《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)改革與課程建設(shè)初探

李 猛 蒙麗麗

（南寧師范大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院 廣西·南寧 530001）

基礎(chǔ)教育是國家富強(qiáng)、民族振興的基石，是培養(yǎng)創(chuàng)新型科技人才的基礎(chǔ)。一個創(chuàng)新能力缺乏的民族難以屹立于世界強(qiáng)國之列[1]。培養(yǎng)一批基礎(chǔ)理論扎實(shí)、專業(yè)技能過硬和動手能力強(qiáng)的學(xué)生，是師范類院校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的核心任務(wù)。鑒于此，學(xué)院自1979年招收第一屆本科生開始，即將《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程設(shè)置為一門主干專業(yè)基礎(chǔ)課程。作為一門以基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)為主的課程，《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》能夠幫助學(xué)生鞏固和加深物理化學(xué)理論和方法，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作和創(chuàng)新能力。助力創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，形成理論與實(shí)踐并舉的教學(xué)模式，全面提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和綜合素質(zhì)。

自1550年，德國物理學(xué)家威廉米利用旋光儀研究了蔗糖的水解轉(zhuǎn)化反應(yīng)速度，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展至今已經(jīng)歷了近500年的歷史。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容理論性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛，與實(shí)踐教學(xué)、工農(nóng)業(yè)及人們的日常生活均密不可分。因此，該課程針對所有化學(xué)師范和非師范專業(yè)（高分子材料與工程專業(yè)和應(yīng)用化學(xué)專業(yè)）學(xué)生開設(shè)，以期通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和研究方法，具備利用物理化學(xué)的基礎(chǔ)理論對現(xiàn)實(shí)生活和科學(xué)研究中的物理化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)解釋的能力。鑒于化學(xué)師范專業(yè)和非師范專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的差異，本文根據(jù)過往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，擬從以下三個方面探討教學(xué)改革和課程建設(shè)的具體措施。

1 優(yōu)化課程內(nèi)容

1.1 科學(xué)剪裁教學(xué)內(nèi)容

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程包括化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)、電化學(xué)、表面與膠體化學(xué)和結(jié)構(gòu)化學(xué)五方面內(nèi)容。與理工科類院校不同，我校高分子材料與工程專業(yè)和應(yīng)用化學(xué)專業(yè)為工科類，化學(xué)專業(yè)為師范類。課程內(nèi)容方面，本校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的先修基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程包括無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)和分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)等。本課程結(jié)束后，學(xué)生將面臨進(jìn)入實(shí)習(xí)崗位，因此在課程內(nèi)容設(shè)計上，除了動手能力的培養(yǎng)，師范類專業(yè)應(yīng)側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的教育觀和對中學(xué)化學(xué)教育工作的認(rèn)同感，實(shí)驗(yàn)報告中的總結(jié)與反思可將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與中學(xué)教學(xué)相關(guān)聯(lián)。非師范類專業(yè)應(yīng)側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力，實(shí)驗(yàn)報告中的總結(jié)與反思應(yīng)側(cè)重實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如何應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

在課程教學(xué)內(nèi)容制定上，化學(xué)專業(yè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置應(yīng)充分考慮中學(xué)教學(xué)內(nèi)容，而非師范類專業(yè)學(xué)生并未開設(shè)《結(jié)構(gòu)化學(xué)》課程，因此在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上應(yīng)避免開設(shè)偶極矩的測定、磁化率的測定和Cr(Ⅲ)配合物八面體晶體場分裂能的測定等結(jié)構(gòu)化學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

教材選擇方面，由于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)壳斑€沒有針對師范類院校學(xué)生的教材，因此選擇參考教材時應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況對教材內(nèi)容做適當(dāng)修改，如電極制備及電池電動勢的測定，教材中全面講解了如何完整制備鋅電極和銅電極，如鋅電極的制備需在飽和 Hg2(NO3)2溶液中浸泡。但 Hg2(NO3)2是一種有劇毒的無機(jī)物，學(xué)生操作不當(dāng)，容易造成實(shí)驗(yàn)安全問題。因此，實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作可以略去該步驟，簡化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

1.2 引入課程思政元素

本校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目標(biāo)包括知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和情感目標(biāo)三個方面，旨在培養(yǎng)出學(xué)科素養(yǎng)高、溝通合作能力強(qiáng)和專業(yè)認(rèn)同感深厚的創(chuàng)新型人才。然而，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，時常出現(xiàn)學(xué)生不重視實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)原理和操作內(nèi)容缺乏條理，實(shí)驗(yàn)報告完全按照講義或教材原版復(fù)制，實(shí)驗(yàn)操作不熟悉和小組成員并非人人參與等情況，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)報告內(nèi)容重復(fù)性很高，組內(nèi)一人出錯，小組全錯。歸其原因是沒有有效將課程思政元素引入課堂，只有做好立德樹人，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和教師觀，才能培養(yǎng)出具有較強(qiáng)主觀能動性的創(chuàng)新性人才[2][3]。學(xué)生只有明確認(rèn)識到自己的社會責(zé)任和歷史使命，在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、操作和報告撰寫過程中才會潛移默化的開始獨(dú)立思考。通過將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與思想政治教育有機(jī)契合，可以在無形中規(guī)范學(xué)生的行為[4]。

1.3 科研成果融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)

以研促教，以教帶研。從“教研興?！碧岢鲆詠?，將科研成果融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中已成為高?？沙掷m(xù)發(fā)展的不竭動力，也是國家基礎(chǔ)教育發(fā)展壯大的基石。隨著前沿科學(xué)的不斷發(fā)展，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容也應(yīng)與時俱進(jìn)，不斷更新，在經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，引入與前沿理論緊密結(jié)合的實(shí)驗(yàn)，才能更好的促進(jìn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，幫助學(xué)生形成創(chuàng)新型思維模式。因此，教師應(yīng)積極結(jié)合自身科研方向和各化學(xué)專業(yè)本科生培養(yǎng)方案，設(shè)計適合用于本科生教學(xué)的基礎(chǔ)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)。讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中了解物理化學(xué)科研方向，形成基本的科研思路，養(yǎng)成良好的科學(xué)素養(yǎng)，熟悉物理化學(xué)前沿理論在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。

在引入前沿成果到實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)充分考慮師范和非師范專業(yè)培養(yǎng)方案的差異性。對于師范類專業(yè)學(xué)生，應(yīng)強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論與前沿知識的關(guān)聯(lián)性，引導(dǎo)學(xué)生如何在教學(xué)中有效介紹前沿知識。對于非師范類專業(yè)學(xué)生，應(yīng)注重前沿理論的應(yīng)用，教師可根據(jù)與自身科研方向相關(guān)的互聯(lián)網(wǎng)加項目，介紹該前沿理論的應(yīng)用。只有將教學(xué)和科研緊密結(jié)合，前沿成果與實(shí)踐相結(jié)合，才能促進(jìn)教學(xué)的良好發(fā)展，才能促進(jìn)學(xué)生對新觀點(diǎn)、新方法的思考和探索，將有助于學(xué)生更快熟悉學(xué)科前沿研究，對學(xué)科方向有更深的了解。

2 改革教學(xué)方法

2.1 合理選擇教學(xué)方法

本課程作為師范類院?；瘜W(xué)相關(guān)專業(yè)的一門核心專業(yè)必修課，可提高學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)和溝通合作能力，促進(jìn)學(xué)生樹立正確的科學(xué)精神和社會責(zé)任意識，幫助學(xué)生為今后從事教學(xué)、科研和生產(chǎn)打下理論基礎(chǔ)。因此在注重基礎(chǔ)機(jī)理和規(guī)律的同時，不能忽略對學(xué)生能力的培養(yǎng)，應(yīng)充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

針對師范類學(xué)生，應(yīng)注重教育教學(xué)能力培養(yǎng)，教學(xué)方法可靈活選擇啟發(fā)式教學(xué)和互動討論式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，查閱相關(guān)課程內(nèi)容的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。在課堂上設(shè)置分組討論環(huán)節(jié)，以學(xué)生為主體，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。在課后可設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在中學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用問題，促使學(xué)生主動思考，將所學(xué)應(yīng)用到中學(xué)教學(xué)中。對于非師范類學(xué)生，應(yīng)注重應(yīng)用技能的培養(yǎng)，多采用案例教學(xué)法，引入實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)用的最新進(jìn)展，將知識點(diǎn)與前沿應(yīng)用相結(jié)合。設(shè)置課后實(shí)驗(yàn)在行業(yè)相關(guān)應(yīng)用的開放性思考題，讓學(xué)生了解本專業(yè)在化學(xué)相關(guān)行業(yè)中的應(yīng)用。這就要求教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程應(yīng)以多媒體教學(xué)為主，充分收集素材，適當(dāng)引入教學(xué)視頻，提高課堂的生動性，激發(fā)學(xué)生興趣[5]。

2.2 引入線上線下混合式教學(xué)模式

實(shí)驗(yàn)類課程的特殊性決定其通常以小組形式開展，傳統(tǒng)的講授和演示教學(xué)模式雖能讓學(xué)生現(xiàn)場學(xué)習(xí)，但大部分學(xué)生忙于記筆記和模仿操作內(nèi)容，缺乏對實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作的思考，實(shí)驗(yàn)過程中也常出現(xiàn)一些細(xì)節(jié)上的錯誤，最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確[6]。同時，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理大多較為煩瑣，需借助origin等專業(yè)軟件完成。因此，我們引入了線上線下混合式教學(xué)模式，利用MOOC和虛擬仿真搭建線上資源，將實(shí)驗(yàn)原理、儀器介紹、實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)處理等制作成每段10分鐘以內(nèi)的視頻資源，同步上傳課件和擴(kuò)展學(xué)習(xí)資源，增加課前預(yù)習(xí)題和討論題。將教師為中心的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的教學(xué)模式，教師通過后臺學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、學(xué)生互動題參與度和預(yù)習(xí)題回答情況了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況?；旌鲜浇虒W(xué)的引入，能夠有效提高課堂效率，教師只需在課堂點(diǎn)評學(xué)生預(yù)習(xí)情況，隨機(jī)提問，并講解和演示實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)，為課堂學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作留出更多時間，大大提高了實(shí)驗(yàn)課的效率。

3 完善考核評價機(jī)制

課程考核是檢驗(yàn)任課教師教學(xué)效果和學(xué)生對課程掌握程度的重要手段，有針對性的課程評價體系，能夠促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課作為實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，應(yīng)注重將課程目標(biāo)達(dá)成度的評價結(jié)果與實(shí)際教學(xué)相結(jié)合[7]，注重過程性評價考核，可設(shè)置其占總成績60%，終結(jié)性評價占40%。為了激發(fā)學(xué)生的主觀能動性和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與能力，過程性評價應(yīng)該涵蓋自主學(xué)習(xí)評價、效果檢測評價和總結(jié)提升評價三部分。

自主學(xué)習(xí)評價（占總成績10%），包括在MOOC和虛擬仿真平臺學(xué)習(xí)情況（5%），線上答題（5%）。在線平臺的存在，學(xué)生可利用碎片化時間進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，課中回顧和課后復(fù)習(xí)，教師通過平臺數(shù)據(jù)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)動態(tài)，更好把握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。效果檢測評價（45%），包括課堂預(yù)習(xí)檢查（5%）、實(shí)驗(yàn)操作（10%）和實(shí)驗(yàn)報告撰寫（30%），對于實(shí)驗(yàn)報告中的總結(jié)和反思，不應(yīng)局限于實(shí)驗(yàn)本身的誤差，可引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)觀、教師觀和職業(yè)觀角度進(jìn)行思考。總結(jié)提升評價（5%），主要為線上拓展類問題的討論，教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)置開放性思考題，學(xué)生在線回答，引發(fā)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的思考與探究。

終結(jié)性評價應(yīng)涵蓋實(shí)驗(yàn)操作和理論考核，對于學(xué)時為一學(xué)年的專業(yè)，可分學(xué)期分別考核，每學(xué)期實(shí)驗(yàn)操作或理論考核占總成績40%。對于高分子材料與工程專業(yè)僅第一學(xué)期學(xué)習(xí)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，只需重點(diǎn)考察實(shí)驗(yàn)操作能力。對于實(shí)驗(yàn)操作類考核，應(yīng)選擇操作性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，如電極制備及電池電動勢的測定和強(qiáng)電解質(zhì)極限摩爾電導(dǎo)率的測定等實(shí)驗(yàn)。同時，需兼顧學(xué)生物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)進(jìn)度進(jìn)行合理安排，考慮物理化學(xué)理論課進(jìn)度，故實(shí)驗(yàn)操作需在第一學(xué)期考核。而對于理論性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，如溶解焓的測定、凝固點(diǎn)降低法測相對分子質(zhì)量和循環(huán)伏安方法測定鐵氰化鉀的極化曲線等實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程大部分在電腦端完成，操作相對簡單，更適合理論考核。

通過累加式考核，學(xué)生可把更多的精力放在平時的積累，使學(xué)生實(shí)現(xiàn)從被動式突擊學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃邮教剿鲗W(xué)習(xí)，有利于培養(yǎng)理論基礎(chǔ)與前沿應(yīng)用并重的創(chuàng)新型人才，有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。

4 結(jié)語

對物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核評價機(jī)制的探究，是為了更有效地對師范生和非師范生進(jìn)行分類培養(yǎng)，做好因材施教，提高教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生專業(yè)水平。在加強(qiáng)課程改革與建設(shè)的同時，更應(yīng)加強(qiáng)教師能力培養(yǎng)，通過提升實(shí)驗(yàn)教師的思想和理論水平，才能更好的將專業(yè)知識與德育有機(jī)融合進(jìn)教學(xué)中。