“3+1”人才培養模式下物理化學的教學改革探索

儲海霞，劉文杰

(1.常州大學懷德學院，江蘇靖江214500；2.常州大學石油化工學院、食品學院，江蘇常州213164)

“3+1” 人才培養模式是基于 “校企合作”理念，構建以實踐能力培養為主線的獨具特色的“應用型”專業人才培養模式。該模式是指在大學四年的前3/3.5年學習專業理論和基本知識，第4/4.5年在企業指導老師和校內指導老師的共同指導下，學生利用學校所學知識和理論，去企業完成實踐活動，同時在實習的過程中，還需完成與專業、工作相關的畢業設計（論文）相關工作。這種培養應用型人才的模式簡稱“3+1”人才培養模式。這種培養模式就需要培養學生扎實的基本專業知識和靈活的應用能力。

物理化學是從物質化學變化與物理變化間的相互關系中，探索物質化學變化的一般規律的科學。物理化學是化工、高分子、制藥等相關專業學生必修的基礎理論課程[1]。作為四大基礎化學之一，一般學生先修無機與分析化學、有機化學，在此基礎上再學習物理化學，并完成相對應的物理化學實驗。物理化學理論及實驗是培養學生科學素養和創新能力的基礎。物理化學涉及不少抽象的概念和原理，繁雜的數學公式推導、理想模型的建立等，鍛煉學生的邏輯思維能力、思辨能力及綜合運用知識等能力。物理化學實驗的操作性非常強，其后續相關的綜合實驗和創新實驗又能夠極大的鍛煉和提高學生的綜合分析能力和解決實際問題的能力，有利于培養應用型人才的探索精神和科學素養，提高學生靈活運用理論知識的能力，滿足現代社會發展對科研工作者和工程技術人員的創新、應用能力的要求。

目前，我國高等學校物理化學的教學工作經歷了數十年的建設和發展，特別是近年來大幅度、大范圍的教學改革的發展，使物理化學理論及實踐教學的各個環節產生了巨大變化，教學水平有了顯著提升。現代教育技術的飛速發展和大數據時代的到來使我們能夠采用現代化的手段組織更高效、更豐富多彩的教學活動。但是，在進行廣泛而深入的物理化學教學改革的同時，我們也清醒認識到，物理化學并非一門新學科，教學內容不能偏離其知識體系的根基和主干。針對物理化學的教學改革都應以應用領域的教學內容的適當補充和教學方法的改革為主，便于學生理解并掌握物理化學理論知識，并在此基礎上，將理論知識遷移并應用到生活、實驗、科研及生產實習當中，提高實踐和分析解決問題的能力，利于應用型人才的培養[2]。

1 物理化學理論教學內容、教學方法及反饋改革

1.1 物理化學理論上課內容生動化

物理化學的知識體系邏輯縝密、概念眾多、抽象難懂，低年級的本科生翻看《物理化學》 教材時，難免有看天書的感慨，作為任課老師有義務有信心有責任給學生上好物理化學理論課，讓學生對物理化學由敬畏轉化為心生喜歡，學好它用好它。比如，物理化學理論的第一課緒論就要開好頭，除了講解清楚授課的章節，作業提交方式，可以穿插講解生動的案例。我們可以介紹一些物理化學家的名人小故事，既讓學生了解到偉大科學家的卓越貢獻，又讓學生認識到這些科學家又是那么可敬可親，離我們又是那么近。物理化學學科由來已久，在物理化學行業涌現出許多杰出的科學家，比如吉布斯、能斯特、阿倫尼烏斯等等，物理化學家們的生平軼事、科研貢獻等[3]都是難得而寶貴的教學“活材料”。講有趣的故事穿插到枯燥無味的公式推導當中去，公式立馬就“活”起來了。名人故事的引入還能促使學生學習其優秀精神品質，為學生學生學習能力、專業素養、創新能力記憶綜合素質的提升與培養創造條件[4]。

我們生活中其實有許多現象都可以用物理化學來解釋的，我們講授的不少知識點都可以跟現實生活聯系起來，結合現代教學方法對物理化學理論教學內容的講解創新，提高學生學習興趣。比如南方冬天下雪結冰之前，在道路上撒工業鹽，原理是物理化學當中稀溶液依數性的凝固點降低；昆蟲可以在水面上行走、硬幣可以浮在水面上，這些豐富而直觀的界面現象導課資料其實跟講解的表面張力有關。學生通過老師提出的身邊的生活現象發現事物的本質，學生由被動學習轉變為主動學習，促進物理化學的“有趣”教學。

高校教師在承擔教學任務的同時，大多也進行本領域的科研工作，承擔縱橫向課題。在科研工作中有許多實驗案例都會用到物理化學的基礎知識。當這些親手經歷的實驗跟物理化學理論課的知識點在課堂上相結合的時候，對低年級本科學生而言，就像開啟了神奇之旅，打開了一扇了解未來所從事相關行業的窗戶，讓他們了解行業的最新進展和動態。比如在電化學部分增加鋰離子電池和燃料電池等新型化學電源介紹，以開拓視野、啟發思維[5]。

1.2 物理化學理論上課方式創新化

物理化學老教師喜歡用黑板全板書的方式進行授課，隨著多媒體技術的普及，現在物理化學授課大多是多媒體結合板書的方式進行，但隨著大數據時代的到來，及疫情期間線上課程的興起，在線課程越來越受到師生的喜愛。老師可以利用慕課、愛課程、學堂在線等平臺資源整合篩選出適合獨立學院學生的課程章節，結合自己錄制的在線課程，讓學生在課前能夠自主學習，做好預習工作，在課堂講解過程中可以深入翻轉課堂理念，讓學生更主動的跟著老師的上課節奏。

根據對學院相關專業生源的了解，結合科研、生產、實習等典型案例，配合原理的生動動畫，有機整合物理化學理論課教學電子課件，為生動有趣的理論課講解提供優質教學資源。多媒體技術的發展使我們可以在較短的課程時間里安排大量的教學內容，使教學過程更加緊湊且豐富多彩，在提高教學效果、輔助教學等方面，多媒體教學具有傳統教學方式無可比擬的優勢。然而，無論如何，課堂上的電子文稿只是教師板書的一部分，只有通過教師精心的設計、教導和示范，才能使多媒體教學生動鮮活。作為育人者，要不加強自身的學習，積極地進行教學方法的研究和改進，努力提高教學水平和教學效果，有效地激發學生的學習興趣，真正成為現代教學的靈魂。

1.3 物理化學理論學習反饋及時化

物理化學理論教學工作不僅僅是老師在課堂上講，學生聽得效果怎么樣？學生有沒有及時掌握相關知識點？有沒有抓住重難點？這需要任課老師及時跟蹤。在實際教學過程中，實踐出這樣一種可行方案：上新課之前，對上一次課根據重難點提出幾個啟發式問題，讓學生去回顧，進行5～10min 的互動搶答。比如學到熱力學章節中的化學反應熱，可提出如下一個問題：①任一化學反應的Qp一定大于QV，對嗎？ ②生成焓、燃燒焓、反應焓有何區別？它們有相等的時候嗎？請舉例說明。③燃燒焓中定義的完全燃燒中C、H、N、S、Cl 的最終產物是什么？ ④CH3OH(g)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g) 在25 ℃和1 標準大氣壓下放熱393 kJ，問此值是否為CH3OH(g)的燃燒焓？根據學生積極回答問題，計入平時成績，既讓學生對上一節課的重難點做到心中有數，又能為評判學生平時成績有據可依。

每上完一次課，都有針對性地給學生留課后作業，大部分是以課后習題的方式。學生在做題的過程中也是對課堂知識消化吸收運用的過程。教師在批改作業的過程當中，會發現學生集中出現的問題，可采取課后集中答疑或者在線答疑的方式進行針對性輔導。部分知識章節前沿知識發展迅猛的，則布置課程報告、課程綜述或者課程論文等形式，引導學生主動拓展。

2 物理化學實驗教學混合改革

2.1 線上預習線下實驗教學模式

在學生進行物理化學實驗操作過程之前，老師一般會進行知識點的講解，包括實驗目的、原理、操作步驟、注意事項、關鍵試劑及實驗器材等，做重點講解相關的理論知識及實驗操作步驟及實驗要點。老師所講的相關理論知識，即是物理化學理論知識授課的重復，學生被動聽課的效果甚微，做實驗的時候，有些學生左顧右看，看別的學生怎么操作，他就怎么操作。根本搞不清實驗做什么？為什么要這么做實驗？我的實驗為什么會成功/失敗？因此，傳統的物理化學實驗教學已滿足不了當代大學生多元需求[6]，應當發展物理化學實驗教學方法，將現代教育技術應用于實驗教學過程：實驗原理采用多媒體演示結合板書錄播成微課；實驗步驟及其重難點采取錄像形式進行規范演示。

學生進物理化學實驗室之前，老師發布線上預習任務，學生帶著問題，觀看和學習并從相關教材、微課、視頻中尋找答案，理解與之對應的理論課知識點[7]。學生可以利用碎片化時間進行理論及實驗的預習工作；實驗講解過程中結合電子課件，生動講解實驗的重難點及其注意點，集中并簡短地進行二次鞏固。實驗后期實驗報告處理及時批改及反饋，通過QQ、微信等在線平臺進行溝通交流，實現物理化學實驗學習的三次鞏固。

2.2 實驗結果線上處理及評價模式

以往學生處理數據畫圖還要使用坐標紙，但是現在計算機軟件處理表格已普遍化，學生可以使用Origin、Excel、Matlab 等軟件進行數據處理和作圖，實驗報告可推行電子檔，實現無紙化批改和存檔。大數據時代的到來，給我們的生活帶來沖擊的同時，也給我們實驗教學帶來了諸多便利。物理化學實驗結果的處理可以借助信息化平臺實現對實驗操作過程的記錄和反饋，根據標準對實驗過程進行科學評分，鼓勵學生對實驗結果進行分析討論，盡早鍛煉學生從理論、原理的角度剖析結果的能力[8]。師生根據得分情況和扣分點了解教學效果和不足之處，及時調整教與學的過程。

以往物理化學實驗考核評價體系較為簡單，主要由實驗報告和實驗操作成績構成，但是學生在完成實驗報告過程當中，容易抄襲他人，而導致實驗報告大同小異，難以區分實驗報告成績，導致考核成績與學生真正的表現存在差異，嚴重打擊學生的積極性。基于此，物理化學實驗課程可根據實驗分類采取多樣性考核：對于驗證性的實驗，采取虛擬仿真模擬、學生線上預習、實驗操作、實驗報告等多階段考核；對于綜合設計性實驗，根據學生就業發展的需要，有針對性地設計實驗內容和教學要求，并開展多元化評價[9]，實驗采取文獻報告、方案設計、實驗操作、創新點、實驗結果與討論、在線實驗報告等階段考核。

2.3 實驗與企業實習、科研及創新創業項目嵌入模式

課堂教學的時間是有限的，老師可以鼓勵學生將課堂的興趣延續到課外，鼓勵學生通過參與校外的企業實習、學校支持的創新創業項目及老師的科研項目[10]。物理化學理論知識是學生走向工作崗位奠定的一塊墊腳石，物理化學實驗是我們學生走向實踐工作的基礎化訓練，在學生學習物理化學理論及實驗的過程中，積極創造條件，讓學生參與到一些科研及創新創業的項目中來。化工專業的學生進實驗室做實驗，項目老師有時會設計化學產品的線路，例如苯加氫生成環己烷，是否可行呢？化學反應可否自發進行？需要什么溫度？壓力？是否需要催化劑？這就應用到我們物理化學當中諸多知識點，比如熱力學三大定律、化學動力學中的活化能等。材料專業的學生在研制新材料的時候，指導老師會讓其測試材料性能，其中通過接觸角來表征材料的疏水性/親水性，這其實就是我們物理化學界面現象章節所學習的潤濕角及楊氏方程。通過企業實習、科研及創新創業項目的參與，學生對課本上的知識才能深深烙印在記憶深處，不至于很快還給老師。學生參與的項目將涉及到物理化學知識點的相關課題以報告形式上交。對于積極參與項目的學生可根據他的實習/項目報告，根據專業度及創新性占一定比例計入總評成績。

3 結語

通過對獨立學院“3+1”模式下物理化學理論及實驗課程實現現代教學方法的實踐及研究，打破傳統的教與學模式，結合現代教學方式進行物理化學理論課的講授，根據物理化學的教學內容和課程特點及學生的生源特性，設計切實可行的教學環節和建立行之有效的現代教學模式。多角度提高任課教師的整體、靈活把握課程的熟練程度，改變傳統的教學理念，在現代教學方法過程不斷產生教與學過程中摩擦的火花，充分調動學生學習的興趣，提高學生學習的自主性。學生在現代教學手段的教學過程中，不再感覺理論課程的枯燥，激發啟學生強烈的求知欲望，產生熱愛之情，能夠對物理化學產生興趣，形成教學相長的良性循環。