高等農(nóng)林院校物理化學與專業(yè)結(jié)合的教學模式與實踐

許娟　楊亞提　馬海龍　李天保　馬亞團

摘要：針對高等農(nóng)林院校不同專業(yè)特點，在教學內(nèi)容、教學方法與專業(yè)的結(jié)合上做了有益的嘗試，提出了物理化學與專業(yè)結(jié)合的教學模式。在現(xiàn)有“課堂教學+學生討論+實踐環(huán)節(jié)”的“三段式”教學方法的基礎上，嘗試“問題教學+參與式教學”方法。教學實踐表明，這種教學模式激發(fā)了學生的學習興趣，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新性能力，深化了教學內(nèi)容，提高了物理化學課程的教學質(zhì)量和水平。

關鍵詞：高等農(nóng)林院校；物理化學；教學模式；專業(yè)特點

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）17-0133-02

物理化學是高等農(nóng)林院校在應用化學、資源環(huán)境科學、環(huán)境科學、食品工程、食品安全、制藥工程、林產(chǎn)化工、生物科學、生物技術、生物工程等專業(yè)開設的一門必修課，是物理學與化學最早相互滲透的一門交叉邊緣學科，被稱為“化學的靈魂”。該課程不僅對培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維能力和創(chuàng)新能力、提高學生素質(zhì)有極其重要的作用，而且有助于學生樹立正確的自然觀、掌握科學方法論。然而眾所周知，物理化學是化學課程中基礎的基礎，較抽象，教學有一定難度。農(nóng)林院校的學生對這門課更是望而生畏，因此，我們應讓基本原理在科學研究和實際應用的實例中展現(xiàn)其活力，以此提高創(chuàng)新能力。因此，近年來，我們結(jié)合農(nóng)林院校開設物理化學課程的各個專業(yè)的學科特點，在教學內(nèi)容安排、教學方法等方面始終與學生所學的專業(yè)結(jié)合，提出了物理化學與專業(yè)結(jié)合的教學模式。

一、教學內(nèi)容與專業(yè)特色緊密結(jié)合

在課堂教學中，設計好教學內(nèi)容比制作PPT課件更重要，不應讓“死”的公式和概念充斥課堂，而應讓原理在科學研究和實際應用的實例中展現(xiàn)其活力，培育興趣，提高創(chuàng)新能力。因此，我們在教學內(nèi)容上，堅持做到“傳統(tǒng)物理化學”與“應用物理化學”的有機統(tǒng)一。在對各專業(yè)學生的教學過程中，堅持將物理化學的基本理論和基本知識系統(tǒng)地介紹給學生，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。在此基礎上，緊密結(jié)合專業(yè)實際、生產(chǎn)實際和生活實際，查閱大量物理化學在各專業(yè)領域應用的實例，如將熱化學、多組分體系熱力學、相平衡、電化學、表面與膠體化學等內(nèi)容以專題的形式進行講授，增加反映學科前沿與研究熱點的專題內(nèi)容，并根據(jù)專業(yè)方向進行專題輔導。如針對應用化學專業(yè)學生，物理化學是一門專業(yè)主干課，教學時數(shù)較多，物理化學基本理論應該是課程的重點教學內(nèi)容，但其專業(yè)特色又偏重于“應用”二字，所以在做好基本理論教學的同時，重點介紹傳統(tǒng)物理化學與其他學科專業(yè)之間結(jié)合所派生出的一些交叉學科及其應用，如生物物理化學、地球物理化學、土壤物理化學等；同時舉一些“閃光點”說明物理化學基本原理在現(xiàn)代技術中

發(fā)揮的巨大作用，如物理化學在合成化學和新材料的制備、現(xiàn)代分離技術、新能源技術等現(xiàn)代技術中的作用；同樣，在我們周圍生活中，物理化學原理也無處不在，如2008年我國南方地區(qū)遭受的大面積凍雨災害的凍雨形成的原理，人體腎功能即反滲透功能，人工降雨、洗滌、礦物浮選、紡織品印染的滲透、油田的二次采油等原理，結(jié)合這些“小問題”可以使書本上的理論變得生動而容易理解，培養(yǎng)學生的物理化學視角。對于生物類和制藥學等專業(yè)，在學生學習物理化學基本理論和基礎知識的基礎上，以熱力學、電化學、動力學、膠體與表面化學的應用為教學重點，如現(xiàn)代生物科學與物理化學學科交叉與融合而發(fā)展起來的，在21世紀已經(jīng)成為熱門研究內(nèi)容的生物熱力學、生物電化學，藥物及材料分子設計方法簡論、表面活性劑的應用、微乳液的應用等。對農(nóng)業(yè)資源環(huán)境專業(yè)，以電化學、動力學、表面與膠體化學為教學側(cè)重點，著眼于讓學生了解如何解決環(huán)境資源合理利用與環(huán)境保護問題，如講授相平衡知識時，以專題講座的形式介紹超臨界流體在廢棄物的合理利用問題、土壤和水體污染的治理問題等的應用及進展；吸附劑和絮凝劑的研究進展；電化學在環(huán)境污染治理中的應用、電有機合成、納米電化學、燃料電池、鋰離子電池等新能源技術等。食品科學與食品安全專業(yè)，介紹食品科學中的物理化學方法，如熱分析在測定食品熱值中的應用，化學動力學在食品保鮮保質(zhì)期測定方面的應用，膠體化學原理在食品加工中的應用等等。

二、與專業(yè)結(jié)合的綠色化實驗教學

實驗教學是課程三段式教學中理論知識的具體驗證與應用。在實驗教學環(huán)節(jié)中，又分三個教學層次來進行，即實驗技術講座、基礎理論驗證性實驗和運用物理化學知識解決實際問題的綜合性實驗三部分。在實驗技術講座的基礎上，根據(jù)專業(yè)學時不同，安排8個或10個涉及熱力學、電化學、化學動力學、表面化學與膠體化學等各方面理論知識最典型最具代表性的驗證性實驗，同時注重實驗過程的綠色化，如凝固點降低實驗中的苯和萘更換為水和尿素，雙液系中的苯更換為環(huán)己烷，溶膠性質(zhì)中的三硫化二砷負膠更換為粘土。在驗證性實驗訓練的基礎上，根據(jù)實驗室條件、不同專業(yè)、不同實驗學時數(shù)，選取一些與專業(yè)有關的研究性、應用性實驗項目，讓學生綜合運用物理化學課程學習及查閱文獻資料獲得的知識，自行進行實驗設計，完成實驗內(nèi)容，分析實驗結(jié)果，撰寫實驗報告。如針對應用化學專業(yè)學生，結(jié)合每位教師的科研工作，提出了與生產(chǎn)相關的4個綜合性實驗項目：果醋總酸度的測定、果膠酶對果汁黏度的影響、維生素C氧化速率的測定和大孔樹脂對色素吸附速率測定；對于資源環(huán)境科學及環(huán)境科學專業(yè)學生，主要結(jié)合環(huán)境問題，提出了表面活性劑臨界膠束濃度測定和活性炭對水體中有機污染物的吸附性能測定實驗項目。另外對于同一實驗，針對不同專業(yè)，采用與其專業(yè)相關的不同實驗材料，如電導滴定實驗，對葡萄酒專業(yè)，讓學生測定葡萄酒的總酸度；而對食品類專業(yè)，測定食醋的總酸度；對于資源環(huán)境專業(yè)，測定土壤的陽離子代換量及不同水體的電導率，這些實驗內(nèi)容同樣體現(xiàn)了綠色化的內(nèi)涵，而且實驗內(nèi)容也趣味化。

三、教學方法中突顯物理化學在各專業(yè)中的地位

教學方法改革是影響人才培養(yǎng)模式改革的關鍵環(huán)節(jié)之一。教學方法不僅影響學生完成學習任務的“程度”，也是影響教學質(zhì)量“方向”的一個重要因素。因此，為了幫助學生在本質(zhì)上理解化學變化，從理論上解釋化學現(xiàn)象，在實踐中利用物理化學的基本理論、基本知識和基本方法解決實際問題。在課程教學過程中，以“三段式”教學方法為基礎，圍繞創(chuàng)新教育的戰(zhàn)略，研究“問題教學+參與式教學”法，以充分發(fā)揮學生的主體作用和教師的主導作用，實現(xiàn)創(chuàng)新教育。endprint

（一）課堂教學

以問題為主的研究性學習有利于幫助學生提高靈活應用知識的能力，形成有效的問題解決和推理策略，并發(fā)展他們的自主學習能力。物理化學課程理論性強、內(nèi)容抽象、涉及領域廣，很多學生在課后感慨物理化學非常重要，但不知道怎么用。為此，我們采用“問題教學法”，圍繞物理化學的知識模塊，在引導學生發(fā)現(xiàn)各種問題的前提下，傳授知識。在教學活動中，嘗試使物理化學知識圍繞實際問題而展開，使問題不僅成為激發(fā)學生求知欲的前提，而且還成為學生期盼、理解和吸收知識的前提，激發(fā)學生的創(chuàng)新動機和創(chuàng)造性思維。為了打破物理化學枯燥、沉悶的傳統(tǒng)教學方法，實行“參與式”教學方法，嘗試開放式教學內(nèi)容，對一些易懂的章節(jié)讓學生自己提前預習寫教案，學生從“臺下觀眾”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皥錾现髁Α保煌瑫r開展論文研究、基于問題的學習、案例教學、項目訓練和指導性設計等多種參與方式，以培養(yǎng)學生的“參與”意識，提高學生學習的主動性、積極性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

（二）學生討論

胡英院士指出“物理化學教學方法要做大改革。要以自學為主，講課首先介紹框架結(jié)構(gòu)，重點講授難點和進展，并開展課堂討論”。因此，在農(nóng)林院校物理化學的教學過程中，更應增加學生參與課程教學的機會，加強習題課和討論課內(nèi)容，調(diào)動學生學習的主動性和積極性。在具體實施中，根據(jù)教學內(nèi)容中的難點和重點，對于不同專業(yè)，在教學進程表中提出與專業(yè)密切相關的問題，如對于環(huán)境科學專業(yè)，提出“吸附作用原理及表面活性劑在環(huán)境科學領域中的應用”等專題討論題目；對于生物類專業(yè)，提出“熵與生命”等專題討論題目，讓學生學完一部分內(nèi)容后，對該問題展開討論，啟發(fā)學生進行發(fā)散性思維，對問題進行多角度的觀察、比較與分析，然后讓學生提出問題，把問題加以篩選，從中發(fā)現(xiàn)最重要最基本的問題，啟發(fā)學生思維，把理論搞清楚。最后再給學生作出總結(jié)，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維。實踐證明，學生討論，這對提高學生的智力和能力，起到事半功倍的效果。

四、實踐效果

通過近幾年對物理化學與專業(yè)結(jié)合的教學模式的實施，不僅拓寬了學生的專業(yè)知識面，培養(yǎng)了學生從事科學研究和解決實際問題的能力，而且可使學生的創(chuàng)新意識和能力得到一定程度的提高。如不同專業(yè)的學生積極申請大學生創(chuàng)新基金項目，2010申請到西北農(nóng)林科技大學創(chuàng)新基金項目“多環(huán)芳烴污染土壤的SDS淋洗溶液前處理方法研究”，2012年申請到國家級創(chuàng)新基金項目“微電極陣列表面的羧基功能化及其在環(huán)境監(jiān)測方面的應用”，2013年申請到西北農(nóng)林科技大學創(chuàng)新基金項目“不銹鋼微電極陣列的制備及性能研究”及“利用廢棄木料制備大孔容活性炭”。該模式充分發(fā)揮了學生的主體作用和教師的主導作用，在模式實施過程中，始終以實際問題為引導，讓學生帶著實際問題去學習，然后從理論上對這些問題進行分析討論。通過近幾年的教學實踐證明，這種教學模式有利于學生掌握扎實的物理化學基本理論、基本知識和基本技術，并能把這些知識和技術應用到農(nóng)林科學的研究中；有利于學生認識、闡明和解決某些物理化學相關的專業(yè)實際問題；有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維能力和創(chuàng)新能力，提高學生素質(zhì)。因此，這一新模式在高等農(nóng)林院校的物理化學教學中具有較大的推廣和應用價值。

參考文獻：

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