材料科學與工程專業物理化學課程教學改革的幾點建議

彭邦華　肖芙蓉　廉宜君　陳宏偉　高英

摘要：物理化學是高校材料類專業重要的基礎課程。介紹了石河子大學近幾年來材料科學與工程專業物理化學課程體系中出現的一些問題，以及教學改革與探索的幾點建議，包括教學體系的重構、改進教學方法、強化實驗配套教學。以此為舉措，推動提高教學質量提高。

關鍵詞：材料類專業；物理化學；教學改革；建議

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）37-0128-02

物理化學課程是高校化學專業最重要的一門基礎課程，該課程內容豐富、前后連貫、邏輯推理清晰、理論性強，不僅可對化學、化工、環境專業學生開設，也可為生物、材料、食品、水建等專業學生設置。隨著社會的發展和科學技術的進步，高等學校不斷深化教學改革，全面提高教學質量，對物理化學學科的課程講授和發展也提出了更高的要求。結合我校的實際情況，以及我們近幾年在建設校級精品課程的探索與實踐，重新審視材料科學與工程專業物理化學課程的教學內容、教學方法和教學環節，發現目前我校材料專業物理化學課程教學中還存在以下的問題：

1.現行的教學計劃中，無機化學相關課程以及后續一些專業課，與物理化學授課內容中有一些重復之處。

2.教材中抽象理論太多，造成了學生對這門基礎課程產生了比較枯燥無味的感覺；加之內容多，課時量有限，老師在課堂講授中不能針對某一化學原理或原理推導過程進行深入的剖析和講解。

3.與之配套的物理化學實驗課，經常采用多個班級集中循環進行試驗的模式，有時理論部分未講授到，但實驗課程因為循環時間到，又必須開始，即實驗內容超前于理論教學的進度，或者理論課早已講授完畢，而實驗課程卻推后進行，學生不能及時將理論和實驗相聯系，無法達到預期的教學效果。目前我校物理化學的實驗內容，基本以驗證基礎理論為主，缺少綜合性、設計性及性能測試試驗，因此物理化學實驗體系缺少培養學生創新思維的意識以及提高學生動手能力的舞臺。

因此，需要積極推進課程體系改革，充實和更新教學內容、改進教學方法、豐富實驗教學，從而全面提高物理化學課程的教學質量和效果。

一、優化整合相關學科內容，打破學科壁壘，構建新的教學體系

對于我校材料科學與工程專業，按照2013版教學大綱的要求和已制定的教學計劃，其中包含的課程，如無機化學、無機非金屬材料、催化作用原理、膠體與界面化學等專業課，它們都與物理化學課程密切相關，有些課程如催化作用原理和膠體與界面化學，直接是從物理化學的大體系中劃分出去的。由于我院材料專業招生時間不長，而這些課程總是不同的教師授課，教師之間就授課內容未來得及進行充分的交流，經過幾年的授課，發現同一知識點的簡單重復難以避免。因此，建議課程組就這一現象，加強教師間的交流與合作，將這些課程的內容進行有效的整合，突破原來以學科和專業來劃分的粗放型的課程體系，建立起適合于自己專業的有效課程體系，是目前我院物理化學教學改革的一項重要任務。

我校材料學科專業物理化學課程采用的是南京大學沈文霞主編的《物理化學核心教程》第二版教材，主要的授課內容包括熱力學（熱力學第一定律、熱力學第二定律、化學平衡和相平衡）和動力學部分（包括化學反應速率、電化學、表面現象和膠體化學），共56課學時，大學二年級上半年授課；而無機化學，同分析化學一起共48學時，無機部分主要講授熱化學（熱力學第一定律）、稀溶液的性質、膠體溶液、化學平衡及化學反應速率；根據教學大綱的安排，膠體和界面化學、催化作用原理這兩門課程各安排24個學時，在大學三年級下學期開展。通過幾年授課，經老師觀察和學生反映不難發現，以上所述這些課程，在知識內容上相互之間都存在著一定的重復性和交叉性。

針對課程內容重復的問題，為了避免盲目浪費學時數，有效改善不同課程之間的重復授課，充分利用大學課堂掌握更多的知識，使我們在課堂上的幾十分鐘內有效地完成教學任務，這里提議對材料系開設的幾門相關課程教學內容進行整合，使每門課都有其側重點，建議組建一個全新的教學體系，同時要照顧到這些學科知識的完整性和獨立性。例如，講授無機化學課程時，建議把化學熱力學和化學平衡作為重點內容詳細講授，而其他內容，如電化學、相平衡和化學反應速率這些內容作為物理化學課程的授課側重點。物理化學理論課程中的膠體、表面現象則可放在膠體和界面化學以及催化作用原理這兩門課程中主要講授，物理化學課程就不講授這部分內容。這樣既節省了時間，又突出了重點，不僅使教學內容獨立而完整，還可以適當減輕因課時量小帶來的物理化學的教學壓力，彌補了物理化學課程內容多、課時少的矛盾，老師在授課的過程中再也不擔心時間不夠用而只能淺顯的表述；對于學生來說，仍然是掌握了整個物理化學的原理，而且更加堅實。

二、掌握專業知識框架，改革教學方法

通過對物理化學課堂的觀察，發現學生們剛開始對這門課還保持有神秘感，大多數同學對這門課還是很有興趣的，加之從師哥師姐們那里聽說這門課容易掛科，因此學生們剛開始上課的時候都很認真。但是隨著課程的深入，部分同學開始松懈，開始排斥這門課程，以至于后來干脆放棄學習。經過細心調查分析發現，學生們在失去學習興趣后，慢慢迷失在這門課程中。盡管老師在課堂上一再強調要理清楚各章節之間內容的聯系，重點記憶關鍵結論，但大部分同學仍然做不到，不能掌握物理化學課程的知識框架，也沒有選擇性的記憶關鍵問題，總是被動地接受課堂上講授的內容，甚至被很多的數學推導過程迷惑。而實際上這門課程內容銜接緊密，邏輯性很強。把各章節之間的知識框架理清楚之后，就坦然的接受和明白了各章的結論，也有利于知識點的重點記憶。在教學過程中，注重課程之間的聯系，通過知識點的連接和相關內容銜接相關的課程，及時引導學生把所學的內容納入到學科的框架中，幫助學生建立較完整的知識框架，不要迷失在盲目的理論推導中。

物理化學這門課理論性很強，內容較多而抽象，公式又多，學生接受很困難，這就對老師的課堂教學提出了更高的要求。為了能夠進行有效的課堂教學，激發學生的學習興趣，常把日常生活現象中涉及的物理化學原理介紹給學生。比如，舉例高溫下食物容易變質的問題，聯系化學動力學的理論加以說明；講解溫度對反應平衡和反應速率的雙重影響時，例舉合成氨工業中如何選擇最佳溫度；涉及講授表面化學的理論時，可以例舉農民鋤地能防止水分蒸發的現象，或者小氣泡、液滴、呈球形的現象，加以解釋后，學生就會對表面性質有清晰的認識；講授滲透壓的時候，聯系滲透壓的作用，提問為什么肥料用多了農作物會“燒死”？打吊瓶時為什么會感覺到疼痛？讓學生帶著問題聽課，面對生活中各種現象去思考，多問幾個為什么，自己到物理化學中去尋找答案，激發學生學習這門課程的興趣，也就達到了提高教學質量的目的。

除此之外，在課堂上還可以采用小班討論或者Seminar討論式教學模式，以教師和學生為共同的教學主體，就某些共同關注的問題，在和諧的氣氛中進行討論，加強教師和學生之間的交流和溝通。課下，利用我校教務處網站的網絡教學平臺，與學生進行課下的交流和習題討論、小測驗等，與傳統的課堂教學模式相比，它具有互動性、合作性、學術性的優勢。

三、強化配套實驗教學

實驗教學在物理化學課程的教學中占有十分重要的地位，它與物理化學課程緊密配合，鞏固和加深對物理化學原理的理解，提高學生對知識靈活應用的創新能力，還培養了觀察和分析問題的能力。

為了避免實驗課程超前理論課程，建議在學習完物理化學相關理論后，及時在學期后半學期開設實驗課程。課程組已經設置獨立的實驗課并計算學分，如：配合表面現象，開展了液體表面張力的測定實驗、粉體粒度分析實驗；為了鞏固反應速率反應章節的學習，開設蔗糖反應速率常數、乙酸乙酯反應速率常數的測定實驗等。同時，也應鼓勵學生根據所學理論，合理設計實驗項目，開展綜合性創新實驗，增加設計研究型實驗，根據設計實驗的題目、要求等內容，讓學生查閱相關資料，并利用學過的理論知識，選用相關的儀器、藥品，分析實驗中的難點和關鍵步驟等，自行完成實驗內容、并上講臺講授實驗，以培養學生發現和解決問題的能力。

經過幾年的探索和實踐，我院化學化工學院材料專業物理化學課程的教學改革將有助于提高學校物理化學課程的教學質量和效果，促進了物理化學這門校級精品課程的建設和發展。

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