知识的主要手段，提升学生课后时间的利用率和课后知识复习效率显得至关重要。与课堂教学法的改革相比，以《物理化学》课后习题为目标的教改并不多见。在物理化学课程习题设计方面，2023年陈亚芍等人提出了基于STS理念的高阶思维能力习题的设计[7]。在习题解析的课堂教学中，人们提出了互动式教学法[8] [9]、一题多解析[10]-[16]等。而对用于学生课后自主学习习题解析过程资源的研究比较欠缺，主要是与物理化学教材配套的习题解答书。随着多媒体教材的出版，与物理化学书本配套的习题解答中，部分习题也会附有二维码习题解析视频，比如天津大学主编的《物理化学解题指南(第三版)》[17]、南京大学主编的《物理化学学习辅导》[18]，但是这些附有二维码的习题与任课教师布置的习题不完全相同，且所附视频与教师授课内容的知识结合紧密度不一定高。另外，有些习题解答的二维码视频获取需要先与购买的书本绑定，学生获取视频需要书本在手才能扫描二维码，无法随时随地进行观看，由此开发与课堂教学关系紧密、可随时随地获取而且与课程配套的课后习题解析模式具有重要的现实意义。
中国石油大学(北京)化工专业的《物理化学》课程所采用的教材为天津大学主编的《物理化学(第六版)》上下册[19] [20]，课程学时为《物理化学(I)》48学时和《物理化学(II)》48学时。该书本的课后习题比较精炼，适合学生直接进行课后复习。本文重点针对课后复习这一环节，基于天津大学主编的《物理化学(第六版)》上下册，将课堂知识点与课后习题的解析有机结合，开发了一套新的课后习题解析视频库，关联课堂所授知识点与对应的课后习题练习，提高学生利用平时的碎片时间针对性地复习课堂知识的效率。在《物理化学(II)》课程教学过程中试用了两个学期，效果较好。
2. 课后习题视频的录制
首先我们结合天津大学出版的《物理化学(第六版)》上下册，基于重点知识点，筛选出要录制视频的习题，总结于表1。
Table 1. List of problems used to record the solution video
表1. 用于录制习题解析视频的课后习题列表
物理化学(上册)章节 |
课后习题编号 |
第一章 气体 |
1.4、1.7、1.8、1.11 |
第二章 热力学基础 |
2.2、2.5、2.9、2.11、2.18、2.23、2.26 |
第三章 热力学第二定律 |
3.3、3.7、3.9、3.11、3.15、3.21、3.28、3.34、3.40 |
第四章 多组分热力学 |
4.5、4.11、4.22、4.25 |
第五章 化学平衡 |
5.6、5.9、5.11、5.14、5.16、5.20 |
第六章 相平衡 |
6.1、6.4、6.6 |
物理化学(下册)章节 |
课后习题编号 |
第七章 电化学 |
7.1、7.2、7.5、7.9、7.11、7.13、7.14、7.19、7.23、7.24、7.25、7.26、7.28、7.30 |
第十章 界面化学 |
10.3、10.5、10.7、10.9、10.10、10.17 |
第十一章 化学反应动力学 |
11.4、11.10、11.15、11.20、11.23、11.24、11.28、11.31、11.33、11.37、11.41、11.43。 |
第十二章 胶体化学 |
12.6、12.8、12.10 |
针对每一个习题解析视频，采用呼应课内知识点的方式进行编排，每一个视频的录制过程主要分成两部分：习题对应知识点的讲解与习题解析过程演示。下面以《物理化学(第六版)》下册中第七章电化学的第7.26题为例。该题目涉及的知识点主要为原电池中的能斯特方程的应用以及如何计算电化学反应的热力学函数，在习题对应知识点的讲解过程中，摘录了课内讲授知识点时所用的PPT (如图1所示)，这样学生再看到这个PPT时会有似曾相识的感觉，有利于学生对于这些知识点的记忆。基于这两张PPT，重新对能斯特方程中涉及的未知变量及其求算、电动势与各热力学函数之间的关系进行讲解，并对知识点进行适当扩展，期望学生在看到这个视频时，能从全新的角度审视这些知识点之间的联系。随后就是对于该题详细的解析过程，我们采取以学生做题的形式逐步演示如何解析该题(视频截图如图2所示)。两个视频的总时长在3分钟以内，有利于学生利用碎片时间学完习题的解析过程。
我们采用同一种模式，对于表1中的所有习题进行了录制。由于这些视频的使用目的是使学生在尝试自己做完作业的前提下，对于解析结果进行检查以及复习，因此将视频总时长控制在10分钟以内，方便学生在碎片时间能够完整看完。由于中国石油大学(北京)本科教学采用了超星平台(电脑端的超星和手机端的学习通)，所有注册在籍的学生都能通过手机上的“学习通”小程序进入课程学习，因此这些习题解析视频被放在中国石油大学(北京)网络学习平台——超星平台上(图3为教师端的截图，图4和图5为学生端的截图)，供学生在线学习。由于不同学生对于知识点的理解程度不同，因此在视频播放的设置上允许学生拖拉视频以及倍速播放(图6)，让学生根据自己的需求观看视频，充分给予学生主动权，大大节约了学生对于课后作业附带的知识点学习的投入时间，提高了学习效率。
Figure 1. Screenshot of PPT used in the illustration of electrochemistry problem 7.26
图1. 电化学7.26题解析视频中知识点讲解所用的PPT截图
Figure 2. Screenshot of illustration of solution to problem 7.26 in chapter of electrochemistry
图2. 电化学7.26题解析视频中习题解析部分的截图
Figure 3. Screenshot of list of solution videos to problems in “Physical Chemistry (II)” in Chaoxing platform
图3. 超星平台上《物理化学(II)》课程课后习题解析视频目录截图
Figure 4. Screenshot of video interface seen by student in Chaoxing platform using desktop
图4. 电脑端超星平台上学生端看到的习题解析视频界面截图
Figure 5. Screenshot of video interface seen by student in Chaoxing platform using cell phone
图5. 手机端–学习通上学生看到的习题解析视频界面截图
Figure 6. Screenshot of set up of the video by teacher
图6. 教师端对视频浏览的设置截屏
3. 课后习题视频的使用与课堂教学的结合模式
由于课后习题视频的主要作用是对课内知识点的复习以及理解的加强，因此针对课后习题解析与课程教学之间的关联，我们尝试了两种模式，一种是对于前一次课的课后习题作业在下一次课之前上交，然后开放该次作业的视频解析给学生自行学习。这种模式在2022~2023第2学期《物理化学(II)》教学过程中进行了一次尝试。第二种模式是每次上课前提交上一次课的作业，待一个章节作业全部交完，再全部开放一个章节的解析视频给学生自学。这种模式在2023~2024第2学期试用。在试用过程中，对于学生的参与度不做限制。在实施过程中，我们发现第一种模式的学生参与度比较低，比如第七章电化学，视频观看率最高只有11% (12个人/102总人数)。而其他章节的习题解析视频，观看率也不理想(2%左右)，说明学生对于习题解析视频利用率较低。在第二种模式实施时，将正常修读学生与重修生分开统计。同时为了促进学生对于课后习题解析视频的利用率，分别在《物理化学(II)》中的电化学、反应动力学以及界面现象三个章节结束后设置了课内小测验，在课程结束后统一期末考试。课程结课后的统计结果见表2。同样是电化学这一章的课后习题解析视频，化工22-1班33个人，观看率2%，化工22-2班36人，观看率13%~16%，化工22-3班35人，观看率2%~14%，而重修生4%~29% (最多时7个人)。显然比第一种模式好，测验的设置对于学生学习驱动力起到了促进作用，因此可以认为测验的设置提高了学生对于课后习题视频的参与度与利用率。
Table 2. Statistics on student viewing of problem-solving videos for the “Physical Chemistry (II)” course in the 2023~2024 second semester
表2. 2023~2024第2学期物理化学(II)课程学生对于习题解析视频观看统计
视频观看率 |
化工1班 |
化工2班 |
化工3班 |
重修生 |
第七章 电化学 |
2% |
13%~19% |
2%~14% |
4%~29% |
第十章 界面现象 |
2% |
13%~16% |
2%~5% |
4%~12% |
第十一章 动力学 |
2% |
11%~16% |
2% |
4%~16% |
第十二章 胶体化学 |
2% |
13%~16% |
2% |
12%~16% |
4. 学生观看视频具体时间的统计分析
由于2022~2023第2学期学生参与度低，只针对2023~2024第2学期学生在整个学期中对于视频的利用情况进行分析。尽管整体的观看率不是很理想，其中第7章电化学相比于其他章节的观看率高一些，可能是由于这一章是《物理化学(II)》课程授课最开始的章节。我们对于第7章中观看人数较多的7.1题学生的具体观看时间进行了统计，结果如图7。
7.1题的视频总时长是6.3分钟，《物理化学》期末考试的时间是在5月30日下午1:15，从图7中可以看出，大部分同学能够在电化学这一章节测验之前观看，少部分同学是在期末考试之前基于复习目的观看视频解答，一部分学生点击打开视频后仅看一点。由此表明，基于课后习题复习物化知识是学生学习的重要手段，也反映出学生对于课后习题解析附带知识点的需求。
5. 学生对于课后习题解析视频使用后的整体评价
在《物理化学(II)》课程结课考试结束3个月后，为了进一步了解我们录制的课后习题解析视频在学生学习物理化学知识中的作用，我们制作了一套调查问卷，含有6个问题，问题设置如下：
问题1. 你在上《物理化学2》课程过程中对于布置的课后习题作业上交后会看学习通上的视频解析吗？
问题2. 如果观看视频，一般是在什么时候会去查看？
问题3. 物理化学书本配套的习题解答与超星平台上的习题解答视频，你更喜欢用哪一个？为什么？
问题4. 你觉得课后习题解析视频在期末考试前的复习阶段有帮助吗？为什么？
问题5. 你觉得学习通(或超星)上的习题解析视频与网上其他的习题解答资源相比优势和劣势如何？
问题6. 你愿意在自己的碎片时间去看习题解答视频吗？为什么？
我们将问卷发放给了化工22-1班、化工22-2班、化工22-3班的学生(共104人)，收集到了39份反馈问卷。对于问题1、问题4和问题6，结果见图8。由图8可见，大家对于该视频解析在碎片化时间内学习物理化学知识的帮助表示了肯定。
Figure 7. Screenshot of detailed data on student views of exercise 7.1 analysis video
图7. 习题7.1解析视频的学生观看的详细数据截图
Figure 8. Statistics of answers to questions
图8. 问题回答的结果统计
对于问题2，大部分同学会在作业题做完后、一个章节学完后、以及考试前复习阶段看。对于问题3，有6人觉得超星上的课后作业习题解析视频与纸质的习题解答或习题解答指南相比各有优势，有16人觉得超星便捷，因为上面有老师的思路，讲解详细，对于书本习题解答看不懂的，需要看超星上的视频，有14人觉得纸质版的习题解答直观，过程清晰、简单，不需要使用电子产品。对于问题5，部分同学认为超星上的习题解析视频“优势方便快捷”、“很有针对性”、“更加对口，更加能懂”，还有同学觉得“学习通上的跟老师平时讲的知识相对应，网上其他解题方法不一定跟课上知识相匹配”。当然还有一部分同学指出了其劣势，例如“视频时间较长，对于疑惑点不能直接找到，拖动进度条不太方便”、“清晰度低”等问题。对于问题6，其中9个回答不愿意的同学的理由为“碎片时间感觉不太够，一般都是大片时间拿来看视频”、“科目太多了”、“效果不好”等。尽管该调查问卷是在课程结束后的3个月开展的，回答问题的学生中有些可能是在回答问卷时看了一下视频，但是还是能够从反馈中得出结论：与上课教学课堂课件紧密结合的课后习题解答视频在学生中的反馈优势明显。
6. 使用本文录制的视频库学习与传统学习方式的对照分析
基于2023-2024-2学期的上课学生群体，结合学生的视频观看视频率与问卷反馈信息，从观看视频的学生中挑选了观看率较高的8个同学的期末成绩与总评成绩组成一组数据。基于问卷反馈信息表，结合反馈学生的视频观看率统计数据，从观看率为0的视频，且在反馈中说明自己不看视频或不愿意看视频或者倾向于纸质习题解答的同学中选取了8个期末成绩与总评成绩组成另一组数据。结果如表3所示。由表中数据可以看出，两组学生的成绩分布比较相似，这说明本文的习题解析视频能够起到与纸质习题解答类似的复习效果。
Table 3. Comparison of student grades who view the video with those who do not view video
表3. 使用解析视频与未使用解析视频的成绩对照
使用本文录制的习题解析视频学生成绩情况 |
姓名 |
视频观看率 |
期末考试成绩 |
总评成绩 |
吴** |
100% |
89 |
91 |
郑** |
100% |
89.5 |
92 |
张** |
100% |
70.5 |
75 |
孙** |
100% |
80 |
82 |
王** |
97.06% |
29 |
53 |
崔** |
61.76% |
82.5 |
84 |
赵** |
55.88% |
67 |
77 |
王** |
73.53 % |
49 |
54 |
未使用本文录制的习题解析视频，倾向于纸质习题解答的学生成绩情况 |
姓名 |
视频观看率 |
期末考试成绩 |
总评成绩 |
顾** |
0 |
46.5 |
64 |
陈** |
0 |
71 |
82 |
罗** |
0 |
55 |
65 |
严** |
0 |
69 |
78 |
吴** |
0 |
87.5 |
90 |
彭** |
0 |
64.5 |
72 |
陈** |
0 |
84 |
87 |
叶** |
0 |
84.5 |
88 |
7. 总结
本文通过将课内知识点与课后作业中的习题解析综合一起制作了习题解析视频，用于学生复习课堂知识点以及强化综合运用知识的能力，习题解析视频与课堂所授教材配套，不仅能够减轻学生为复习知识点而搜索资料的负担，同时也能提高学生复习课程知识点的效率，进而为学生平时学习其他课程创造了条件。实践结果显示，一个章节学习后安排一次测验，能极大提升学生对相应课后习题解析视频的观看率，促进学生复习课堂知识点的效率。不同学生能够根据自己的实际情况利用好解析视频资源。视频使用后的反馈显示，与课堂知识紧密结合的课后解析视频具有便捷、逻辑清晰、知识点延伸等优势特点，能够有效提升学生的知识点掌握程度。目前视频总的观看率不是很理想，对于如何提高学生更好地利用课后习题的解析视频模式仍在探索中。针对其他的《物理化学》教材，包括南京大学化学化工学院主编的《物理化学》第五版上下册和《Atkins物理化学第7版影印版》，课后习题解析视频录制的正在进行中。
基金项目
中国石油大学(北京)教育教学改革项目：中国石油大学(北京)“1158”工程教学改革项目支持(项目编号：XM10720210132)；中国石油大学(北京)教改项目“应用化学国家一流石油特色专业建设”(项目编号：XM1072022116)；中国石油大学(北京)教改项目(项目编号：XM10720170211)。
NOTES
*通讯作者。