物理化學立體化課程體系的構建與探索

郭 暢，吳臘霞

（安慶師范大學化學化工學院，安徽安慶246133）

我校物理化學課程1999年經安徽省教育廳批準，確立為首批省重點建設課程；2004年，被評為首批省級精品課程。隨著學校的不斷發展壯大，物理化學課程覆蓋延展成為“物理化學”“物理化學實驗”“結構化學”“統計熱力學”“化學動力學與催化”“界面與膠體化學”“配位化學”等系列課程，授課對象由原來的化學專業擴展成應用化學、材料化學、化學工程與工藝、化學、環境工程、車輛工程、自動化等多個專業。為了適應新專業新形勢的需要，進一步擴大學校學科影響力，提升化學化工學院學科發展能力，不僅要細化物理化學課程在各專業的側重點，還要保證物理化學知識點在各專業的延展和擴充[1-2]。據此，課題組按照3個遞進層次進行了物理化學立體化課程體系的構建和探索。第1層次是完善原有化學專業基礎課程“物理化學”，建設以多媒體課件為主體，精品課程網站為輔助，視頻教學、在線答疑、課堂研討、模擬實驗、自編教材講義等多種手段為脈絡的物理化學課程教學體系。第2層次是在第1層次建設基礎上，立足于化學專業、化學工程與工藝專業、材料化學專業以及資源環境學院環境工程專業的發展，參照國家職業資格標準和專業技術人員職業水平標準，致力于培養高素質復合型“新工科”人才，改革各專業“物理化學”課程結構和教學內容，規范課程教學基本要求，形成適用于不同專業的物理化學課程體系。第3層次，在前兩個層次的基礎上，進行大物理化學學科課程群建設，這也是課題組課程建設的終極目標。將第2層次建設的“物理化學”課程作為大立體化課程體系的主干課程，以物理化學的理論基礎即化學專業必修課“結構化學”、物理化學基礎知識應用于化工專業所衍生出來的“化工熱力學”、物理化學知識在材料化學專業的主要應用“材料科學基礎”這3門課程構建核心課程群。圍繞主干課程和核心課程群，設計立體化課程內容體系與實踐項目開發，探索構建大物理化學立體化課程體系。

1 制定、完善立體化課程體系教學大綱和教學內容

目前，本校有4個專業將“物理化學”設置為專業基礎課，課題組針對各專業的相關單位和企業的崗位要求進行了調研，堅持以學生為本，致力于為各專業后續課程夯實基礎，結合2018版培養方案的要求，精心調整了不同專業“物理化學”課程教學內容，制定了相應的教學大綱。

化學專業主要任務是培養中學化學教師，物理化學課程作為理論化學，對于中學化學重難點的深入理解至關重要。鑒于中學化學涉及平衡反應移動、電化學以及動力學基礎知識，在化學專業的物理化學授課時，就要注重章節相關案例的羅列和解釋。化學化工學院一直學風濃厚，化學專業大部分同學都愿意繼續深造，積極準備研究生入學考試，而“物理化學”課程就是一門必考的專業基礎課。為了服務這一部分同學，在大三下學期專門開設了“高等物理化學”，主要目的是進一步深化物理化學相關學習，除了介紹了統計熱力學這部分內容以外，還對熱力學、動力學和電化學的重難點進行了回顧和總結。

對于化學工程與工藝專業，仔細調研相關后續課程的內容和要求，將其中物理化學相關知識點進行整理和細化，發現“化工原理”涉及相平衡中精餾的知識點，“化工熱力學”涉及熱力學中卡諾循環，“化工工藝流程”之合成氨工業生產的原理中同時涉及化學平衡和表面動力學，而“化學反應工程”對動力學中的簡單級數反應和多相催化反應的要求比較高。結合這幾門課程的具體要求，對“物理化學”課程中的熱力學、化學平衡、相平衡和動力學的相關內容進行了強化和調整。考慮到國家對從事化工工程（包括化工、石化、化纖、醫藥和輕化）設計及相關業務活動的專業技術人員實行執業資格注冊管理制度，相關技術人員必須通過注冊化工工程師執業資格考試。而“物理化學”正是專業基礎科目之一，是化工專業畢業生進入化工行業的必備知識，所以，對化工專業的授課更注重應用方面，強化數學知識的應用，要求工科同學能獨立進行公式推導和相關證明，要能學以致用，切實掌握相關物理化學知識點。

材料化學專業突出熱力學、相平衡和表面化學的教學內容，為后續“材料科學基礎”“材料物理”等課程奠定基礎。因為目前化學化工學院的材料化學專業偏高分子方向，所以，在進行表面和膠體的教學中，對高分子的相對分子量和各種粘度進行了重點介紹。

環境工程專業重點強化熱力學函數基本概念、平衡原理的實際應用、溶液、反應速率方程、電解表面現象、膠體化學等教學內容，為后續“環境生態學”“大氣污染控制”等課程的學習提供方法和理論指導。

通過制定不同專業“物理化學”教學大綱，課程組對第3層次課程體系中的主干課程把握性更強，為大物理化學的立體化建設奠定了堅實的思想基礎，有力保障了教學質量。在立體化課程體系的核心課程群建設中，充分利用主干課程建設成果，拓展深化各核心課程相關知識點，在總結近幾年教學實踐和經驗的基礎上，制定了三門相關核心課程的教學大綱。“結構化學”是通過了解微觀體系中微粒的運動規律，獲得原子、分子和晶體結構的基本理論和基本知識，為學生今后從事教學和科研或繼續深造打下堅實的理論基礎。化學專業的結構化學單獨開課，在2018年培養方案中，材料化學的結構化學作為“物理化學(2)”開設。化工專業開設的“化工熱力學”和材料化學專業開設的“材料科學基礎”也屬于核心課程，課題組打破按專業劃分教研室的格局，積極吸納化工和材化專業授課教師，互相學習，共同討論，將相關物理化學知識點深化細化到各門核心課程，鼓勵教師引入工科類別科研實踐和相關課題實例，教學效果明顯。

2 構建物理化學立體化課程體系教學平臺

在第二層次課程建設中，通過集體備課，制定適用于不同專業的主干課程“物理化學”課件。積極利用新技術，結合ppt和Cam tasia Studio程序嘗試制作視頻課程，直接上傳至QQ教學群，學生可在線或下載觀看，遇到難點還可以重復學習，反復揣摩。在占有和整合大量資料的基礎上，建立第3層次大物理化學教學輔導網站。針對主干課程“物理化學”，上傳了各章節練習題和思考題，制作了各章節在線測試，提供了大量物化相關學習資料。同時將核心課程群相關資料，如教學大綱、課件、仿真實驗、實訓視頻等上傳至網站，便于不同專業同學進行發散性學習。

3 打造開放型、多元化、立體化物理化學教學團隊

物理化學教研室9名教師中博士6名，碩士3名，35歲以下教師占50%，一支充滿活力，教學特色鮮明，學術造詣高，教學能力強，學術研究背景互補，職稱結構、年齡結構、學緣結構合理，開放型、多元化的教學團隊已大體形成。項目組鼓勵年輕教師進行教學研究，實行導師制和聽課制，不僅保證了教學質量，也增強了凝聚力。吸收思想活躍的年輕教師，集體備課、集體討論，形成良性循環。課題組教師結合在研課題，先后在教學中引入有機電合成、鋰離子電池、光電催化、光解水、電子銅箔關鍵技術等多個新型課題實例，有機結合專業理論和科學研究，拓展本科教學資源，提高學生學習興趣，培養學生綜合素養以及創新創業能力，先后指導學生獲得安徽省“挑戰杯”課外科技作品競賽一等獎、安徽省大學生化學競賽一等獎等多個省級競賽獎勵。同時，為了緊密結合企業人才需求，積極安排專業教師到研究機構、企業頂崗實踐，提高技能水平，并專門聘請相關化工企業工程師作為兼職教師，參與制定人才培養方案，設計工科課程考核標準，提供生產實習和畢業實習的相關指導，在人才培養方面給出寶貴建議。課題組還設想邀請物理化學方面的知名校友，定期為學生開設學術講座，介紹學科前沿動態。鼓勵師生充分利用網絡資源，注冊國外知名大學相關MOOC，在英語氛圍下進行學習討論，培養國際化開放式思維。

4 變革教學組織形式，引進新的教學方法，推行立體化考核方式

在第2層次的課程建設中，為了對課堂教學進行補充、方便學生與教師的雙向溝通，課題組針對各專業不同年級建立了3個QQ教學群，專門用于課外輔導和交流。目前，群在線人數逾700人，群文件超過2G，教師擔任管理員，堅持天天在線解答。課題組2018年成功申報安徽省大規模在線開放課程示范項目，正積極進行物理化學MOOC錄制和制作，為結合在線教學，進一步實施翻轉課堂提供有力支持。

為了探索物理化學課程的終結性評價模式，引入了形成性評價方式。在主干課程各章節結束之后，引導組織學生參與各種形式的測試、搶答和討論，設置學生感興趣的、難易程度適中的任務，提高學生參與度，激發學生學習興趣[3-5]。充分利用MOOC平臺的在線評價功能，章節作業、課后問答、在線測試的動態化評價結果都可作為最終評分的部分依據，真正做到形成性評價，充分調動學生學習興趣。

5 總結

通過三個不同層次的物理化學立體化課程體系的建設，本課題組2014年獲批安徽省重大教學改革研究項目“物理化學立體化課程體系建設”，2018年該項目通過結題答辯并評為優秀，同期結題的284個省級重大教改項目中，只有6個被評定為優秀等級。同年，主干課程“物理化學”成功申報省級大規模在線開放課程（MOOC）示范項目。目前，以第1層次和第2層次物理化學課程的立體化建設為輻射點，帶動核心課程群建設，主干課程和核心課程群互相融合彼此促進，第3層次的大物理化學立體化課程體系已經初具規模，取得了較好的教學效果和社會反響。