大學(xué)物理化學(xué)課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐＊

譚 芳 張道海 寶冬梅 李小紅

（貴州民族大學(xué)，貴州 貴陽(yáng) 550025）

一、物理化學(xué)課程在本科教育中的重要性及目前存在的問(wèn)題

人類(lèi)在對(duì)物質(zhì)系統(tǒng)的化學(xué)行為的原理和規(guī)律進(jìn)行總結(jié)概況形成了物理化學(xué)學(xué)科，該課程的重點(diǎn)在于使用物理學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)方法來(lái)研究化學(xué)變化過(guò)程中的熱、光、電、磁等的變化。物理化學(xué)課程是多個(gè)專(zhuān)業(yè)的必修或選修課程，對(duì)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)有助于讓本科生更深入地認(rèn)識(shí)自然世界中的現(xiàn)象規(guī)律，在當(dāng)今時(shí)代也是學(xué)習(xí)掌握現(xiàn)代前沿技術(shù)的理論支撐。然而，物理化學(xué)課程邏輯性強(qiáng)、概念抽象、定理公式繁多、推理過(guò)程復(fù)雜，使得這門(mén)課程在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中存在一些普遍問(wèn)題。一是現(xiàn)在純公式化和理論化的講授方式掩蓋了物理化學(xué)知識(shí)在日常生活和科學(xué)技術(shù)應(yīng)用中的體現(xiàn)，導(dǎo)致學(xué)生覺(jué)得書(shū)本內(nèi)容難以消化理解。二是目前大部分物理化學(xué)課程只采用教師在課堂上講課的授課方式和試卷測(cè)評(píng)的考核方式，授課形式和評(píng)價(jià)方式相對(duì)枯燥單一，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高。三是目前教師對(duì)于物理化學(xué)課程的授課內(nèi)容與各專(zhuān)業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)方案的結(jié)合性有待加強(qiáng)，各物理化學(xué)教材版本內(nèi)容和教師的授課內(nèi)容大同小異，學(xué)生缺乏對(duì)所學(xué)專(zhuān)業(yè)中物理化學(xué)知識(shí)的重要性和應(yīng)用前景的認(rèn)識(shí)[1]。

培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)人才是當(dāng)今時(shí)代對(duì)本科教育模式的要求，這一神圣職責(zé)與教師的授課成效息息相關(guān)。如何才能讓看著枯燥復(fù)雜的理論知識(shí)與實(shí)際生活中的前沿技術(shù)生動(dòng)結(jié)合，讓每一個(gè)定理公式都展現(xiàn)其存在的意義和價(jià)值？如何才能通過(guò)更豐富的教學(xué)形式提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，將重點(diǎn)從 “以教為主”向“以學(xué)為主”轉(zhuǎn)變？如何才能在不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)這門(mén)課程的理論知識(shí)的同時(shí)能夠結(jié)合自己所學(xué)的專(zhuān)業(yè)思考實(shí)際案例中的應(yīng)用，全面提高學(xué)生的科學(xué)思維能力和實(shí)踐能力？這些都是作為一名高校教師應(yīng)時(shí)刻思考、不斷探索的問(wèn)題。

二、更新教學(xué)理念、聯(lián)系生活與前沿技術(shù)

在教學(xué)過(guò)程中，教師必須改變重理論輕實(shí)踐的教學(xué)理念，將物理化學(xué)中的理論公式從“死記硬背”式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅貑l(fā)學(xué)生多思考，從發(fā)展和應(yīng)用的角度理解理論知識(shí)的來(lái)龍去脈。例如，在講授熱力學(xué)知識(shí)時(shí)，從歷史上曾有很多人想制造一種既不消耗燃料和動(dòng)力，本身也不減少能量的永動(dòng)機(jī)的故事引導(dǎo)。一直到十九世紀(jì)，焦耳和邁耶從大量研究中得出結(jié)論：能量可以從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式，但在轉(zhuǎn)變過(guò)程中能量的總值保持不變，這就是熱力學(xué)第一定律。從后面大量生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究中都證實(shí)了第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)只能以失敗告終。讓同學(xué)們意識(shí)到今天我們理所當(dāng)然作為常識(shí)的東西可能也是經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次探索總結(jié)出的規(guī)律，而在今天我們所未知的空白，還有待自己參與其中進(jìn)行摸索思考、實(shí)踐總結(jié)。

在熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)中對(duì)于化工專(zhuān)業(yè)的課程重點(diǎn)在于講授物理化學(xué)基本定律的同時(shí)，聯(lián)系與化工生產(chǎn)過(guò)程的相關(guān)性，在20世紀(jì)末人們?cè)噲D用石墨制造金剛石的實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次失敗，后來(lái)通過(guò)化學(xué)熱力學(xué)的計(jì)算得知，只有當(dāng)壓力超過(guò)大氣壓力15000倍時(shí)，石墨才有可能轉(zhuǎn)變成金剛石。對(duì)于藥學(xué)方向的學(xué)生，在講述化學(xué)熱力學(xué)三大定律時(shí)，突出化學(xué)熱力學(xué)在藥學(xué)中有大量應(yīng)用，如藥物在油水兩相間的分配對(duì)指導(dǎo)劑型設(shè)計(jì)有實(shí)際意義。近年來(lái)科學(xué)家使用微量量熱計(jì)測(cè)量細(xì)菌生長(zhǎng)、種子發(fā)芽等緩慢過(guò)程的微量熱效應(yīng)，繪制出其代謝過(guò)程中的熱譜圖，為提供動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育和新陳代謝等過(guò)程中有關(guān)生命現(xiàn)象提供重要信息，這都是熱力學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)中的指導(dǎo)意義。通過(guò)專(zhuān)業(yè)內(nèi)容作為實(shí)例，產(chǎn)生了很強(qiáng)的說(shuō)服力，使學(xué)生看到了專(zhuān)業(yè)中物理化學(xué)知識(shí)的重要性和應(yīng)用前景。教師有計(jì)劃、有方法地加入目前的研究熱點(diǎn)、高新技術(shù)，充分體現(xiàn)物理化學(xué)與其他學(xué)課的交叉、增加邊緣學(xué)課的內(nèi)容和關(guān)聯(lián)性[2]。

此外，物理化學(xué)是一門(mén)與日常生活緊密關(guān)聯(lián)的學(xué)科，生活中有趣的現(xiàn)象多處可以用物理化學(xué)原理解釋。如在講授稀溶液的依數(shù)性這部分內(nèi)容時(shí)，夏天或運(yùn)動(dòng)大量出汗之后為什么要喝稀鹽水而不能和白開(kāi)水？因?yàn)榧?xì)胞膜是天然的半透膜，可以選擇性透過(guò)分子或離子，人類(lèi)需要維持正常的滲透壓水平。如果喝白開(kāi)水，水會(huì)往細(xì)胞中滲透使得細(xì)胞脹大甚至破裂；如果喝濃鹽水會(huì)使細(xì)胞中的水進(jìn)一步往外滲透而萎縮。根據(jù)每節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，精心設(shè)計(jì)合適的導(dǎo)入，讓學(xué)生帶著問(wèn)題從課堂思考答案。只有鮮活的理論知識(shí)才能在學(xué)生的思維土壤中孕育扎根，結(jié)出實(shí)踐能力和智慧輸出的果實(shí)。通過(guò)該教學(xué)體系，明顯提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和代入感，全面提高了學(xué)生對(duì)課本物理化學(xué)理論知識(shí)的接受能力和實(shí)踐綜合應(yīng)用能力。

三、調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)性，豐富教學(xué)模式和評(píng)價(jià)方式

自2015年國(guó)家頒布《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見(jiàn)》以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用普及，掀起了全國(guó)高校對(duì)改革傳統(tǒng)教育模式的熱潮。將多媒體課件、多媒體教學(xué)相關(guān)設(shè)備、視頻音頻形式等引入課堂是增大有限課堂時(shí)間內(nèi)的教學(xué)信息量、增加傳統(tǒng)單一課堂的趣味性的有效方式。尤其是近年來(lái)慕課、網(wǎng)易云課堂、QQ課堂等網(wǎng)上課堂資源，極大地豐富了教學(xué)模式。通過(guò)理論和應(yīng)用“兩個(gè)方面”，準(zhǔn)備、實(shí)施、反饋這“三個(gè)維度”，設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、實(shí)施、評(píng)價(jià)這“四個(gè)環(huán)節(jié)”實(shí)施的混合式教學(xué)改革已經(jīng)日漸成熟和形成體系。以天津大學(xué)為例，通過(guò)打造課內(nèi)、課外、校內(nèi)、校外以及網(wǎng)絡(luò)，“五位一體”的創(chuàng)新教學(xué)模式，打破傳統(tǒng)教師在課堂教學(xué)的界限，將慕課等在線課程作為學(xué)分認(rèn)定的機(jī)制，對(duì)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)成效的改進(jìn)具有顯著成果[2]。

我們根據(jù)物理化學(xué)課程教學(xué)要求，利用“慕課”平臺(tái)及騰訊QQ平臺(tái)的功能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)以學(xué)生為課堂中心，以學(xué)習(xí)成效為目標(biāo)，老師以多啟發(fā)多引導(dǎo)為理念，將傳統(tǒng)課堂與網(wǎng)絡(luò)多媒體化學(xué)習(xí)進(jìn)行互補(bǔ)融合。首先通過(guò)“慕課”平臺(tái)選取適合于本校學(xué)生的物理化學(xué)精品課程資源，教師申請(qǐng)開(kāi)通后臺(tái)管理權(quán)限，完成物理化學(xué)SPOC課程的建設(shè)。通過(guò)平臺(tái)上的視屏、課件、單元測(cè)試、作業(yè)、考試等環(huán)節(jié)，此外，將知識(shí)點(diǎn)視頻化、音頻化、明顯地增加了學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣和課堂專(zhuān)注度。同時(shí)，教師通過(guò)發(fā)布討論話題，學(xué)生可以分享視屏學(xué)習(xí)截屏的方式與教師互動(dòng)，進(jìn)一步加強(qiáng)課程中的重點(diǎn)難點(diǎn)和深化學(xué)生對(duì)內(nèi)容的理解掌握。

此外，多次開(kāi)展課堂討論和小組匯報(bào)等形式作為評(píng)價(jià)方式，鼓勵(lì)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源搜索學(xué)習(xí)。在講授相平衡的內(nèi)容時(shí)開(kāi)展小組匯報(bào)相平衡在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用。有同學(xué)以二氧化碳的相圖為例，因?yàn)槎趸寂R界點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度、壓力條件為304.2K，7.38 MPa，由于這個(gè)條件在工業(yè)上相對(duì)比較容易達(dá)到，在超臨界流體萃取中應(yīng)用廣泛，從海洋魚(yú)類(lèi)的魚(yú)油和海豹油中提取20個(gè)碳的五烯酸和22個(gè)碳的六烯酸（DHA）用于治療心血管，并展示了該技術(shù)的相關(guān)視頻和圖片。將重點(diǎn)從“教師教了什么”轉(zhuǎn)移至“學(xué)生學(xué)到了什么”?？荚嚪?jǐn)?shù)并不能全部代表學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，以課堂討論、知識(shí)點(diǎn)視屏分享、小組調(diào)查報(bào)告等多種評(píng)價(jià)形式并用對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和學(xué)習(xí)成效具有促進(jìn)作用。

四、因材、因人施教，結(jié)合專(zhuān)業(yè)特殊性

物理化學(xué)課程是化學(xué)、化工、生物、材料等多個(gè)理工科專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。從不同專(zhuān)業(yè)教材的使用和授課情況來(lái)看，教師針對(duì)物理化學(xué)在不同專(zhuān)業(yè)中應(yīng)用差異性的授課內(nèi)容區(qū)別并不明顯。目前所使用的物理化學(xué)教材主要包括化學(xué)專(zhuān)業(yè)普遍采用的傅獻(xiàn)彩等編著的第五版、藥學(xué)專(zhuān)業(yè)使用的李三鳴等編著的第七版、生物工程方向印永嘉等編著的第四版，教材內(nèi)容總體相差不大。然而，不同等級(jí)本科和不同層次學(xué)生對(duì)知識(shí)的深度和廣度接受能力存在差異，不同專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)方案、學(xué)時(shí)設(shè)置、知識(shí)側(cè)重點(diǎn)都不相同。因此，教師應(yīng)充分分析所授課班級(jí)的特點(diǎn)，與所授課班級(jí)的其他老師進(jìn)行教學(xué)交流和學(xué)習(xí)研討。

本校化學(xué)工程學(xué)院有應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)班級(jí)、化工專(zhuān)業(yè)專(zhuān)升本班級(jí)、過(guò)程裝備與控制專(zhuān)業(yè)班級(jí)。對(duì)于應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)的開(kāi)課時(shí)間為大二上學(xué)期和下學(xué)期，共128學(xué)時(shí)，該專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)方案中對(duì)物理化學(xué)知識(shí)的要求相對(duì)較高，該專(zhuān)業(yè)準(zhǔn)備考研的學(xué)生中部分會(huì)將物理化學(xué)作為專(zhuān)業(yè)考試科目。因此，在授課過(guò)程中對(duì)重要的公式會(huì)進(jìn)行詳細(xì)推理，對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)會(huì)在深度和廣度上有所延伸，考試的內(nèi)容難度系數(shù)相對(duì)較大。對(duì)于過(guò)程裝備與控制專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，該課程的課時(shí)為64，由于授課時(shí)間有限，授課內(nèi)容的深度和廣度都較應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)的授課內(nèi)容有所下降，側(cè)重點(diǎn)在于基本定律公式的掌握，對(duì)于電化學(xué)和膠體分散系統(tǒng)等部分內(nèi)容僅做簡(jiǎn)單介紹，考試難度系數(shù)一般。而對(duì)于化工專(zhuān)業(yè)專(zhuān)升本班級(jí)的學(xué)生，該課程著重從知識(shí)點(diǎn)簡(jiǎn)化，放慢講解速度，只推到簡(jiǎn)單易懂的公式，測(cè)試內(nèi)容難度系數(shù)較低。

結(jié)語(yǔ)

提高本科教學(xué)質(zhì)量是創(chuàng)建一流本科教學(xué)的基礎(chǔ)，人才培養(yǎng)質(zhì)量是高等教育的核心任務(wù)。在二十一世紀(jì)背景下培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代需求的人才，需要緊密結(jié)合時(shí)代背景和科學(xué)技術(shù)發(fā)展。只有適應(yīng)當(dāng)代學(xué)生需求的創(chuàng)新的教育模式，才能培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)高、實(shí)踐引用能力強(qiáng)、服務(wù)第一線的高等技術(shù)應(yīng)用型人才。通過(guò)以上對(duì)于物理化學(xué)教學(xué)的思考，更新教學(xué)理念、豐富教學(xué)模式、應(yīng)用化教學(xué)內(nèi)容，培育能夠判斷和解決實(shí)際工程問(wèn)題、具有跨學(xué)科合作等能力的新時(shí)代人才。