新形勢(shì)下物理化學(xué)教學(xué)的實(shí)踐與探索

＊高峰 王夢(mèng)凡

（云南大學(xué)自然資源藥物化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 云南 650091）

物理化學(xué)不僅是整個(gè)化學(xué)學(xué)科的理論基礎(chǔ)，還在諸如化學(xué)工程、制藥工程、生物工程、材料工程、冶金工程、食品工程等許多工科專業(yè)的基礎(chǔ)課和專業(yè)理論課學(xué)習(xí)過(guò)程中扮演了承上啟下的重要角色。然而，因其本身具備概念抽象、推導(dǎo)過(guò)程復(fù)雜、公式繁多、學(xué)科交叉內(nèi)容多、邏輯性強(qiáng)且實(shí)驗(yàn)條件苛刻等特點(diǎn)，物理化學(xué)這門學(xué)科的教學(xué)也面臨著不容樂(lè)觀的改革和挑戰(zhàn)[1]。

傳統(tǒng)的物理化學(xué)教學(xué)注重公式推導(dǎo)，主要教學(xué)方式為教師手寫板書。在這樣的教學(xué)方式中，教師和學(xué)生的大部分精力集中在寫和抄，嚴(yán)重影響教學(xué)效率、較難激起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。而目前廣泛應(yīng)用多媒體教學(xué)，尤其是網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)的教學(xué)模式，雖然避免了大量的抄寫工作，同時(shí)也帶來(lái)了教學(xué)內(nèi)容進(jìn)度變快、學(xué)生注意力不容易集中等影響學(xué)習(xí)效果的問(wèn)題。因此，我們要通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，對(duì)原有的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式進(jìn)行不斷的改革和創(chuàng)新，才能保證學(xué)生可以有效學(xué)習(xí)到物理化學(xué)的核心內(nèi)容，同時(shí)提高該課程的教學(xué)質(zhì)量。

在本文中，我們通過(guò)近年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐和探索，分別從課程自身的改革、“課程思政”的融入及網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)三個(gè)方面對(duì)物理化學(xué)課程的教學(xué)改革進(jìn)行探討，同時(shí)對(duì)物理化學(xué)之外的其他理科、工科基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程也能提供一定的借鑒和參考。

1.物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容和模式的實(shí)踐與探索

(1)理工科課程體系及物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容

與化學(xué)相關(guān)的理科和工科專業(yè)的本科課程一般可以分為基礎(chǔ)課、專業(yè)課和實(shí)踐課三大類?；A(chǔ)課和專業(yè)課分別注重培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識(shí)和專業(yè)理論知識(shí)。而實(shí)踐課主要分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)四大模塊，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能。物理化學(xué)不僅與有機(jī)化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)并列稱為“四大化學(xué)”，而且在本專業(yè)的教學(xué)過(guò)程中，還扮演了銜接基礎(chǔ)課和專業(yè)課的重要樞紐的角色。同時(shí)，物理化學(xué)還對(duì)有機(jī)化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)三大化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行綜合，采用了物理和數(shù)學(xué)的方法來(lái)解決相關(guān)問(wèn)題。所以，物理化學(xué)相對(duì)于其它化學(xué)專業(yè)課程來(lái)說(shuō)，知識(shí)點(diǎn)會(huì)更加抽象和復(fù)雜，這也使得該課程的學(xué)習(xí)難度在無(wú)形中被增加。

目前，各高校物理化學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容基本都是以理論講解為主，以實(shí)驗(yàn)操作為輔。理論知識(shí)的教學(xué)模式以講PPT的授課方式為主，同時(shí)輔助講解一些具有代表性的計(jì)算題和思考題。然后通過(guò)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課程，在一定程度上提升學(xué)生對(duì)該課程的參與程度。但由于物理化學(xué)是一門以理論為主的課程，而物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)部分也融合了大量數(shù)據(jù)收集和計(jì)算的工作，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，最終導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和教師的教學(xué)質(zhì)量都不夠理想。因此，該課程的教學(xué)內(nèi)容和模式亟需優(yōu)化。

(2)物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容和模式改革的基本設(shè)想

“物理化學(xué)”作為一門基礎(chǔ)且極為重要的課程，以高等數(shù)學(xué)作為基礎(chǔ)，對(duì)物理與化學(xué)兩個(gè)學(xué)科內(nèi)容進(jìn)行了綜合和整理，對(duì)學(xué)生的邏輯思維能力要求較高。物理化學(xué)教學(xué)始終是化學(xué)相關(guān)專業(yè)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，許多高校教師都在對(duì)該課程的教學(xué)模式和內(nèi)容進(jìn)行不斷改革和創(chuàng)新。以下將結(jié)合我們近年來(lái)的教學(xué)工作實(shí)踐，總結(jié)出若干對(duì)該課程的理論部分和實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式進(jìn)行改革的設(shè)想。

①理論部分

在教學(xué)內(nèi)容上，將各個(gè)不同工程專業(yè)的自身特點(diǎn)與物理化學(xué)的理論知識(shí)相結(jié)合，如對(duì)于制藥工程、生物醫(yī)學(xué)工程等專業(yè)的學(xué)生，可以借助生理鹽水是為人體血液特別配制的等滲溶液來(lái)講解滲透液原理的知識(shí)點(diǎn)、從簡(jiǎn)單的低共熔體系相圖分析藥物劑型改良的可能性以及觀察具體藥物的藥效藥期來(lái)掌握動(dòng)力學(xué)的相關(guān)知識(shí)等[2-3]。將實(shí)例與理論相結(jié)合，借助制藥、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的實(shí)例幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握物理化學(xué)課程中難以理解的知識(shí)點(diǎn)，帶動(dòng)學(xué)生對(duì)物理化學(xué)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣，最終達(dá)到提升教學(xué)質(zhì)量的目的。

在教學(xué)模式上，將學(xué)生學(xué)習(xí)方式由“被動(dòng)式”轉(zhuǎn)為“主動(dòng)式”。當(dāng)前高校物理化學(xué)課程普遍采用以“PPT+板書”為主的教學(xué)方式，最后借助閉卷考試的考核形式對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行了解和統(tǒng)計(jì)分析。這種較為傳統(tǒng)的教學(xué)模式使得越來(lái)越多的學(xué)生“被動(dòng)式學(xué)習(xí)”和“應(yīng)付性考試”，無(wú)法真正掌握物理化學(xué)這一學(xué)科的重點(diǎn)知識(shí)，教學(xué)效果也隨之越來(lái)越差。因此，通過(guò)將學(xué)生的學(xué)習(xí)方式由“被動(dòng)式”轉(zhuǎn)為“主動(dòng)式”（如采取“線上+線下”的授課模式、結(jié)合日常生活中的物理化學(xué)現(xiàn)象講解理論知識(shí)等方法）以及轉(zhuǎn)變學(xué)生的“應(yīng)付性”心態(tài)（如采取提高小型考核頻率、增加課后練習(xí)、寫作與學(xué)生自身專業(yè)相關(guān)的課程論文等方法來(lái)激勵(lì)更多學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)），才可以有效幫助學(xué)生更深刻的認(rèn)識(shí)和感受到物理化學(xué)課程的內(nèi)在魅力，同時(shí)體會(huì)到學(xué)好該課程對(duì)其自身專業(yè)學(xué)習(xí)的益處，進(jìn)而使更多的學(xué)生改變“厭學(xué)”心態(tài)。

在多組分體系固液平衡的相平衡教學(xué)中，我們結(jié)合一根冰棍的制作和品嘗，生動(dòng)地向?qū)W生講解了多組分溶液相變過(guò)程中，溶質(zhì)、溶劑、固溶體等先后凝固和融化的具體過(guò)程及相關(guān)知識(shí)。學(xué)生不僅意識(shí)到了相平衡的過(guò)程在日常生活中隨處可見(jiàn)，同時(shí)也對(duì)多組分體系固液平衡的相平衡知識(shí)留下了更加深刻的印象和透徹的理解。

②實(shí)驗(yàn)部分

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)?；瘜W(xué)理論來(lái)源于對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的總結(jié)，實(shí)驗(yàn)課的鍛煉對(duì)學(xué)生理論課程的學(xué)習(xí)起到了至關(guān)重要的作用。物理化學(xué)的實(shí)驗(yàn)不僅可以有效提高學(xué)生對(duì)該課程理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和理解效果，還可以培養(yǎng)本專業(yè)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方法及操作技能的熟悉程度，有效提升學(xué)生的科研創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)，從而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。因此，伴隨著理論課的內(nèi)容與教學(xué)模式的改革，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的改革同樣刻不容緩。

在對(duì)工科專業(yè)本科生的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革時(shí)，應(yīng)該更側(cè)重于化工、制藥、材料、冶金、食品等具體專業(yè)領(lǐng)域的需求，通過(guò)提升實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的針對(duì)性，使教學(xué)內(nèi)容對(duì)各專業(yè)的適用性得到提高。如對(duì)制藥工程專業(yè)，設(shè)計(jì)“硫酸鏈霉素（一種氨基糖苷類抗生素藥品）的水解速率常數(shù)測(cè)定”實(shí)驗(yàn)使學(xué)生將藥物穩(wěn)定性與物理化學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)；設(shè)計(jì)“測(cè)定多種藥物的燃燒熱”的實(shí)驗(yàn)使學(xué)生既掌握了燃燒熱的物理化學(xué)概念，同時(shí)又將燃燒熱測(cè)定與藥物純度分析聯(lián)系起來(lái)[4]。類似這樣對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行創(chuàng)新，可以幫助該專業(yè)的學(xué)生將各學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和提高教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)，還能幫助學(xué)生對(duì)本專業(yè)有更加深刻的理解和認(rèn)識(shí)。

在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，教師將實(shí)驗(yàn)流程（如實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c原理、儀器使用、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理及注意事項(xiàng)等）以“灌輸”的方式進(jìn)行教學(xué)，對(duì)實(shí)驗(yàn)完成的評(píng)價(jià)都依靠提前設(shè)定好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這使得學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解仍然停留在理論層面，無(wú)法主動(dòng)將理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果分析過(guò)程中，科研創(chuàng)新能力更是不能得到提升。因此，通過(guò)在預(yù)習(xí)中加入思考和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)并進(jìn)行課上討論、將實(shí)驗(yàn)原理交給學(xué)習(xí)自主查閱文獻(xiàn)并進(jìn)行課上介紹等方式，使學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度由被動(dòng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)，以達(dá)到提高實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)質(zhì)量的目標(biāo)是有效可行的。

2.網(wǎng)絡(luò)在線授課過(guò)程中的實(shí)踐與探索

由于公共衛(wèi)生環(huán)境的特殊變化，網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)成為了絕大多數(shù)教師主動(dòng)或被動(dòng)的選擇，這對(duì)傾向于公式推導(dǎo)過(guò)程的物理化學(xué)教學(xué)的傳統(tǒng)方式具有不小的挑戰(zhàn)。同時(shí)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)課具有重要地位的理工科課程來(lái)說(shuō)，完全的網(wǎng)絡(luò)在線授課存在著降低教學(xué)質(zhì)量的潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，如何在理工科專業(yè)課程中避免網(wǎng)絡(luò)授課的缺陷，盡量發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)授課的長(zhǎng)處，在保證教學(xué)質(zhì)量不下降的同時(shí)，還能挖掘出新的授課和學(xué)習(xí)方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，成為了各高校教師們當(dāng)前面臨的一大難題。基于此種情況，我們對(duì)如何以網(wǎng)絡(luò)在線的教學(xué)方式進(jìn)行物理化學(xué)的教學(xué)，進(jìn)行了實(shí)踐與探索。

(1)教學(xué)內(nèi)容方面

發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的長(zhǎng)處，將物理化學(xué)理論內(nèi)容中的知識(shí)進(jìn)行篩選和調(diào)整，比如可以將每章節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行梳理，并將重點(diǎn)知識(shí)以便于在多媒體上展示的思維導(dǎo)圖的形式展現(xiàn)給學(xué)生。使學(xué)生先對(duì)整體知識(shí)框架進(jìn)行了解，再具體學(xué)習(xí)和掌握每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的詳細(xì)內(nèi)容，從而對(duì)各部分內(nèi)容之間及內(nèi)部的理論聯(lián)系產(chǎn)生客觀理解，最終體會(huì)到這門學(xué)科的內(nèi)在奧秘。同時(shí)，將物理化學(xué)的理論內(nèi)容盡可能多與實(shí)際生活相聯(lián)系，如通過(guò)視頻的形式將凍梨放入涼水可以加速融化這一常識(shí)進(jìn)行直觀的演示，使學(xué)生更易理解和掌握“梨中含有蔗糖等溶質(zhì)，會(huì)使其冰點(diǎn)下降，從而融化更快”背后的稀溶液凝固點(diǎn)降低理論，吸引學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)有效提高教學(xué)質(zhì)量。

(2)教學(xué)模式方面

完全的線上模式給教師和學(xué)生之間帶來(lái)了明顯的距離感，對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的態(tài)度和毅力產(chǎn)生了極大的考驗(yàn)。因此，對(duì)現(xiàn)有的傳統(tǒng)課堂和“線上+線下”混合式教學(xué)模式進(jìn)行改革，提出一種更適合新時(shí)代、新社會(huì)，并能在今后的教學(xué)中形成一種常態(tài)化的在線授課的教學(xué)方式，成為高校當(dāng)前教學(xué)研究的一個(gè)重要內(nèi)容。在一個(gè)學(xué)期的物理化學(xué)課程教學(xué)實(shí)踐中，我們采用了以“騰訊課堂平臺(tái)+QQ學(xué)習(xí)群+學(xué)習(xí)通APP”相結(jié)合的方法，輔助網(wǎng)絡(luò)在線授課的開(kāi)展和進(jìn)行，以達(dá)到有效保證學(xué)生學(xué)習(xí)效率和課程教學(xué)質(zhì)量的目的。

①課前預(yù)習(xí)

在課前，我們對(duì)物理化學(xué)中每個(gè)章節(jié)的重點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行框架梳理，同時(shí)提出針對(duì)性的思考題或討論題，提前1-2天發(fā)布在“QQ學(xué)習(xí)群”并通知學(xué)生們按時(shí)完成。另外，在課前預(yù)習(xí)的過(guò)程中，我們將一些相關(guān)的視頻及重點(diǎn)知識(shí)框架發(fā)給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理化學(xué)學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)使學(xué)生對(duì)即將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容有了大致的了解，從而幫助他們更快、更高效的學(xué)習(xí)物理化學(xué)的內(nèi)容。我們還將學(xué)生分成多個(gè)小組，以“小組交流”的形式引導(dǎo)學(xué)生盡量自主解決在線自學(xué)過(guò)程中遇到的難題，最后收集歸納學(xué)生無(wú)法自己解決的難題，統(tǒng)一進(jìn)行講解。這種方式一方面提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和學(xué)習(xí)效果，也使我們更精確地掌握了學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，從而集中力量講解這些難點(diǎn)。

②課中學(xué)習(xí)

在課中，我們根據(jù)提前上傳的課件PPT、練習(xí)題、相關(guān)內(nèi)容的視頻圖片等，在“騰訊課堂”平臺(tái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)直播在線教學(xué)。在教學(xué)過(guò)程中，隨時(shí)進(jìn)行提問(wèn)的同時(shí)，也鼓勵(lì)學(xué)生隨時(shí)發(fā)言，與老師進(jìn)行直接互動(dòng)。借助后臺(tái)大數(shù)據(jù)，能夠方便地對(duì)學(xué)生到課率、上課活躍度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，節(jié)省了以往授課中需要教師逐個(gè)記錄的時(shí)間。

③課后復(fù)習(xí)

在課后，借助“騰訊課堂”平臺(tái)的課程回放功能，將整個(gè)授課過(guò)程以視頻形式保存下來(lái)并上傳至QQ學(xué)習(xí)群中，方便學(xué)生進(jìn)行復(fù)習(xí)。有效幫助學(xué)生更好的掌握物理化學(xué)內(nèi)容的同時(shí)還可以減輕教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，這是線下課堂無(wú)法做到的。部分作業(yè)和思考題發(fā)布到學(xué)習(xí)通APP中，可以由軟件自動(dòng)完成批改和成績(jī)統(tǒng)計(jì)，大幅提升教師工作效率。根據(jù)統(tǒng)計(jì)出的錯(cuò)誤人數(shù)較多的題目，以及學(xué)生主動(dòng)在QQ學(xué)習(xí)群里提出的問(wèn)題，教師能夠準(zhǔn)確掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)效果及沒(méi)有掌握的易錯(cuò)難點(diǎn)。

(3)教學(xué)考核的改革

每章節(jié)學(xué)習(xí)結(jié)束之后，在學(xué)習(xí)通APP設(shè)置十道題左右的小型考試，一方面可以階段性的督促學(xué)生加快學(xué)習(xí)進(jìn)度，另一方面還可以及時(shí)得到學(xué)生對(duì)每章節(jié)內(nèi)容的掌握情況。另外，老師可以將最終成績(jī)的分配比例進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，如在最終成績(jī)中增加上課活躍度、課后作業(yè)完成度、分組討論發(fā)言頻率、章節(jié)小考等考核項(xiàng)，然后將期末考核的比重降低，將平時(shí)考核比重提高（如將“到課率、上課活躍度、章節(jié)小考、期中考、期末考”以“5%、5%、10%、30%、50%”的比例進(jìn)行學(xué)生最終成績(jī)的計(jì)算），以達(dá)到可以實(shí)時(shí)了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況從而改進(jìn)教學(xué)模式的目標(biāo)。

3.總結(jié)

作為經(jīng)典的理論基礎(chǔ)課程，物理化學(xué)不僅自身需要不斷地改革和進(jìn)化，還要面對(duì)大類招生、網(wǎng)絡(luò)授課等新形勢(shì)和新挑戰(zhàn)。教師作為教學(xué)的主要實(shí)行者，也需要不斷改革自身的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式，以適應(yīng)新的要求。在越來(lái)越多的高校進(jìn)行大類招生、化學(xué)本專業(yè)逐漸對(duì)應(yīng)用類型和工程類型等方向的傾斜，也對(duì)物理化學(xué)的教學(xué)提出了新的要求，亟需探索對(duì)該課程的教學(xué)方式和方法的改革。在本文中，我們通過(guò)近年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐和探索，分別從課程自身改革、大類招生背景、網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)三個(gè)方面探討對(duì)物理化學(xué)課程的教學(xué)改革，對(duì)物理化學(xué)之外的其他理科、工科基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程也能提供一定的借鑒和參考。