與時(shí)俱進(jìn)，不斷開(kāi)創(chuàng)物理化學(xué)課程建設(shè)新局面

彭昌軍，徐首紅，剛洪澤，殷天翔，胡軍，尚亞卓，劉洪來(lái)，黑恩成

華東理工大學(xué)化學(xué)系，上海 200237

1 引言

在工科化學(xué)課程體系中，物理化學(xué)處于樞紐地位，是相關(guān)專業(yè)知識(shí)體系的核心課程之一，也是引導(dǎo)學(xué)生由理解“已知”到探究“未知”轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵課程。初次學(xué)習(xí)該課程時(shí)，大多數(shù)學(xué)生往往就會(huì)因概念抽象、公式繁多而喪失學(xué)習(xí)的熱情和信心。圍繞這一現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)多所高校均開(kāi)展了課程教學(xué)改革，提出了能促進(jìn)自主學(xué)習(xí)習(xí)慣養(yǎng)成等的研究型教學(xué)法[1]和能提高問(wèn)題解決能力的問(wèn)題式教學(xué)法[2]，實(shí)踐了“線上-線下”混合式教學(xué)模式[3]，探索了理論課教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容的融合模式[4]。教學(xué)中，物理化學(xué)方法和發(fā)展史的教學(xué)得到重視[5]，物理化學(xué)在社會(huì)發(fā)展中的作用有所突出[6]。但如何培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力，促進(jìn)知識(shí)、能力與素質(zhì)三方面和諧發(fā)展，始終是課程建設(shè)要解決的核心問(wèn)題。多年來(lái)，我們堅(jiān)持以學(xué)生為中心，圍繞課程內(nèi)涵建設(shè)(見(jiàn)圖1)，與時(shí)俱進(jìn)開(kāi)展了物理化學(xué)課程改革與創(chuàng)新實(shí)踐，取得了新的認(rèn)識(shí)和積極成果。

圖1 課程內(nèi)涵建設(shè)

2 嚴(yán)要求打造一流教學(xué)團(tuán)隊(duì)

長(zhǎng)期以來(lái)，研究型大學(xué)重科研輕教學(xué)的傾向很大程度上影響了教學(xué)隊(duì)伍的穩(wěn)定和教師從事教學(xué)的積極性。為此，我們積極響應(yīng)胡英院士倡導(dǎo)的“教學(xué)科研一起抓，兩個(gè)拳頭同時(shí)出擊”，創(chuàng)建了教學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)展長(zhǎng)效機(jī)制，其核心是強(qiáng)化教研室建制，堅(jiān)持走教學(xué)與科研一體化團(tuán)隊(duì)建設(shè)之路，并秉持“四個(gè)堅(jiān)持”打造團(tuán)隊(duì)。

2.1 堅(jiān)持教學(xué)科研協(xié)調(diào)發(fā)展

骨干成員必須站在科研與教學(xué)高地，能同時(shí)承擔(dān)重要教學(xué)和科研項(xiàng)目，營(yíng)造以科研創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)教學(xué)創(chuàng)新的良好氛圍。2013年以來(lái)，新增各類國(guó)家級(jí)等科研項(xiàng)目30余項(xiàng)，新增教育教學(xué)研究項(xiàng)目10多項(xiàng)。在教學(xué)與科研一體化團(tuán)隊(duì)建設(shè)中，形成了拼搏進(jìn)取的團(tuán)隊(duì)作風(fēng)。

2.2 堅(jiān)持教授主講本科課程

教授必須發(fā)揮在本科教育中的示范作用。目前，包括“長(zhǎng)江學(xué)者”在內(nèi)的8名教授均站在課堂教學(xué)第一線，并領(lǐng)銜教育部首屆“黃大年式教師團(tuán)隊(duì)”。實(shí)踐證明，教授的人格魅力與學(xué)術(shù)影響力是增強(qiáng)學(xué)生求知欲的重要引擎。學(xué)生坦言：“劉洪來(lái)老師雖然身為長(zhǎng)江學(xué)者，但是沒(méi)有任何的架子，簡(jiǎn)直是熱力學(xué)的頂級(jí)專家?！?/p>

2.3 堅(jiān)持教學(xué)科研互動(dòng)研討

團(tuán)隊(duì)成員必須在研討中凝練可服務(wù)本科教學(xué)的互動(dòng)成果，持續(xù)保持教學(xué)活力。近些年，團(tuán)隊(duì)每年從科研項(xiàng)目中提煉教學(xué)素材近50項(xiàng)。這些互動(dòng)研討成果不但應(yīng)用于課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、畢業(yè)論文、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃等環(huán)節(jié)，也被恰當(dāng)融入到出版的教材與參考書(shū)中。

2.4 堅(jiān)持傳幫帶培養(yǎng)新教師

青年教師必須將科研創(chuàng)新熱情與活力延伸到本科教學(xué)中。我們充分利用國(guó)家和上海市教學(xué)名師的有利條件，開(kāi)展了“拜師結(jié)對(duì)”和“一幫一”活動(dòng)。同時(shí)依托學(xué)院教師培訓(xùn)基地，通過(guò)觀摩學(xué)習(xí)、教學(xué)競(jìng)賽、教學(xué)研討等措施提升青年教師的教學(xué)能力，為團(tuán)隊(duì)穩(wěn)定發(fā)展注入新活力。

保持建制的教研室先后榮獲“上海市勞動(dòng)模范集體”“上海市教育先鋒號(hào)”等榮譽(yù)，2008年被評(píng)為國(guó)家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)。物理化學(xué)課程先后入選國(guó)家級(jí)精品課程、網(wǎng)絡(luò)教育國(guó)家級(jí)精品課程、國(guó)家級(jí)雙語(yǔ)教學(xué)示范課程、國(guó)家級(jí)精品資源共享課和上海市優(yōu)質(zhì)在線課程。

3 高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)一流教學(xué)資源

3.1 教材資源

20世紀(jì)末，胡英院士積極推動(dòng)并主持全國(guó)性面向 21世紀(jì)的工科化學(xué)教學(xué)改革，首創(chuàng)了物理化學(xué)課程內(nèi)容“三個(gè)層次、兩個(gè)部分、三種方法”的邏輯框架。即：物理化學(xué)可分為宏觀層次、從微觀到宏觀層次和微觀層次(三個(gè)層次)；每個(gè)層次又可分為物質(zhì)特性和普遍規(guī)律(兩個(gè)部分)；物質(zhì)特性可通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法、半經(jīng)驗(yàn)方法和理論方法(三種方法)得到。作為改革的重要成果，胡英院士主編了國(guó)家“九五”重點(diǎn)教材《物理化學(xué)》第 4版[7]。該教材在“邏輯框架的構(gòu)筑、內(nèi)容的推陳出新以及突出實(shí)際應(yīng)用”等三個(gè)方面與國(guó)際接軌。隨后，胡英院士根據(jù)國(guó)內(nèi)外教育發(fā)展趨勢(shì)，先后編寫(xiě)了《物理化學(xué)》第5版[8]和第6版[9]。教材除保持大框架外，還新增小脈絡(luò)，以便學(xué)生歸納和總結(jié)。此外，團(tuán)隊(duì)成員的若干研究成果在教材中也有體現(xiàn)，如離子液體、量子糾纏態(tài)、雙子表面活性劑等。

以教材為龍頭，我們進(jìn)行了立體化教材建設(shè)?！段锢砘瘜W(xué)教學(xué)與學(xué)習(xí)指南》[10]可引領(lǐng)學(xué)生閱讀與理解，提高解決問(wèn)題的能力?？茖W(xué)版“名師導(dǎo)讀系列”《物理化學(xué)導(dǎo)讀》[11]、《物理化學(xué)釋疑》[12]、《物理化學(xué)——理解·釋疑·思考》[13]著重對(duì)基本概念和原理的發(fā)展、爭(zhēng)議進(jìn)行剖析與思考?！段锢砘瘜W(xué)參考》[14]可幫助和引領(lǐng)讀者理解和掌握物理化學(xué)的精髓，追蹤現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展。國(guó)內(nèi)首部英文版《物理化學(xué)》[15]教材替代了國(guó)外教材，對(duì)全英語(yǔ)課程建設(shè)具有重要意義。

3.2 信息資源

建有“國(guó)家級(jí)物理化學(xué)精品課程”和“國(guó)家級(jí)精品資源共享課”網(wǎng)站。2016年，我們開(kāi)始建設(shè)在線開(kāi)放課程。在課程設(shè)計(jì)中，“三個(gè)層次、兩個(gè)部分、三種方法”的邏輯框架進(jìn)一步得到夯實(shí)。視頻講解按“以問(wèn)開(kāi)篇，懸疑結(jié)尾”的原則較好理順了不同知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)系。為引導(dǎo)學(xué)生提升將碎片化信息融合成系統(tǒng)化知識(shí)的能力，設(shè)計(jì)了每章的“內(nèi)容導(dǎo)讀”，提供了教學(xué)課件以及“典型問(wèn)題”等資源。為評(píng)估成效，設(shè)置了1000多道進(jìn)階式章節(jié)測(cè)試題、12套單元綜合測(cè)試卷，并建成線上考試題庫(kù)。

4 多舉措激發(fā)課堂活力

4.1 貫徹“少而精、博而通”的教學(xué)思想

對(duì)于一門(mén)課程，希望學(xué)生學(xué)習(xí)之后能知道哪一類知識(shí)在知識(shí)框架中的哪個(gè)位置，以便今后深入考查和鉆研。同時(shí)希望通過(guò)典型章節(jié)的學(xué)習(xí)，體會(huì)字里行間蘊(yùn)藏著的科學(xué)內(nèi)涵與科學(xué)方法。鑒于這種思考，我們基于構(gòu)建的“三個(gè)層次、兩個(gè)部分、三種方法”的邏輯框架，率先實(shí)踐了“少而精、博而通”的教學(xué)思想。“少而精”是指突出重點(diǎn)、教深教透，使學(xué)生觸類旁通；“博而通”是指廣博的知識(shí)面，在解決問(wèn)題時(shí)思維活躍、能融會(huì)貫通。我們已將這一思想融入教學(xué)環(huán)節(jié)的各個(gè)方面，從而正確處理了教材內(nèi)容與教學(xué)內(nèi)容的關(guān)系，使教學(xué)保持“常教常新、常教常精”的狀態(tài)[16]。

4.2 創(chuàng)新知識(shí)導(dǎo)入模式

學(xué)科的進(jìn)步要么是為滿足社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大需求，要么是為解決科學(xué)瓶頸問(wèn)題，發(fā)展的成果也為解決實(shí)際問(wèn)題提供了方法和原理。順著這一脈搏，我們?cè)诮虒W(xué)設(shè)計(jì)中引入了不同風(fēng)格的課堂導(dǎo)入實(shí)例[17]。

一是對(duì)能引起學(xué)生興趣的科學(xué)家的逸聞趣事采取故事般的敘述。如講授“焦耳-湯姆遜效應(yīng)”之前，先讓學(xué)生回憶焦耳對(duì)科學(xué)的貢獻(xiàn)。然后問(wèn)，湯姆遜是誰(shuí)？為何開(kāi)爾文就是湯姆遜？開(kāi)爾文曾反對(duì)焦耳的熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)，那他又為何和焦耳一起合作呢？這種故事般的引入自然引起學(xué)生興趣。

二是對(duì)能啟發(fā)學(xué)生思考的科學(xué)問(wèn)題，通過(guò)了解其發(fā)展史，理順發(fā)展的邏輯關(guān)系，巧妙引出疑問(wèn)。如講授“熱力學(xué)第三定律”，首先引出問(wèn)題，物質(zhì)在指定溫度下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵如何獲得？0 K時(shí)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵等于零嗎？然后在問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)下，逐一講解定律發(fā)現(xiàn)過(guò)程中不同科學(xué)家的貢獻(xiàn)。

三是以“身邊人·身邊事”穿插于課堂。多年來(lái)，我校已形成若干優(yōu)勢(shì)學(xué)科，培養(yǎng)了一批卓越人才，這些都是引入課堂的生動(dòng)素材。我們將華理人、華理成就、成果中蘊(yùn)含的學(xué)科知識(shí)點(diǎn)擇機(jī)穿插于課堂，取得良好效果。這種“身邊人·身邊事”不僅能提升學(xué)生的專注度，還可有效提高對(duì)學(xué)科價(jià)值的認(rèn)知度。

四是講好中國(guó)故事。如學(xué)習(xí)“三相點(diǎn)”時(shí)，介紹物理化學(xué)宗師——黃子卿教授在水的三相點(diǎn)實(shí)驗(yàn)研究方面的杰出貢獻(xiàn)。學(xué)習(xí)狀態(tài)方程時(shí)，介紹著名化工專家侯虞鈞院士在馬丁-侯狀態(tài)方程中的突出貢獻(xiàn)。

4.3 實(shí)施“啟發(fā)式、探究式”教學(xué)方法

“啟發(fā)式、探究式”的核心是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新思維能力，保持在學(xué)習(xí)全過(guò)程中的主動(dòng)性[18]。我們充分利用教學(xué)科研一體化的團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)，從實(shí)踐中提煉出實(shí)施“啟發(fā)式、探究式”教學(xué)的保障措施：一是將教學(xué)成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，名師導(dǎo)讀三部曲正是這些教學(xué)資源的總結(jié)[11–13]；二是將科研成果設(shè)計(jì)成學(xué)而不忘的教學(xué)片斷，例如，通過(guò)解析863課題“二氧化碳的吸附法捕集技術(shù)”，了解介孔材料設(shè)計(jì)的知識(shí)，理解界面科學(xué)的理論；三是堅(jiān)持教研活動(dòng)不斷線，定期對(duì)課程重點(diǎn)難點(diǎn)進(jìn)行解析，各抒己見(jiàn)，從中獲取駕馭“啟發(fā)式、探究式”教學(xué)的能力。

課堂實(shí)施則按四步遞進(jìn)方案(見(jiàn)圖2)：① 以“少而精”為原則，精化課堂內(nèi)容，確?！皢l(fā)式、探究式”教學(xué)的空間；② 對(duì)一般性的內(nèi)容難點(diǎn)，采取“討論式”教學(xué)，為“啟發(fā)式、探究式”教學(xué)做好鋪墊；③ 將凝練的“啟發(fā)式、探究式”案例引進(jìn)課堂，互動(dòng)激發(fā)創(chuàng)新思維；④ 學(xué)生總結(jié)學(xué)習(xí)成果，引導(dǎo)步入“博而通”軌道。

圖2 “啟發(fā)式、探究式”教學(xué)四步遞進(jìn)方案

4.4 穩(wěn)步推進(jìn)混合式教學(xué)

依托在線課程，開(kāi)展了以學(xué)生為主的混合式教學(xué)模式探索。我們從“知識(shí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式、導(dǎo)學(xué)提示、問(wèn)題思考、線上議題、線下議題”等角度設(shè)計(jì)了詳細(xì)的學(xué)習(xí)方案，讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)任務(wù)與具體要求。

對(duì)于一般性內(nèi)容，要求學(xué)生完全自主學(xué)習(xí)。教師則通過(guò)平臺(tái)了解學(xué)習(xí)進(jìn)度，督助學(xué)生有序?qū)W習(xí)，及時(shí)回復(fù)線上提問(wèn)。學(xué)習(xí)效果由線上階段考核與線下課外作業(yè)進(jìn)行評(píng)估。

對(duì)于重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容，按“課前預(yù)習(xí)、課中互動(dòng)、課后鞏固”方式進(jìn)行。

“課前預(yù)習(xí)”要求學(xué)生依據(jù)“導(dǎo)學(xué)提示”初步了解所學(xué)知識(shí)“解決何問(wèn)？如何解決？有何啟發(fā)？”。教師則根據(jù)學(xué)生的反饋信息完善“課中互動(dòng)”環(huán)節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)及互動(dòng)專題。

“課中互動(dòng)”環(huán)節(jié)中，教師首先圍繞重點(diǎn)難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生在“三個(gè)層次、兩個(gè)部分、三種方法”的邏輯框架中找到內(nèi)容的落腳點(diǎn)。其次，以問(wèn)題為導(dǎo)向，鋪墊知識(shí)點(diǎn)的目的、應(yīng)解決的問(wèn)題。再次，通過(guò)設(shè)計(jì)的“知識(shí)點(diǎn)的邏輯框架圖”(一章一圖，統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)部分見(jiàn)圖3)，圍繞問(wèn)題層層推進(jìn)，幫助學(xué)生理順知識(shí)點(diǎn)的邏輯關(guān)系。最后，對(duì)照“知識(shí)點(diǎn)的邏輯框架圖”回頭看，檢查是否解決了問(wèn)題，是否引出新的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)研究型或應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求，量身定制了課堂討論專題，然后分組講解、討論與質(zhì)疑，在互動(dòng)中實(shí)現(xiàn)師生的同頻共振。

圖3 統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)“知識(shí)點(diǎn)邏輯框架圖”

“課后鞏固”環(huán)節(jié)除完成必要的梯進(jìn)式習(xí)題外，還穿插有“踮一踮才能摸得著”的考查內(nèi)容以強(qiáng)化學(xué)生對(duì)自然現(xiàn)象本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，如，商品“暖寶寶”的發(fā)熱原理。為體現(xiàn)知識(shí)的時(shí)代性，配有必要的探究思考題，如：巧克力的奧秘(相變化中的遲滯)，神奇的荷葉(微納結(jié)構(gòu)表面潤(rùn)濕性)等。

5 結(jié)語(yǔ)

我們的改革成果最終使學(xué)生受益。在歷年的學(xué)生評(píng)教中，團(tuán)隊(duì)教師平均分均在95分以上。團(tuán)隊(duì)成員每年指導(dǎo)近20名學(xué)生開(kāi)展大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練類項(xiàng)目，指導(dǎo)近40名學(xué)生開(kāi)展科訓(xùn)II活動(dòng)和畢業(yè)論文，每年均有本科生署名的論文發(fā)表。實(shí)施混合式教學(xué)的學(xué)生坦言：“慕課的線上視頻預(yù)習(xí)與老師的課堂講解極大提升了我理解知識(shí)的效率和質(zhì)量”。線下討論“甚至于要提前模擬一些問(wèn)題以應(yīng)對(duì)講演時(shí)其他同學(xué)的提問(wèn)”。在多輪次的課程改革與實(shí)踐中，團(tuán)隊(duì)至今已有8名教師獲寶鋼優(yōu)秀教師獎(jiǎng)(其中1人獲特等獎(jiǎng))，1人獲“國(guó)家教學(xué)名師”、2人獲“上海市教學(xué)名師”、1人評(píng)為“上海市教育功臣”等榮譽(yù)稱號(hào)。與時(shí)俱進(jìn)的改革成果獲國(guó)家級(jí)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)2項(xiàng)。連續(xù)五屆獲上海市教學(xué)成果獎(jiǎng)，其中特等獎(jiǎng)1項(xiàng)，一等獎(jiǎng)4項(xiàng)。

隨著我國(guó)“雙一流”“雙萬(wàn)計(jì)劃”等相繼啟動(dòng)建設(shè)，基于目標(biāo)導(dǎo)向和產(chǎn)出導(dǎo)向，從知識(shí)、能力和素質(zhì)三個(gè)方面更加明確了課程目標(biāo)以及目標(biāo)與支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系[19]。為誰(shuí)培養(yǎng)人、培養(yǎng)什么樣的人更加突出了課程思政的緊迫性[20,21]。我們將牢記使命，努力將課程打造成“金課”，為一流人才培養(yǎng)、一流本科建設(shè)添磚加瓦。