“3+1”人才培養(yǎng)模式下物理化學(xué)的教學(xué)改革探索

儲海霞，劉文杰

(1.常州大學(xué)懷德學(xué)院，江蘇靖江214500；2.常州大學(xué)石油化工學(xué)院、食品學(xué)院，江蘇常州213164)

“3+1” 人才培養(yǎng)模式是基于 “校企合作”理念，構(gòu)建以實踐能力培養(yǎng)為主線的獨具特色的“應(yīng)用型”專業(yè)人才培養(yǎng)模式。該模式是指在大學(xué)四年的前3/3.5年學(xué)習(xí)專業(yè)理論和基本知識，第4/4.5年在企業(yè)指導(dǎo)老師和校內(nèi)指導(dǎo)老師的共同指導(dǎo)下，學(xué)生利用學(xué)校所學(xué)知識和理論，去企業(yè)完成實踐活動，同時在實習(xí)的過程中，還需完成與專業(yè)、工作相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計（論文）相關(guān)工作。這種培養(yǎng)應(yīng)用型人才的模式簡稱“3+1”人才培養(yǎng)模式。這種培養(yǎng)模式就需要培養(yǎng)學(xué)生扎實的基本專業(yè)知識和靈活的應(yīng)用能力。

物理化學(xué)是從物質(zhì)化學(xué)變化與物理變化間的相互關(guān)系中，探索物質(zhì)化學(xué)變化的一般規(guī)律的科學(xué)。物理化學(xué)是化工、高分子、制藥等相關(guān)專業(yè)學(xué)生必修的基礎(chǔ)理論課程[1]。作為四大基礎(chǔ)化學(xué)之一，一般學(xué)生先修無機(jī)與分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)，在此基礎(chǔ)上再學(xué)習(xí)物理化學(xué)，并完成相對應(yīng)的物理化學(xué)實驗。物理化學(xué)理論及實驗是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)。物理化學(xué)涉及不少抽象的概念和原理，繁雜的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)、理想模型的建立等，鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力、思辨能力及綜合運用知識等能力。物理化學(xué)實驗的操作性非常強(qiáng)，其后續(xù)相關(guān)的綜合實驗和創(chuàng)新實驗又能夠極大的鍛煉和提高學(xué)生的綜合分析能力和解決實際問題的能力，有利于培養(yǎng)應(yīng)用型人才的探索精神和科學(xué)素養(yǎng)，提高學(xué)生靈活運用理論知識的能力，滿足現(xiàn)代社會發(fā)展對科研工作者和工程技術(shù)人員的創(chuàng)新、應(yīng)用能力的要求。

目前，我國高等學(xué)校物理化學(xué)的教學(xué)工作經(jīng)歷了數(shù)十年的建設(shè)和發(fā)展，特別是近年來大幅度、大范圍的教學(xué)改革的發(fā)展，使物理化學(xué)理論及實踐教學(xué)的各個環(huán)節(jié)產(chǎn)生了巨大變化，教學(xué)水平有了顯著提升?，F(xiàn)代教育技術(shù)的飛速發(fā)展和大數(shù)據(jù)時代的到來使我們能夠采用現(xiàn)代化的手段組織更高效、更豐富多彩的教學(xué)活動。但是，在進(jìn)行廣泛而深入的物理化學(xué)教學(xué)改革的同時，我們也清醒認(rèn)識到，物理化學(xué)并非一門新學(xué)科，教學(xué)內(nèi)容不能偏離其知識體系的根基和主干。針對物理化學(xué)的教學(xué)改革都應(yīng)以應(yīng)用領(lǐng)域的教學(xué)內(nèi)容的適當(dāng)補(bǔ)充和教學(xué)方法的改革為主，便于學(xué)生理解并掌握物理化學(xué)理論知識，并在此基礎(chǔ)上，將理論知識遷移并應(yīng)用到生活、實驗、科研及生產(chǎn)實習(xí)當(dāng)中，提高實踐和分析解決問題的能力，利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)[2]。

1 物理化學(xué)理論教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及反饋改革

1.1 物理化學(xué)理論上課內(nèi)容生動化

物理化學(xué)的知識體系邏輯縝密、概念眾多、抽象難懂，低年級的本科生翻看《物理化學(xué)》 教材時，難免有看天書的感慨，作為任課老師有義務(wù)有信心有責(zé)任給學(xué)生上好物理化學(xué)理論課，讓學(xué)生對物理化學(xué)由敬畏轉(zhuǎn)化為心生喜歡，學(xué)好它用好它。比如，物理化學(xué)理論的第一課緒論就要開好頭，除了講解清楚授課的章節(jié)，作業(yè)提交方式，可以穿插講解生動的案例。我們可以介紹一些物理化學(xué)家的名人小故事，既讓學(xué)生了解到偉大科學(xué)家的卓越貢獻(xiàn)，又讓學(xué)生認(rèn)識到這些科學(xué)家又是那么可敬可親，離我們又是那么近。物理化學(xué)學(xué)科由來已久，在物理化學(xué)行業(yè)涌現(xiàn)出許多杰出的科學(xué)家，比如吉布斯、能斯特、阿倫尼烏斯等等，物理化學(xué)家們的生平軼事、科研貢獻(xiàn)等[3]都是難得而寶貴的教學(xué)“活材料”。講有趣的故事穿插到枯燥無味的公式推導(dǎo)當(dāng)中去，公式立馬就“活”起來了。名人故事的引入還能促使學(xué)生學(xué)習(xí)其優(yōu)秀精神品質(zhì)，為學(xué)生學(xué)生學(xué)習(xí)能力、專業(yè)素養(yǎng)、創(chuàng)新能力記憶綜合素質(zhì)的提升與培養(yǎng)創(chuàng)造條件[4]。

我們生活中其實有許多現(xiàn)象都可以用物理化學(xué)來解釋的，我們講授的不少知識點都可以跟現(xiàn)實生活聯(lián)系起來，結(jié)合現(xiàn)代教學(xué)方法對物理化學(xué)理論教學(xué)內(nèi)容的講解創(chuàng)新，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。比如南方冬天下雪結(jié)冰之前，在道路上撒工業(yè)鹽，原理是物理化學(xué)當(dāng)中稀溶液依數(shù)性的凝固點降低；昆蟲可以在水面上行走、硬幣可以浮在水面上，這些豐富而直觀的界面現(xiàn)象導(dǎo)課資料其實跟講解的表面張力有關(guān)。學(xué)生通過老師提出的身邊的生活現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)事物的本質(zhì)，學(xué)生由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，促進(jìn)物理化學(xué)的“有趣”教學(xué)。

高校教師在承擔(dān)教學(xué)任務(wù)的同時，大多也進(jìn)行本領(lǐng)域的科研工作，承擔(dān)縱橫向課題。在科研工作中有許多實驗案例都會用到物理化學(xué)的基礎(chǔ)知識。當(dāng)這些親手經(jīng)歷的實驗跟物理化學(xué)理論課的知識點在課堂上相結(jié)合的時候，對低年級本科學(xué)生而言，就像開啟了神奇之旅，打開了一扇了解未來所從事相關(guān)行業(yè)的窗戶，讓他們了解行業(yè)的最新進(jìn)展和動態(tài)。比如在電化學(xué)部分增加鋰離子電池和燃料電池等新型化學(xué)電源介紹，以開拓視野、啟發(fā)思維[5]。

1.2 物理化學(xué)理論上課方式創(chuàng)新化

物理化學(xué)老教師喜歡用黑板全板書的方式進(jìn)行授課，隨著多媒體技術(shù)的普及，現(xiàn)在物理化學(xué)授課大多是多媒體結(jié)合板書的方式進(jìn)行，但隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，及疫情期間線上課程的興起，在線課程越來越受到師生的喜愛。老師可以利用慕課、愛課程、學(xué)堂在線等平臺資源整合篩選出適合獨立學(xué)院學(xué)生的課程章節(jié)，結(jié)合自己錄制的在線課程，讓學(xué)生在課前能夠自主學(xué)習(xí)，做好預(yù)習(xí)工作，在課堂講解過程中可以深入翻轉(zhuǎn)課堂理念，讓學(xué)生更主動的跟著老師的上課節(jié)奏。

根據(jù)對學(xué)院相關(guān)專業(yè)生源的了解，結(jié)合科研、生產(chǎn)、實習(xí)等典型案例，配合原理的生動動畫，有機(jī)整合物理化學(xué)理論課教學(xué)電子課件，為生動有趣的理論課講解提供優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。多媒體技術(shù)的發(fā)展使我們可以在較短的課程時間里安排大量的教學(xué)內(nèi)容，使教學(xué)過程更加緊湊且豐富多彩，在提高教學(xué)效果、輔助教學(xué)等方面，多媒體教學(xué)具有傳統(tǒng)教學(xué)方式無可比擬的優(yōu)勢。然而，無論如何，課堂上的電子文稿只是教師板書的一部分，只有通過教師精心的設(shè)計、教導(dǎo)和示范，才能使多媒體教學(xué)生動鮮活。作為育人者，要不加強(qiáng)自身的學(xué)習(xí)，積極地進(jìn)行教學(xué)方法的研究和改進(jìn)，努力提高教學(xué)水平和教學(xué)效果，有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，真正成為現(xiàn)代教學(xué)的靈魂。

1.3 物理化學(xué)理論學(xué)習(xí)反饋及時化

物理化學(xué)理論教學(xué)工作不僅僅是老師在課堂上講，學(xué)生聽得效果怎么樣？學(xué)生有沒有及時掌握相關(guān)知識點？有沒有抓住重難點？這需要任課老師及時跟蹤。在實際教學(xué)過程中，實踐出這樣一種可行方案：上新課之前，對上一次課根據(jù)重難點提出幾個啟發(fā)式問題，讓學(xué)生去回顧，進(jìn)行5～10min 的互動搶答。比如學(xué)到熱力學(xué)章節(jié)中的化學(xué)反應(yīng)熱，可提出如下一個問題：①任一化學(xué)反應(yīng)的Qp一定大于QV，對嗎？ ②生成焓、燃燒焓、反應(yīng)焓有何區(qū)別？它們有相等的時候嗎？請舉例說明。③燃燒焓中定義的完全燃燒中C、H、N、S、Cl 的最終產(chǎn)物是什么？ ④CH3OH(g)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g) 在25 ℃和1 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下放熱393 kJ，問此值是否為CH3OH(g)的燃燒焓？根據(jù)學(xué)生積極回答問題，計入平時成績，既讓學(xué)生對上一節(jié)課的重難點做到心中有數(shù)，又能為評判學(xué)生平時成績有據(jù)可依。

每上完一次課，都有針對性地給學(xué)生留課后作業(yè)，大部分是以課后習(xí)題的方式。學(xué)生在做題的過程中也是對課堂知識消化吸收運用的過程。教師在批改作業(yè)的過程當(dāng)中，會發(fā)現(xiàn)學(xué)生集中出現(xiàn)的問題，可采取課后集中答疑或者在線答疑的方式進(jìn)行針對性輔導(dǎo)。部分知識章節(jié)前沿知識發(fā)展迅猛的，則布置課程報告、課程綜述或者課程論文等形式，引導(dǎo)學(xué)生主動拓展。

2 物理化學(xué)實驗教學(xué)混合改革

2.1 線上預(yù)習(xí)線下實驗教學(xué)模式

在學(xué)生進(jìn)行物理化學(xué)實驗操作過程之前，老師一般會進(jìn)行知識點的講解，包括實驗?zāi)康?、原理、操作步驟、注意事項、關(guān)鍵試劑及實驗器材等，做重點講解相關(guān)的理論知識及實驗操作步驟及實驗要點。老師所講的相關(guān)理論知識，即是物理化學(xué)理論知識授課的重復(fù)，學(xué)生被動聽課的效果甚微，做實驗的時候，有些學(xué)生左顧右看，看別的學(xué)生怎么操作，他就怎么操作。根本搞不清實驗做什么？為什么要這么做實驗？我的實驗為什么會成功/失敗？因此，傳統(tǒng)的物理化學(xué)實驗教學(xué)已滿足不了當(dāng)代大學(xué)生多元需求[6]，應(yīng)當(dāng)發(fā)展物理化學(xué)實驗教學(xué)方法，將現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用于實驗教學(xué)過程：實驗原理采用多媒體演示結(jié)合板書錄播成微課；實驗步驟及其重難點采取錄像形式進(jìn)行規(guī)范演示。

學(xué)生進(jìn)物理化學(xué)實驗室之前，老師發(fā)布線上預(yù)習(xí)任務(wù)，學(xué)生帶著問題，觀看和學(xué)習(xí)并從相關(guān)教材、微課、視頻中尋找答案，理解與之對應(yīng)的理論課知識點[7]。學(xué)生可以利用碎片化時間進(jìn)行理論及實驗的預(yù)習(xí)工作；實驗講解過程中結(jié)合電子課件，生動講解實驗的重難點及其注意點，集中并簡短地進(jìn)行二次鞏固。實驗后期實驗報告處理及時批改及反饋，通過QQ、微信等在線平臺進(jìn)行溝通交流，實現(xiàn)物理化學(xué)實驗學(xué)習(xí)的三次鞏固。

2.2 實驗結(jié)果線上處理及評價模式

以往學(xué)生處理數(shù)據(jù)畫圖還要使用坐標(biāo)紙，但是現(xiàn)在計算機(jī)軟件處理表格已普遍化，學(xué)生可以使用Origin、Excel、Matlab 等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，實驗報告可推行電子檔，實現(xiàn)無紙化批改和存檔。大數(shù)據(jù)時代的到來，給我們的生活帶來沖擊的同時，也給我們實驗教學(xué)帶來了諸多便利。物理化學(xué)實驗結(jié)果的處理可以借助信息化平臺實現(xiàn)對實驗操作過程的記錄和反饋，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對實驗過程進(jìn)行科學(xué)評分，鼓勵學(xué)生對實驗結(jié)果進(jìn)行分析討論，盡早鍛煉學(xué)生從理論、原理的角度剖析結(jié)果的能力[8]。師生根據(jù)得分情況和扣分點了解教學(xué)效果和不足之處，及時調(diào)整教與學(xué)的過程。

以往物理化學(xué)實驗考核評價體系較為簡單，主要由實驗報告和實驗操作成績構(gòu)成，但是學(xué)生在完成實驗報告過程當(dāng)中，容易抄襲他人，而導(dǎo)致實驗報告大同小異，難以區(qū)分實驗報告成績，導(dǎo)致考核成績與學(xué)生真正的表現(xiàn)存在差異，嚴(yán)重打擊學(xué)生的積極性?；诖耍锢砘瘜W(xué)實驗課程可根據(jù)實驗分類采取多樣性考核：對于驗證性的實驗，采取虛擬仿真模擬、學(xué)生線上預(yù)習(xí)、實驗操作、實驗報告等多階段考核；對于綜合設(shè)計性實驗，根據(jù)學(xué)生就業(yè)發(fā)展的需要，有針對性地設(shè)計實驗內(nèi)容和教學(xué)要求，并開展多元化評價[9]，實驗采取文獻(xiàn)報告、方案設(shè)計、實驗操作、創(chuàng)新點、實驗結(jié)果與討論、在線實驗報告等階段考核。

2.3 實驗與企業(yè)實習(xí)、科研及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目嵌入模式

課堂教學(xué)的時間是有限的，老師可以鼓勵學(xué)生將課堂的興趣延續(xù)到課外，鼓勵學(xué)生通過參與校外的企業(yè)實習(xí)、學(xué)校支持的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目及老師的科研項目[10]。物理化學(xué)理論知識是學(xué)生走向工作崗位奠定的一塊墊腳石，物理化學(xué)實驗是我們學(xué)生走向?qū)嵺`工作的基礎(chǔ)化訓(xùn)練，在學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)理論及實驗的過程中，積極創(chuàng)造條件，讓學(xué)生參與到一些科研及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的項目中來。化工專業(yè)的學(xué)生進(jìn)實驗室做實驗，項目老師有時會設(shè)計化學(xué)產(chǎn)品的線路，例如苯加氫生成環(huán)己烷，是否可行呢？化學(xué)反應(yīng)可否自發(fā)進(jìn)行？需要什么溫度？壓力？是否需要催化劑？這就應(yīng)用到我們物理化學(xué)當(dāng)中諸多知識點，比如熱力學(xué)三大定律、化學(xué)動力學(xué)中的活化能等。材料專業(yè)的學(xué)生在研制新材料的時候，指導(dǎo)老師會讓其測試材料性能，其中通過接觸角來表征材料的疏水性/親水性，這其實就是我們物理化學(xué)界面現(xiàn)象章節(jié)所學(xué)習(xí)的潤濕角及楊氏方程。通過企業(yè)實習(xí)、科研及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的參與，學(xué)生對課本上的知識才能深深烙印在記憶深處，不至于很快還給老師。學(xué)生參與的項目將涉及到物理化學(xué)知識點的相關(guān)課題以報告形式上交。對于積極參與項目的學(xué)生可根據(jù)他的實習(xí)/項目報告，根據(jù)專業(yè)度及創(chuàng)新性占一定比例計入總評成績。

3 結(jié)語

通過對獨立學(xué)院“3+1”模式下物理化學(xué)理論及實驗課程實現(xiàn)現(xiàn)代教學(xué)方法的實踐及研究，打破傳統(tǒng)的教與學(xué)模式，結(jié)合現(xiàn)代教學(xué)方式進(jìn)行物理化學(xué)理論課的講授，根據(jù)物理化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和課程特點及學(xué)生的生源特性，設(shè)計切實可行的教學(xué)環(huán)節(jié)和建立行之有效的現(xiàn)代教學(xué)模式。多角度提高任課教師的整體、靈活把握課程的熟練程度，改變傳統(tǒng)的教學(xué)理念，在現(xiàn)代教學(xué)方法過程不斷產(chǎn)生教與學(xué)過程中摩擦的火花，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。學(xué)生在現(xiàn)代教學(xué)手段的教學(xué)過程中，不再感覺理論課程的枯燥，激發(fā)啟學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲望，產(chǎn)生熱愛之情，能夠?qū)ξ锢砘瘜W(xué)產(chǎn)生興趣，形成教學(xué)相長的良性循環(huán)。