“四新”建設(shè)背景下的物理化學(xué)教學(xué)改革與實踐

余　煒　楊　蓉　屈麗娜　鄒一鳴　樊　花　

“四新”建設(shè)背景下的物理化學(xué)教學(xué)改革與實踐

余煒1楊蓉2屈麗娜3鄒一鳴1樊花1

（1.西安理工大學(xué)理學(xué)院，陜西 西安 710048；2.西安理工大學(xué)材科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710048；3.西安理工大學(xué)保密辦公室，陜西 西安 710048）

在“四新”建設(shè)背景下，物理化學(xué)教學(xué)秉承“以學(xué)生為中心，以目標(biāo)為導(dǎo)向”的教學(xué)理念，采用雨課堂與三課融合的線上線下混合式教學(xué)模式；以學(xué)生的“知識、能力、素質(zhì)”協(xié)同發(fā)展為目標(biāo)，把教學(xué)內(nèi)容整合成基礎(chǔ)知識、實際應(yīng)用、內(nèi)容拓展三大模塊；針對不同的教學(xué)內(nèi)容采用適用的教學(xué)方法，并通過繪制思維導(dǎo)圖、撰寫小組報告、課程論文、文獻研讀報告等形式對教學(xué)評價形式進行改革，構(gòu)建系統(tǒng)的知識體系，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新意識、科學(xué)思維方法和團隊協(xié)作精神。

物理化學(xué)；教學(xué)改革；改革措施

引言

新時代高等教育發(fā)展必須適應(yīng)“三新一高”要求，即“立足新發(fā)展階段、貫徹新發(fā)展理念、構(gòu)建新發(fā)展格局、推動高質(zhì)量發(fā)展”[1]。2016年全國高校思想政治工作會議提出“落實立德樹人根本任務(wù)，必須將價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三者融為一體、不可割裂”[2]。2017年國家教育部正式推出新工科建設(shè)計劃[3,4]；2018年起全面推出新工科、新農(nóng)科、新醫(yī)科、新文科，實施“四新”建設(shè)[5]；2021年習(xí)近平總書記在清華大學(xué)考察時強調(diào)，要用好學(xué)科交叉融合的“催化劑”，加強基礎(chǔ)學(xué)科培養(yǎng)能力，打破學(xué)科專業(yè)壁壘，對現(xiàn)有學(xué)科專業(yè)體系進行調(diào)整升級，瞄準(zhǔn)科技前沿和關(guān)鍵領(lǐng)域，推進新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè)，加快培養(yǎng)緊缺人才[6]。在“四新”建設(shè)背景下，秉承“以學(xué)生為中心，以目標(biāo)為導(dǎo)向”的教學(xué)理念[7,8]，深入開展了物理化學(xué)課程創(chuàng)新設(shè)計與教學(xué)方法改革。

1 課程簡介及學(xué)情分析

物理化學(xué)是用物理學(xué)的原理和實驗方法來研究化學(xué)變化普遍規(guī)律的學(xué)科，被譽為“化學(xué)中的哲學(xué)”，是化學(xué)、化工、能源、材料、環(huán)境、冶金、地質(zhì)、農(nóng)林、醫(yī)藥等諸多專業(yè)的必修骨干課程，在人才培養(yǎng)方案中處于核心地位。

物理化學(xué)是西安理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)、制藥工程、新能源材料與器件等專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課，有80學(xué)時，開課學(xué)期為大二下學(xué)期。學(xué)生前期已修過高等數(shù)學(xué)、無機化學(xué)、大學(xué)物理、有機化學(xué)等課程，具備相應(yīng)的預(yù)備知識，為后續(xù)的化工原理、工業(yè)催化、材料化學(xué)等課程的學(xué)習(xí)奠定理論基礎(chǔ)。

大二的學(xué)生已經(jīng)具有一定的知識儲備和思考、解決問題的能力，但仍存在以下五方面不足：（1）由于學(xué)時限制，導(dǎo)致該課程內(nèi)容的深度、廣度不足，學(xué)生只局限于教材內(nèi)容的學(xué)習(xí)，視野窄；（2）學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性不足，再加上物理化學(xué)中有很多抽象的概念與定理、難記的公式，導(dǎo)致學(xué)生只是忙于應(yīng)付作業(yè)，所學(xué)知識零散；（3）學(xué)生過分注重知識的接收與學(xué)習(xí)，學(xué)科相關(guān)的思想、科學(xué)方法訓(xùn)練不足；（4）學(xué)生接觸不到最新的研究成果，創(chuàng)新思維、意識、學(xué)科精神訓(xùn)練不足；（5）學(xué)生工程意識與能力、聯(lián)系實際能力不足，不能做到學(xué)以致用。

針對物理化學(xué)的課程特點和學(xué)生具體情況，對物理化學(xué)課程的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和評價體系進行改革創(chuàng)新，教學(xué)策略是以學(xué)生為中心，開展引領(lǐng)式學(xué)習(xí)。

2　課程改革措施

2.1　教學(xué)模式改革：利用現(xiàn)代教育技術(shù)，實現(xiàn)線上、線下混合教學(xué)模式

采用智慧教學(xué)工具“雨課堂”與“三課”（優(yōu)質(zhì)的微課視頻、網(wǎng)絡(luò)慕課[9]等互聯(lián)網(wǎng)資源以及翻轉(zhuǎn)課堂，以下稱為“三課”）相融合，將傳統(tǒng)的單一課堂教學(xué)變?yōu)椤盎靖拍睢⒁桌斫夂蛻?yīng)用性較強的內(nèi)容進行線上教學(xué)；知識脈絡(luò)、重點難點、拓展內(nèi)容進行線下教學(xué)”線上、線下混合式教學(xué)模式，具體做法如下：

（1）課前導(dǎo)學(xué)，了解學(xué)情。課前通過雨課堂布置預(yù)習(xí)任務(wù)，將預(yù)習(xí)課件（包括基本概念、易理解和應(yīng)用性較強的內(nèi)容）、相關(guān)自測題和慕課視頻等預(yù)習(xí)資料推送給學(xué)生，讓學(xué)生充分利用MOOC平臺優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源和雨課堂預(yù)習(xí)課件，進行自主學(xué)習(xí)，并通過雨課堂自測題對學(xué)習(xí)效果進行檢測，讓教師課前了解學(xué)情，在上課時做到心中有數(shù)，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)。

（2）課堂教學(xué)，探究深化。①對于重、難知識點的講解，采用問題引導(dǎo)的方式，進行啟發(fā)式教學(xué)，學(xué)生可以通過雨課堂進行實時答題和彈幕討論，不但可以使學(xué)生注意力高度集中，增強學(xué)生參與感和主動學(xué)習(xí)的積極性，還可以夯實專業(yè)基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)專業(yè)素養(yǎng)；②在講解定律和概念時，通過講解其發(fā)展歷史和學(xué)科現(xiàn)狀、介紹最新前沿知識，使學(xué)生了解其發(fā)展趨勢和需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題，可以拓展知識面，培養(yǎng)科學(xué)思維能力和創(chuàng)新意識；③通過典型案例的分析討論，幫助學(xué)生理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學(xué)生融會貫通、學(xué)以致用，具備解決實際問題的能力；④組織學(xué)生分組研討前沿科研文獻[10]，拓寬學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識[11]、科學(xué)精神及其團結(jié)協(xié)作精神；⑤在講解物理化學(xué)發(fā)展史、基本概念、定律時，融入課程思政理念，幫助學(xué)生培養(yǎng)愛國情懷、奉獻精神和科學(xué)精神，提高道德修養(yǎng)、環(huán)保意識。

（3）課后輔導(dǎo)，鞏固提升。①指導(dǎo)學(xué)生繪制思維導(dǎo)圖，構(gòu)建系統(tǒng)的知識體系。幫助學(xué)生理清知識脈絡(luò)，對物理化學(xué)的概念、原理和方法進行歸類、分析、對比并建立相互聯(lián)系，使學(xué)生的零散知識系統(tǒng)化，形成系統(tǒng)的知識框架，鞏固提升專業(yè)知識。②把各章節(jié)的復(fù)習(xí)課、習(xí)題課、典型題精講、學(xué)生作業(yè)點評等錄制成微課小視頻，通過雨課堂推送給學(xué)生，幫助學(xué)生利用課余時間鞏固專業(yè)知識。③組織學(xué)生完成小組作業(yè)、撰寫小組報告和課程論文，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和團隊合作精神。使學(xué)生能夠從科學(xué)研究和生產(chǎn)、生活中發(fā)現(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象，提出科學(xué)問題，利用物理化學(xué)原理和方法進行解釋、研究、分析和判斷，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力和團隊合作精神。④組織學(xué)生撰寫文獻研讀報告[12]、科研進展報告，了解學(xué)科現(xiàn)狀和最新前沿知識，培養(yǎng)學(xué)生用科學(xué)語言論述問題的能力和團隊合作精神。⑤組織學(xué)生分組撰寫課程思政小論文，培養(yǎng)學(xué)生愛國情懷、科學(xué)精神和團隊合作精神。

采用“雨課堂”與“三課”相融合方式，進行物理化學(xué)課的線上、線下混合式教學(xué)，并通過“課前測、隨堂練、課后鞏固提升”三個教學(xué)階段，在基礎(chǔ)、提高、應(yīng)用、創(chuàng)新四個層次上，將物理化學(xué)的理論知識與生產(chǎn)實踐、科學(xué)前沿、課程思政相融合，突出課程的“應(yīng)用性”和“科學(xué)性”，并以學(xué)生為中心，實現(xiàn)價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授三位一體的人才培養(yǎng)模式[2]。

2.2 教學(xué)內(nèi)容改革：規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容，采用“三模塊”教學(xué)模式

教學(xué)內(nèi)容改革創(chuàng)新，就是要不斷更新教學(xué)內(nèi)容，拓展已有原理的創(chuàng)新應(yīng)用，適時引入適合本科教學(xué)的新概念、新原理和新方法，使課程教學(xué)與科研和應(yīng)用前沿對接[13,14]。圍繞人才培養(yǎng)的“知識、能力、素質(zhì)”三大目標(biāo)，為將“專業(yè)教育”與“思政教育、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育、信息素養(yǎng)教育”有效融合[15,16]，將物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容進行了重新梳理，規(guī)劃成三大模塊：

（1）基礎(chǔ)知識模塊。這一模塊就是物理化學(xué)的基本知識點，是教學(xué)中心，它包括物理化學(xué)的概念、原理和公式等基礎(chǔ)知識和基本原理。通過這一模塊的學(xué)習(xí)，可以夯實學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)知識和技能，即專業(yè)素養(yǎng)，對應(yīng)畢業(yè)要求的知識目標(biāo)。

（2）實際應(yīng)用模塊。這一模塊是物化專業(yè)知識點的外延，它包括專業(yè)課程中的延伸、物化原理在工程上的應(yīng)用，物化理論和化工生產(chǎn)、生活實際的聯(lián)系。通過這一模塊的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠從科學(xué)研究和生產(chǎn)、生活中發(fā)現(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象，提出科學(xué)問題，利用物理化學(xué)原理和方法進行解釋、研究、分析和判斷。培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，訓(xùn)練其理論聯(lián)系實際能力，做到學(xué)以致用，對應(yīng)畢業(yè)要求的能力目標(biāo)。

（3）內(nèi)容拓展模塊。這一模塊是物化專業(yè)知識點的擴展，包括與知識點相關(guān)的發(fā)展歷史、科學(xué)家生平及貢獻；歸納和演繹的科學(xué)方法；物化知識在科研中的體現(xiàn)和聯(lián)系；相關(guān)研究熱點、最新前沿知識介紹等內(nèi)容，并在這一模塊深度融入思政元素，通過這一模塊的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、創(chuàng)新思維，對應(yīng)畢業(yè)要求的素質(zhì)目標(biāo)。

教學(xué)內(nèi)容進行了重新整合規(guī)劃后，將基本概念、易理解和應(yīng)用性較強的內(nèi)容安排學(xué)生利用課余時間通過雨課堂、中國大學(xué)MOOC平臺自學(xué)自測，節(jié)約出來的課時用于詳解知識脈絡(luò)、重點難點及進行翻轉(zhuǎn)課堂、案例分析、分組討論等形式的教學(xué)活動，以此培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、分析解決實際問題能力、創(chuàng)新能力和語言表達能力。

2.3 教學(xué)方法改革：針對不同教學(xué)內(nèi)容，采用相應(yīng)教學(xué)方法

為提高教學(xué)質(zhì)量和效果，保證學(xué)生“知識、能力、素質(zhì)”協(xié)同發(fā)展，針對不同的教學(xué)內(nèi)容采用不同的教學(xué)方法，物理化學(xué)教學(xué)過程中常采用以下幾種教學(xué)方法。

（1）講授式教學(xué)。通過簡明、生動、通俗易懂的口頭語言向?qū)W生傳授知識，著重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科思維。物理化學(xué)課程中公式推導(dǎo)多，在論證定理和公式時，通常采用講授式的教學(xué)方式，同時注重引導(dǎo)學(xué)生分析和認(rèn)識問題。

（2）演示式教學(xué)。通過展示實物、網(wǎng)絡(luò)上的視頻實例等，讓學(xué)生通過直接觀察獲取感性認(rèn)識。例如，播放水沸騰和爆沸的視頻，讓學(xué)生了解可逆和不可逆相變化。

（3）任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)。設(shè)計探究性的學(xué)習(xí)任務(wù)，組織學(xué)生以小組為單位，進行探究學(xué)習(xí)并完成任務(wù)，從而獲得或鞏固知識。著重培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力、合作精神和獨立探究的科學(xué)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，講授熱力學(xué)第二定律時，通過討論理想氣體等溫過程中熱功相等，明確“熱功轉(zhuǎn)換不可逆”性的內(nèi)涵。

（4）案例式教學(xué)。為了能夠?qū)⑽锢砘瘜W(xué)所學(xué)知識與應(yīng)化、制藥、能材等化學(xué)工程領(lǐng)域緊密結(jié)合起來，會采用與生活、化工生產(chǎn)相關(guān)的一些實例結(jié)合所講授內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深理解。同時對于一些比較抽象的概念定義，多采用舉例類比的方式，通過一些生活中常見的現(xiàn)象作類比幫助學(xué)生加深理解和記憶。

（5）問題探究式教學(xué)。為了避免學(xué)生被動式、機械式地接受新知識，會在每堂課中提出探究性的問題。學(xué)生在問題的解決過程中進行整理、完善、總結(jié)新學(xué)到的知識點，同時給以必要的啟發(fā)、指導(dǎo)和幫助。這里應(yīng)著重總結(jié)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的思路、方法，學(xué)生如果有不同的解法，可以進行比較，指出各自的優(yōu)缺點。

（6）自主學(xué)習(xí)法。每章的教學(xué)過程中，布置1-3道思考題，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)尋求答案，并以小組作業(yè)形式提交思考討論結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力、團隊合作精神，鍛煉學(xué)生的綜合素質(zhì)。

2.4 評價方式改革

2.4.1多元評價體系構(gòu)建

傳統(tǒng)的理論課程考核方式是閉卷考試，而課程成績則由平時成績（考勤成績、課后習(xí)題成績）和考試成績兩部分組成?？记诔煽円话阌缮险n老師或班長通過點名方式獲得，班級人數(shù)多時，就很浪費時間，也無法及時準(zhǔn)確掌握學(xué)生到課情況；而課后習(xí)題答案學(xué)生可以輕松地在輔導(dǎo)書或網(wǎng)上搜到，僅憑課后習(xí)題已經(jīng)無法反應(yīng)其對知識掌握的程度，不能評判學(xué)生真實的學(xué)習(xí)效果，同時也無法解決“專業(yè)知識零散、視野窄；工程意識不足；創(chuàng)新思維、學(xué)科精神和科學(xué)方法訓(xùn)練不足；理論聯(lián)系實際能力不足，不能做到學(xué)以致用”等問題。

為此，將評價方式在傳統(tǒng)的“考勤+課后作業(yè)+期末考試”基礎(chǔ)上，逐漸形成包括繪制思維導(dǎo)圖[17]，撰寫小組報告、課程論文[18]、文獻研讀報告、科研進展報告、思政小論文等多種形式在內(nèi)的多元評價體系[19-21]。

（1）繪制思維導(dǎo)圖：指導(dǎo)學(xué)生繪制思維導(dǎo)圖，幫助學(xué)生把零散的專業(yè)知識系統(tǒng)化，構(gòu)建系統(tǒng)的知識體系，做到融會貫通。

（2）撰寫小組報告：課堂上組織學(xué)生對生產(chǎn)、生活中的典型案例和現(xiàn)象進行分析討論，課后要求學(xué)生撰寫小組報告，讓學(xué)生從物理化學(xué)基本理論出發(fā)，對工程案例、生產(chǎn)/生活實際現(xiàn)象進行分析、討論，解釋宏觀過程及其現(xiàn)象。讓學(xué)生理論聯(lián)系實際、融會貫通、學(xué)以致用，具備解決實際問題的能力和團隊合作精神。

（3）完成課程論文：通過撰寫課程論文，讓學(xué)生對現(xiàn)有的物理化學(xué)概念、原理和方法進行批判性思考和綜合分析，說明其成功與不足，應(yīng)用條件及局限性，并提出個人觀點和問題解決方案，培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)問題、解決問題能力、創(chuàng)新意識和團隊合作精神。

（4）撰寫文獻研讀報告、科研進展報告：學(xué)生可以通過互聯(lián)網(wǎng)+形式獲取與“物化知識點相關(guān)的發(fā)展歷史、科學(xué)家生平及貢獻、物化知識在科研中的體現(xiàn)和聯(lián)系、相關(guān)研究熱點、最新前沿知識”等內(nèi)容相關(guān)的有效信息，并通過對文獻資料的研讀、分析和研究，分組撰寫文獻研讀報告、科研進展報告，學(xué)會用科學(xué)語言論述問題能力，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力、科學(xué)精神和團隊合作精神。

（5）撰寫課程思政小論文：在課堂上講解物理化學(xué)發(fā)展史、基本概念、定律時，融入課程思政理念，課后要求學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)獲取相關(guān)信息，分組撰寫課程思政小論文，幫助學(xué)生培養(yǎng)愛國情懷、奉獻精神和科學(xué)精神，提高道德修養(yǎng)、環(huán)保意識和團隊合作精神。

2.4.2課程成績評定

課程成績由平時成績（50%）和期末考試成績（50%）兩部分組成。

平時成績由考勤（10%）、雨課堂練習(xí)題（15%）、小組作業(yè)（15%）、課后作業(yè)（10%）構(gòu)成，其中考勤、雨課堂練習(xí)題成績由雨課堂后臺提供，小組作業(yè)成績由教師評分和小組互評成績構(gòu)成，課后作業(yè)成績由教師批改作業(yè)給出個人成績。

教師評分：分組完成的思維導(dǎo)圖、小組報告、課程論文、文獻研讀報告、科研進展報告、思政小論文等項目作業(yè)由小組長按組提交給老師，根據(jù)小組完成情況，老師給出小組成績。

小組互評：按照個人對小論文或小組報告等的貢獻，小組成員互評，給出個人成績，各組員的個人成績平均分等于教師評分。

期末考試成績：由教師批改給出個人成績。

3　結(jié)束語

通過對物理化學(xué)課程的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和評價方式的改革，從課前、課堂、課后三個學(xué)習(xí)階段全方位地幫助學(xué)生形成系統(tǒng)的理論知識框架，掌握學(xué)科思維方式和解決問題的思路和方法，能夠分析和提出問題，并對問題進行綜合分析，提出解決問題的方案，并對方案的可行性和局限性進行評價，形成評判精神、創(chuàng)新意識和應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷、奉獻精神，提高道德修養(yǎng)、環(huán)保意識和團隊合作精神。此種教學(xué)改革適應(yīng)了四新背景下，“三新一高”對工程技術(shù)人才的新要求。

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Reform and Practice of Physical Chemistry Teaching under the Background of "Four New" Construction

Under the background of the "four new" construction, physical chemistry teaching adheres to the teaching philosophy of "student-centered and goal oriented", adopting a mixed Online and offline teaching mode that integrates rain classroom and three courses; with the goal of collaborative development of students' knowledge, abilities, and qualities, integrate teaching content into three major modules: basic knowledge, practical application, and content expansion; adopting suitable teaching methods for different teaching contents, and reforming the teaching evaluation form through drawing mind maps, writing group reports, course papers, literature research reports, etc., constructing a systematic knowledge system, cultivating students' self-learning ability, innovative consciousness, scientific thinking methods, and teamwork spirit.

physical chemistry; teaching reform; reform measures

G642

A

1008-1151(2023)07-0148-04

2022-08-29

西安理工大學(xué)教育教學(xué)改革研究項目“基于雨課堂的《物理化學(xué)》混合式教學(xué)模式探究”（xjy2052）；西安理工大學(xué)“課程思政”專題教學(xué)改革研究項目“縱向貫穿、橫向覆蓋、全面融合—制藥工程專業(yè)系列思政課程體系建設(shè)”（xsz2002）。

余煒（1971—），女，陜西漢中人，西安理工大學(xué)理學(xué)院副教授，研究方向為應(yīng)用化學(xué)。