工科类专业物理化学教学改革研究

摘要:在新工科建设的背景下，以培养应用型、创新型的新工科技术人才为目标，对工科类专业的物理化学教学进行改革与探索。将课程思政理念融入到教学过程中，建立全方位的教学改革体系及全流程的教学考核体系，以期能树立学生的理想信念，夯实学生的专业知识，培养学生的工程意识及科研素养，为国家培养具有更强实践能力、更强创新能力的高素质型新工科人才。

关键词:物理化学;教学改革;新工科

为积极应对世界范围内的新一轮科技革命与产业变革，支撑一带一路”、“互联网+”、“中国制造2025“等国家重大战略，我国积极推进“新工科”建设，先后形成了“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”，着力培养实践能力更强、创新能力更强、并具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才［1－3］。在新工科建设的背景下，高等学校工科类专业应以培养创新型、应用型高素质人才为宗旨，大力推动专业内涵建设，加快人才培养方案、课程设置、实践教学环节等的改革创新。物理化学是基于物理和化学两大基础学科发展起来的，运用物理学的基本理论方法去研究化学体系的性质和行为，并建立化学体系中的特殊规律的学科［4］。物理化学课程是工科类专业必修的专业基础课程之一，是后续学习更高层次专业课程的基础，在工科类人才培养体系中有着举足轻重的作用［5］。因此，在新工科建设的背景下，为培养符合社会需求的创新应用工科专业人才，对物理化学课程教学的改革与探索势在必行。

1融入课程思政内容

在建设新工科的背景下，高校工科类专业应着力于以科学教育、人文教育、工程教育的有机融合方式，培养科学基础厚、工程能力强、综合素质高且能实现跨界整合的人才［6－8］。因此，高校教育不仅要培养学生的专业知识技能，还要重视对学生职业素养、道德情操的培养［8］。物理化学课程作为化学工程与工艺、制药工程、环境工程、材料科学与工程等专业的专业基础课程，同样也是高校工科类专业的思政育人主阵地。为培养思想过硬，德才兼备的新工科人才，在物理化学课程教学中，要牢牢把握课程思政的内涵，以相关的知识理论为载体，充分发掘课程中的相关思政元素，将课程思政有机融入到教学中。例如在讲授单组分三元相图的相关知识时，介绍水的三相点是由我国著名化学家黄子卿老先生精准测量的，并将黄子卿老先生的爱国事迹引入到课堂教学中［9］。在上世纪30年代，为了建设祖国，黄子卿老先生毅然放弃了在美国的优渥待遇，回到祖国不懈奋斗，体现了为祖国发展不计个人得失的家国情怀，以此培养学生的爱国精神。在讲授卡诺循环时，可以引入科学家从提出卡诺定律到找出提高热机效率的根本途径，孜孜不倦的钻研了55年的故事［8］，鼓励学生们要有理想信念，要有奋斗不息的精神。还有在讲授化学平衡的内容时，可以介绍发明了大规模合成氨技术的化学家哈伯的故事［6，10］。哈伯不仅是发明合成氨技术的诺贝尔奖得主，还是研制氯气、芥子气等毒气的战争魔鬼。通过他的故事，告诫学生务必要恪守科学伦理的底线，保持高度的社会责任感。通过将思政元素融入教学过程中，有助于培养兼具专业素养及理想信念的新工科人才。

2建立全方位教学改革体系

物理化学课程是高等学校化学工程与工艺、制药工程、环境工程、材料科学与工程等专业必修的一门基础课程，不仅是前期所学的无机化学、分析化学、有机化学等基础化学知识的升华，又是后期化工原理、制药原理、化工热力学、新能源科学与材料等专业课程知识的基础，在工科类人才培养体系中具有毋庸置疑的重要性。因此，物理化学课程必须要建立全方位的教学改革体系，提高物理化学教学质量，培养符合新工科建设要求的创新型，应用型人才。

2.1引入现代教学手段

现阶段雨课堂、慕课等现代网络教学手段蓬勃发展。充分引入现代教学手段，采用“线上+线下”混合教学，相比传统PPT及板书的“线下”教学方式，能更好的提高教学质量［11－12］。“雨课堂”是清华大学和学堂在线共同推出的新型智慧教学解决方案。教师在课前可使用雨课堂设置相应的预习习题，学生在充分预习后进行答题，既有利于教师快速评价学生的预习情况，在课堂教学中能做到有的放矢，提升授课效率，又能使学生依据自身答题情况，在课堂上带着问题听讲，提升学习效率。同时，采用雨课堂的形式，还可以在授课过程中根据教学进度，对学生进行随堂小测，快速收到学生对知识点掌握情况的反馈，以便及时进行查缺补漏，优化教学内容，调整教学进度。利用微课可视化、碎片化的特点［13］，教师对物理化学中的热力学、化学平衡、相平衡、化学动力学、电化学、胶体及表面化学等重要基础理论进行梳理，提炼，将其中的重点难点分别录制为10～15分钟时长的微课，方面学生在课前进行预习，课后有针对性的复习，提高学习效率。此外，还可以利用慕课资源及虚拟仿真技术，将物理化学课程通过线上与线下配合，虚实相结合的方式，帮助学生获得专家授课，了解课程前沿，提高学习效果。

2.2实践“以学生为中心”的课堂教学模式

物理化学课程本身具有概念抽象，逻辑性强的难点，且随着工科类教育改革的推进，物理化学作为基础类课程，面临理论课学时压缩的客观问题。为了获得理想的教学效果，必须对现有的传统课堂教学模式进行改革探索。在传统的物理化学课堂教学中，主要是以“教师为中心”的教学模式，教师利用PPT对知识点及相关经典例题进行授课。在学时数压缩的情况下，为完成整门课程的教学任务，只能进行“教师主动传递—学生被动接受”的填鸭式教学［11，14－15］。这种课堂教学方式，课堂氛围枯燥，教师无法及时了解学生对知识的掌握情况，也无法调动学生的学习积极性，无法达到理想的教学效果。为改变这一现状，必须采用“以学生为中心”的课堂教学模式。采用“以学生为中心”的课堂教学模式，一方面应当注重对学生自主学习的启发。根据对学生学习情况的了解及教学大纲中对各知识点难易程度的要求，适当选择部分内容，采用翻转课堂的方式［14－18］，在课前根据学习主动性及对知识的掌握程度将学生分为不同小组，确保小组间的总体水平相近，既使小组内部能够相互辅导，又保证小组之间竞争公平。在新课开始前通过向各小组发放任务单，将新课应掌握的知识点传达给学生，要求各小组自行选择一个知识点，在课前认真预习，收集资料，相互讨论，不断修正，在课堂上以PPT的形式进行10～15分钟的授课，并在教师的指导点评后进行认真思考总结。教师在各小组完成授课后，及时进行点评，纠正学生授课中的错漏之处，加深对本次课程重难点的讲授，帮助学生理清思路，更好的掌握所学知识点。采用这种翻转课堂的方式，可以提升学生的课堂参与度，调动学生学习的主观能力性，激发学生的学习兴趣，达到更好的教学效果。另一方面，教师在课堂教学中，要加强对学生学习效果的评价。在教学过程中，不能仅仅自顾自的把知识点传授给学生，要充分指导对学生对知识点进行梳理总结，把握各章节的内在联系，及时通过课堂提问、随堂小测、课后作业等方式，掌握学生对知识点的学习情况，并据此进行认真分析反思，不断调整优化授课内容及方式，达到较为理想的教学效果。

2.3优化教学内容，激发学生兴趣，培养学生工程意识及科研素养

兴趣是最好的老师，通过对教学内容的优化，将日常生活中遇到的实际问题与涉及的物理化学知识点相结合，使枯燥的知识点变得生动易懂，调动学生学习物理化学知识的热情。例如:荷叶上滚动的液珠与表面现象相结合，洒盐防止路面结冰凝动与溶液的依数性相结合等，注意理论和实际的联系，能够帮助学生理解相应的知识点，也有助于提升学生的学习主动性。培养创新型、应用型人才，应在对工科类学生的教学内容中应适当加入工程实例的引入。例如在教学中引入与经典热力学、化学动力学、表面化学等相关的具体工程实例，并对其进行科学的分析与探索，从而提供解决问题的思路［19］。这一环节的引入，既增强了学生对知识点的理解与掌握，又启蒙了学生的工程意识，了解实际生产研发过程，培养了应用理论知识解决实际问题的综合能力。为培养工科类学生应具备的科研素养，在教学过程中一方面可将理论教学的知识点与实验教学的知识点相合进行讲授，如在化学反应动力学教学中，联系“蔗糖水解反应速率的研究”或“加速法测定药物有效期”实验，在热力学教学中，联系“二组分液相完全互溶系统的沸点组成图的绘制”实验，在胶体与表面化学教学中，联系“电导法测定溶液临界胶束浓度”实验等，将理论教学的知识点与实验原理、实验现象及实验结论进行综合讲解，同步提高学生的理论水平及实验操作能力。另一方面，在教学过程中，教师可以适当的穿插引入与基础知识相关的科技前沿，例如催化剂反应动力学、电化学等的前沿研究，有助于拓展学生的视野，深化学生的知识结构，培养学生的科研素养。

3建立全流程教学考核体系

考核是检验教学效果最为直接的方式，先进的教学手段、合理的教学内容都需要科学的考核方式对其进行评价［20］。在着力培养新工科人才的背景下，需对现有的教学手段和教学内容进行优化，则现有的以期末考试试卷为主要评分依据的考核方式也急需进行相应的改革，建立全流程、多样化的考核体系，不仅考核学生对物理化学基本知识重点的掌握程度，同时也考核学生的实际应用能力和综合素质。就《物理化学》这门课程来说，全流程、多样化的考核体系是对整个授课环节的综合表现进行评价，具体考核模式设置为平时成绩占50%和期末考核占50%两部分，其中平时成绩又包括考勤、课下作业、随堂小测、小组授课及综述论文。(1)考勤占5%，主要内容是在通过雨课堂点名及随机提问等方式检查学生有无迟到、早退及旷课情况。(2)课下作业占10%，要求是完成课后习题并对每章节的重难点及各知识点之间的联系进行总结概括。在解题中能有新思路的，在对重难点总结中能联系自身学习情况进行具体分析的，或能发散思维，将本章节知识点与其他章节知识点之间进行合理联系的，要进行重点点评并给予充分的肯定。(3)随堂小测占10%，采用雨课堂的形式，在授课过程中不定期对学生进行随堂小测，通过单项选择题，多项选择题、判断题及填空题，快速检验学生对某个重要知识点或每章节重要基本概念、基础知识的掌握程度，及时对学生的学习情况进行查缺补漏。(4)小组授课占10%，主要是对在翻转课堂中学生的表现以小组为单位进行评价，包括前期课堂资料的准备，对规定内容进行PPT的讲解，课后的思考总结等方面，不仅加深学生对所学知识概念的理解与运用，还培养学生的创新能力及团队合作意识。(5)综述论文占15%，主要是要求学生在整门课程的授课环节中，任意选择自己感兴趣的1～2个知识点，对其发展历程，前沿研究及在行业中应用现状等进行梳理，完成1篇1500字左右的综述论文，学期结束时提交。重点考核学生个人的文献查阅能力，书写总结能力及对该知识点的理解程度，激发学生的个人潜能，培养学生独立思考及创新的能力。(6)期末考核占50%，采用期末闭卷考试的方式，考试范围，题型及难易程度等按照课程大纲中各个章节的权重而进行设置，合理增加思考及创新类题目，不仅考核学生对本门课程全部所授基本知识点的掌握情况，也考察学生在解题过程中是否具有创新的能力，是否具有运用所学知识解决实际问题的能力。建立全流程、多样化的考核体系，包含了对整门课程全部授课环节的考核，能够更真实、更全面地对评价学生的综合表现，避免了学生可以通过死记硬背，考前突击就能获得高分的情况。这种考核方式，这种考试模式更有利于激发学生的学习主动性，提高教学质量，使学生既掌握基础理论又提升了综合能力。在我国正大力推进“新工科”建设的背景下，地方本科院校应着力于培养创新型、应用型的新工科技术人才。为了实现这一目标，我校工科类物理化学课程进行了积极的改革和探索，通过将课程思政内容有机融入教学过程，建立全方位教学改革体系，建立全流程教学考核体系等方法，以期使学生具有扎实的专业知识体系，较强的工程意识及科研素养，为国家培养符合社会需求的新型创新应用型工科人才。

作者：潘飞 吕梦岚 单位：贵州理工学院化学工程学院