面向化工專業(yè)的短課時“物理化學”課程教學改革探索

唐元暉 曹俊雅

(中國礦業(yè)大學(北京) 化學與環(huán)境工程學院,北京 100083)

“物理化學”課程是高等學?；?、冶金、環(huán)境、材料和礦物加工等工科專業(yè)學生的核心必修基礎課之一，它綜合運用數(shù)學、物理等學科的理論和方法研究化學和化工過程中遵循的普遍規(guī)律以及這些規(guī)律與微觀結(jié)構(gòu)的關系，在化工專業(yè)本科課程體系中兼有提升化學理論素養(yǎng)和啟發(fā)專業(yè)課程學習的兩大功能，在培養(yǎng)學生的理論分析能力和工程思維等方面起著重要的作用[1]。我校(中國礦業(yè)大學(北京))化學工程專業(yè)本科生學習的是“物理化學B”，總學時為64，由本專業(yè)教師負責教學工作。相對于清華大學、四川大學、華北電力大學等學?；I(yè)的80個課時來說[2]-[4]，我校學生“物理化學”課程的學時相對較短，這要求教師在64課時內(nèi)，讓學生掌握本專業(yè)必備的物理化學基本理論和知識，具備后續(xù)專業(yè)學習必須的基本技能，在教學上需要重點強調(diào)物理化學與后續(xù)專業(yè)課程和工程思維的互滲透和相互聯(lián)系，使學生在專業(yè)學習和研究訓練中能有意識地運用物理化學的理論去思考、認識和解決問題。但由于“物理化學”課程本身具備的理論性強、公式多且限定條件苛刻，學生在學習過程中難免覺得內(nèi)容復雜抽象而難以掌握[5],[6]，使得“物理化學”往往成為化工專業(yè)本科階段成績較不理想的一門。因此，為了改善教學效果，激發(fā)學生學習的主動性，筆者在近幾年的教學中進行了一些有益的嘗試，取得了一定的效果和積極的反饋，下面本文將針對短課時要求下本?；I(yè)《物理化學B》的課程教學提出了以下幾點改革措施與大家進行交流探討。

1 更新教學內(nèi)容，側(cè)重實踐導向

在以往的教學中，根據(jù)學校上短課時的要求并參考了國內(nèi)的同類高校，化學工程專業(yè)在教學上選擇了天津大學出版社在2004年出版的、由肖繁衍、李文斌編寫的《物理化學》(第二版)作為教材。但這本書已經(jīng)面世了15年，在實際教學中，不少老師和學生都感覺這本經(jīng)典的教材在對傳統(tǒng)大學物理化學教學內(nèi)容的刪減和編排上有些激進，大量基本概念的精簡甚至影響到教師的講授和學生的理解，比如其中將第四章反應平衡放在第五章溶液熱力學和相平衡的前面，使得教師在實際中只能分別獨立地介紹氣體反應、固體或液體參與的氣體反應的平衡常數(shù)，既無法讓學生體會化學勢這一重要熱力學概念應用到化學反應平衡常數(shù)推導中體現(xiàn)出的理論美感，又影響了學生的理解，從而降低了學習的興趣。通過調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)四川大學、天津大學等很多國內(nèi)教研實力雄厚的高校均采用了高等教育出版社出版的、天津大學物理化學教研室編寫的《物理化學》(系列)工科教材作為化工專業(yè)物理化學課程的教材[7]，此系列教材自1961年起已經(jīng)出版到第六版，共分為上、下兩冊，是“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材，此系列教材針對短課時教學還推出了相應的《物理化學》(精簡版)[8]，2018年針對最新的第六版也推出了精簡版的第二版，同樣配備了《物理化學學習指導》作為學生學習參考資料。我們從去年開始，嘗試采用老教材為主，而《物理化學》(精簡版)教材為主要參考書的形式進行了初步的教學實踐嘗試，學生反饋新教材在內(nèi)容和難度上與老教材一脈相承，但是編排更容易理解，能夠有效提升學習效果。

除了教材的選擇，我們也注重視頻、圖片等多媒體材料對課堂教學內(nèi)容的豐富性，并強調(diào)理論和工程應用的結(jié)合，比如在講解“界面現(xiàn)象”這一章中的表面活性劑(SAA)時，我們就通過動畫來生動的展示SAA在溶液中的分布和在洗滌過程中的作用，如圖1所示。視頻能夠直觀地展示微觀分子結(jié)構(gòu)的分布，啟發(fā)學生的思考；在介紹熱力學第二定律的時候，我們按照問題的提出、理論的發(fā)展和公式化推導而向?qū)W生介紹熱力學第二定律及其應用，同時借由風機、燃氣機等客觀事物來幫助學生理解。多樣化且源于實際生活的案例能夠直觀地展示教學難點，調(diào)節(jié)課堂氣氛并提升學習興趣。在寓教于樂的同時，我們在講解基本理論時輔助黑板推導，重點反復介紹每一個理論和公式的應用前提和限制條件，幫助學生提升理論分析能力。

圖1 《物理化學B》教學中關于表面活性劑的視頻截圖：(A)表面活性劑在水中的分布；(B)表面活性劑在去污過程中的作用。

2 優(yōu)化教學方法，實施分層次教學

伴隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的浪潮，以慕課、翻轉(zhuǎn)課堂為代表的網(wǎng)絡教學新模式對傳統(tǒng)的教學方式和理念均產(chǎn)生了一定的沖擊。因此筆者也順應潮流，采用“雨課堂”這一翻轉(zhuǎn)課堂的工具來豐富傳統(tǒng)多媒體結(jié)合課堂講授的教學形式?！坝暾n堂”是清華大學推出的新型智慧教學解決方案，學生只需要關注相應的公眾號，就能課前收到預習課件，在課堂中可以與教師實時共享課件，而且可以通過“彈幕”和“私信”功能在課堂上給教師發(fā)信，提出聽課時出現(xiàn)的困惑，方便教師根據(jù)學生的掌握情況及時調(diào)整教學進度，課后學生能夠靈活的與老師和其他學生開展交流，還可以組建討論群等方式，邀請老師、同學共同參與討論，；另一方面，教師能夠直接在微信小程序查看考勤、發(fā)布課堂測試并能實時檢查作答的正確率，定時發(fā)布教學公告和試卷，實現(xiàn)了師生之間和學生之間的充分互動。目前，翻轉(zhuǎn)課堂的教學形式已經(jīng)從2017年到2019年三個學期的共163名學生進行了教學實踐，課程結(jié)束后，按照既定考核方式進行了成績評定，此外通過“雨課堂”調(diào)查問卷的形式收集了學生們的意見，調(diào)研結(jié)果見表1。從中可以發(fā)現(xiàn)，這163個學生大多是本科二年級的學生，其中87.8%的學生認為翻轉(zhuǎn)課堂的學習效果好于傳統(tǒng)課堂，78.6%的學生認可翻轉(zhuǎn)課堂有利于學生自學能力的提升，68.7%的學生覺得翻轉(zhuǎn)課堂有利于表達和溝通能力的培養(yǎng)，同時86.5%的學生覺得今后翻轉(zhuǎn)課堂會越來越廣泛地影響到傳統(tǒng)課堂。通過“雨課堂”這一網(wǎng)絡工具，教師們可以更好地掌握到學生的學習進度，真正實現(xiàn)因材施教的分層次教學目的。

表1 三屆參與學生的調(diào)查問卷結(jié)果總結(jié)分析

(續(xù)表)

3 實施全過程考核

為了更好地建設物理化學課程，我們調(diào)研了天津大學、天津工業(yè)大學、北京理工大學和北京化工大學的學科和課程建設情況，虛心參考和借鑒了兄弟院校的寶貴經(jīng)驗從而重新修訂了《物理化學B》的課程大綱，新版大綱規(guī)定了全流程考核的評價方式，這里的全流程主要體現(xiàn)在兩個方面：首先，最后的總成績由包括考勤、課堂提問、隨堂測驗、期中考試和期末考試的整個授課環(huán)節(jié)的表現(xiàn)綜合而成，其中，平時考勤占10%，隨堂測驗和期中考試的成績占20%，期末考試的成績占70%；另一方面，期中和期末考試的試題范圍按照課程大綱中各個章節(jié)的權(quán)重而設置分值，最后課程總結(jié)需要按照班級、平均成績、分數(shù)段等不同類型來綜合剖析教學效果和學生的成績分布，為教師在未來教學和考核的改革提供參考。這種全過程考核能夠更真實地評價學生的表現(xiàn)，避免了以往突擊一周就能獲得高分的情況。

4 結(jié)論

隨著科技的發(fā)展和時代的進步，在64個學時的短課時要求下，面向化學工程專業(yè)的“物理化學”課程由于其自身的理論性強等特點，更需要順應“互聯(lián)網(wǎng)+”的浪潮開展改革和建設，秉承著傳授理論知識和啟發(fā)創(chuàng)新思維的教學理念，以全面提高學生信息素養(yǎng)為目標，從與時俱進地采用最新版教材、從教材內(nèi)容和實際生活的聯(lián)系設計多媒體課件、采用“雨課堂”翻轉(zhuǎn)課堂網(wǎng)絡工具以及開展全流程考核等方法來改革教學方法和內(nèi)容，加強理論課程與科研訓練的聯(lián)系，將傳統(tǒng)以“教師”為中心的授課模式轉(zhuǎn)變?yōu)閹熒餐瑓⑴c、共同學習的方式，按照學生能力、思維的差異性真正做到因材施教。讓學生們在掌握“物理化學”理論知識的同時培養(yǎng)解決工程問題的邏輯思維，并在今后的學習和工作中可以開展切實高效的自我學習。