應(yīng)用型本科高校生物工程專業(yè)物理化學(xué)課程教學(xué)改革實(shí)踐

陳灼娟

（福州大學(xué)至誠學(xué)院，福建福州 350002）

為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新形式，應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命，教育部、發(fā)改委和財(cái)務(wù)部于2015年10月頒布了《關(guān)于引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的指導(dǎo)意見》，大力推進(jìn)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)。應(yīng)用型人才既要具備牢固的理論基礎(chǔ)和專業(yè)素養(yǎng)，又能將理論應(yīng)用于實(shí)踐生產(chǎn)，愿意服務(wù)于基層社會(huì)[1]。物理化學(xué)研究化學(xué)反應(yīng)的普遍規(guī)律，有助于培養(yǎng)科學(xué)思維、邏輯推理能力，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，為學(xué)生的科研實(shí)踐打下基礎(chǔ)[2]。物理化學(xué)是我校生物工程等相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，64學(xué)時(shí)，分兩個(gè)學(xué)期學(xué)習(xí)，為生物工程相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定化學(xué)基礎(chǔ)。該課程理論性強(qiáng)，概念抽象，公式定律多，數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁雜，計(jì)算量大，相對枯燥[3]。作為非化學(xué)專業(yè)的學(xué)生，化學(xué)基礎(chǔ)相對薄弱，加之學(xué)時(shí)限制，學(xué)生普遍感到吃力，產(chǎn)生畏難情緒，學(xué)習(xí)效果不佳。另外，經(jīng)典的物理化學(xué)教材涉及生物領(lǐng)域的內(nèi)容少，理論與專業(yè)實(shí)踐結(jié)合弱，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，創(chuàng)新能力不足，缺乏工程實(shí)踐能力。教學(xué)團(tuán)隊(duì)采用線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式，以培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)和工程能力為目標(biāo)，改革教學(xué)方法和課程考核方式，以滿足“新工科”工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求。

1 立德樹人，挖掘課程思政案例

立德樹人是國家教育的根本任務(wù)，課程教育不僅要培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力和科學(xué)精神，還要進(jìn)行價(jià)值塑造，激發(fā)學(xué)生的愛國情懷和責(zé)任擔(dān)當(dāng)，達(dá)到潤物細(xì)無聲的育人效果。根據(jù)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》中的指導(dǎo)意見[5]，課程團(tuán)隊(duì)梳理和補(bǔ)充課程內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)思想政治教育和知識(shí)體系教育的有機(jī)統(tǒng)一，進(jìn)而達(dá)到育人和育才的統(tǒng)一。物理化學(xué)課程在教學(xué)設(shè)計(jì)中，不僅要注重學(xué)生思想品德素質(zhì)的塑造，還應(yīng)該著重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科創(chuàng)新思維、科學(xué)素養(yǎng)、解決分析問題的能力和終身學(xué)習(xí)的能力[6]。物理化學(xué)理論的發(fā)展過程中，涌現(xiàn)出如焦耳、阿倫尼烏斯、范特霍夫、吉布斯、克勞修斯等杰出的科學(xué)家，他們追求真理的探索精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度、百折不撓的驚人毅力，是進(jìn)行價(jià)值熏陶、品格培養(yǎng)的良好素材。物理化學(xué)各章節(jié)理論知識(shí)中也蘊(yùn)含著豐富多樣的思政案例。在講授熱力學(xué)知識(shí)時(shí)，用第一類永動(dòng)機(jī)的實(shí)例，提升學(xué)生的哲學(xué)思辨能力；運(yùn)用馬克思主義原理理解熱力學(xué)原理，提升學(xué)生科學(xué)思維能力；利用能量守恒定理，闡述生態(tài)文明、綠色發(fā)展的理念，提高學(xué)生的民族自豪感和認(rèn)同感?；瘜W(xué)動(dòng)力學(xué)學(xué)習(xí)過程中，介紹納米材料的研究進(jìn)展及應(yīng)用，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)物理化學(xué)的重要性。表面化學(xué)章節(jié)學(xué)習(xí)中，引用詩人描寫露珠的美妙詩句，引申出其背后蘊(yùn)含的表面物理化學(xué)原理，陶冶學(xué)生情操。膠體化學(xué)部分的知識(shí)，可以解釋新冠病毒在氣溶膠中傳播的原理，了解疾病預(yù)防的相關(guān)知識(shí)，引發(fā)學(xué)生思考。結(jié)合生活現(xiàn)象與專業(yè)知識(shí)講授物理化學(xué)，緊跟時(shí)事熱點(diǎn)，追蹤前沿技術(shù)，適應(yīng)時(shí)代需求，培養(yǎng)新世紀(jì)高素質(zhì)的應(yīng)用型人才。

2 采用線上、線下有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式

建設(shè)多元化的教學(xué)模式，將線下課堂教學(xué)、線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)有機(jī)結(jié)合。充分發(fā)揮線下課堂的主戰(zhàn)場作用，采用案例教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)手段，確保學(xué)生對物理化學(xué)基本概念、知識(shí)和原理的牢固掌握，幫助學(xué)生理清學(xué)科線索，打好堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)作為線下課堂教學(xué)的重要補(bǔ)充，提供豐富多樣的學(xué)習(xí)資源，夯實(shí)知識(shí)，拓寬眼界，滿足學(xué)生的個(gè)性化需求。建設(shè)超星線上教學(xué)資源庫，分享教學(xué)大綱、教學(xué)PPT、慕課視頻、科普視頻、教學(xué)圖片、科研文獻(xiàn)等教學(xué)資源，設(shè)置線上作業(yè)、單元小測、討論話題等模塊，實(shí)現(xiàn)線下課堂與線上課堂互補(bǔ)，創(chuàng)造“隨時(shí)”“隨身”的學(xué)習(xí)環(huán)境[4]。教師布置課前線上預(yù)習(xí)任務(wù)，鼓勵(lì)學(xué)生自主預(yù)習(xí)、獨(dú)立思考。學(xué)生通過線上作業(yè)與單元小測鞏固知識(shí)，發(fā)現(xiàn)知識(shí)缺漏。教師及時(shí)監(jiān)控學(xué)生學(xué)習(xí)情況，進(jìn)行教學(xué)計(jì)劃調(diào)整。線上與線下教學(xué)深度融合、優(yōu)勢互補(bǔ)，提高了學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐能力和綜合創(chuàng)新素質(zhì)的全面提升。

3 改革教學(xué)方法

3.1 案例式教學(xué)，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情

物理化學(xué)理論知識(shí)不僅可以解釋各種生活現(xiàn)象，還為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。案例式教學(xué)不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以提升工程實(shí)踐能力。積雪融化溫度降低、粉塵爆炸、人工降雨、結(jié)冰要撒鹽、液滴呈球形等具體事例，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)理論知識(shí)的興趣。物理化學(xué)與生物化學(xué)、化工原理、生物反應(yīng)工程、發(fā)酵工程、生化分離工程等專業(yè)課程結(jié)合緊密，在教學(xué)過程中引入專業(yè)課知識(shí)，加深學(xué)生對專業(yè)知識(shí)的理解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)的熱情。例如在講授電化學(xué)這一章節(jié)時(shí)，可以介紹生物傳感器的研究和應(yīng)用，了解生物領(lǐng)域的發(fā)展前沿。在學(xué)習(xí)相平衡理論知識(shí)時(shí)，結(jié)合生化分離工程課程的色譜分離、生物物質(zhì)萃取、蛋白質(zhì)結(jié)晶的應(yīng)用展開討論。在講述界面現(xiàn)象時(shí)，介紹表面活性劑在生物分離過程中的應(yīng)用。化學(xué)動(dòng)力學(xué)章節(jié)中，光反應(yīng)可以與光合作用中的光反應(yīng)結(jié)合講授；生物酶催化的原理則可以應(yīng)用催化反應(yīng)的相關(guān)理論進(jìn)行解釋。膠體化學(xué)的知識(shí)則可以解釋蛋白質(zhì)的膠體現(xiàn)象，并了解鹽析的分離原理。將理論與專業(yè)實(shí)踐相結(jié)合，可以解決理論課程教學(xué)與專業(yè)脫鉤、應(yīng)用性不強(qiáng)、內(nèi)容相對枯燥等問題，幫助學(xué)生了解物理化學(xué)的應(yīng)用，拓展學(xué)生知識(shí)面，激發(fā)學(xué)生探究精神，提升實(shí)踐應(yīng)用能力。

3.2 翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生為中心

信息技術(shù)的快速發(fā)展，為教育改革和發(fā)展提供了有利的條件。以教師為中心單向輸出的傳統(tǒng)教育模式難以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。MOOC 等優(yōu)質(zhì)教育資源的開發(fā)和共享，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了有利條件[7]。翻轉(zhuǎn)課堂將課堂的主體由老師轉(zhuǎn)移給學(xué)生，學(xué)生在課前完成自主學(xué)習(xí)，與小組成員展開研究討論，形成研究成果，并進(jìn)行展示。翻轉(zhuǎn)課堂有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化，提高學(xué)生素養(yǎng)，提高創(chuàng)新品質(zhì)[8]。在物理化學(xué)教學(xué)過程中，翻轉(zhuǎn)課堂以兩種形式組織開展：①學(xué)生制作思維導(dǎo)圖，進(jìn)行分享。思維導(dǎo)圖可以幫助學(xué)生理清知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，構(gòu)建系統(tǒng)地理論知識(shí)框架，利用圖形工具實(shí)現(xiàn)快速記憶，提高學(xué)習(xí)效率。思維導(dǎo)圖的課堂分享，可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高思辨能力。②圍繞生命科學(xué)中的常見問題，例如DNA 雙螺旋模型；人體代謝中的糖酵解反應(yīng)，中間產(chǎn)物和酶濃度呈周期性變化的現(xiàn)象；酶失活；溶血現(xiàn)象；蛋白質(zhì)微乳分離技術(shù)等課題展開小組研究討論和PPT 展示，引發(fā)學(xué)生深度思考，開拓學(xué)生思維，實(shí)現(xiàn)高階性的發(fā)展。將物理化學(xué)中的知識(shí)點(diǎn)與生物科學(xué)領(lǐng)域的現(xiàn)象案例相結(jié)合，通過查閱文獻(xiàn)資料、整理加工、消化總結(jié)，分析陳述，提升了知識(shí)的應(yīng)用能力。

4 考核方式改革

心理學(xué)家列夫?維果茨基認(rèn)為，教師要了解學(xué)生的潛在發(fā)展水平，尋找最佳發(fā)展區(qū)，促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。大學(xué)生處于人生發(fā)展的關(guān)鍵階段，是世界觀、人生觀、價(jià)值觀形成、發(fā)展和成熟的關(guān)鍵階段。有效合理的考核方式，可以促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。傳統(tǒng)教學(xué)中僅以期末考試成績作為依據(jù)，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，無法全面評價(jià)學(xué)生對知識(shí)、技能的掌握情況。通過教學(xué)改革，改變單一化的評價(jià)方式，建立多元化、多維度的綜合評價(jià)體系。注重過程考核，督促學(xué)生在課堂上積極參與課堂活動(dòng)，及時(shí)鞏固知識(shí)、通過小組任務(wù)，增強(qiáng)查閱文獻(xiàn)、整理資料、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、語言表達(dá)及科研創(chuàng)新等方面的能力。利用超星數(shù)字化平臺(tái)，對學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、持續(xù)性、課堂參與度、思維能力、交流協(xié)調(diào)能力及知識(shí)掌握程度，進(jìn)行個(gè)性化的綜合評價(jià)，將教學(xué)考核評價(jià)分解到課程教學(xué)的全過程中，充分發(fā)揮考核對學(xué)生學(xué)習(xí)的引領(lǐng)作用。

5 教學(xué)改革成效

在新工科背景下，對接福建省生物、醫(yī)藥、食品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，物理化學(xué)課程通過教學(xué)改革，采取靈活多樣的教學(xué)方式，增加課堂的活躍度，逐步推進(jìn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)自主性和積極性，使學(xué)生在掌握理論知識(shí)的同時(shí)，增強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用能力。經(jīng)過多輪的教學(xué)改革實(shí)踐，取得了較好的改革成效。

1）學(xué)生對物理化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)有了較系統(tǒng)的掌握，課堂活躍度明顯提高，思維能力、創(chuàng)新能力提升，物理化學(xué)課程的期末考試成績較往年有所提高。

2）翻轉(zhuǎn)課堂、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、探究性學(xué)習(xí)等應(yīng)用于課堂，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的課堂參與性。學(xué)生分析問題、提出問題、解決問題的能力得以鍛煉，專業(yè)知識(shí)得以鞏固，專業(yè)綜合知識(shí)的運(yùn)用能力提升，較好地完成了應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。

3）學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力提升。在深度理解物理化學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，將物理化學(xué)靈活應(yīng)用于專業(yè)課程及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐活動(dòng)。將化學(xué)動(dòng)力學(xué)、表面化學(xué)、界面化學(xué)、電化學(xué)等知識(shí)與生物分子結(jié)構(gòu)、微生物發(fā)酵、生物分離純化、生物分子的表征等實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合。鼓勵(lì)學(xué)生積極參與教師科研、互聯(lián)網(wǎng)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)新時(shí)期有能力、有素質(zhì)、有理想、有抱負(fù)的高素質(zhì)工程人才。