大學物理化學課程教學改革的探索與實踐＊

譚 芳 張道海 寶冬梅 李小紅

（貴州民族大學，貴州 貴陽 550025）

一、物理化學課程在本科教育中的重要性及目前存在的問題

人類在對物質系統的化學行為的原理和規律進行總結概況形成了物理化學學科，該課程的重點在于使用物理學的理論和實驗方法來研究化學變化過程中的熱、光、電、磁等的變化。物理化學課程是多個專業的必修或選修課程，對這門課程的學習有助于讓本科生更深入地認識自然世界中的現象規律，在當今時代也是學習掌握現代前沿技術的理論支撐。然而，物理化學課程邏輯性強、概念抽象、定理公式繁多、推理過程復雜，使得這門課程在實際教學過程中存在一些普遍問題。一是現在純公式化和理論化的講授方式掩蓋了物理化學知識在日常生活和科學技術應用中的體現，導致學生覺得書本內容難以消化理解。二是目前大部分物理化學課程只采用教師在課堂上講課的授課方式和試卷測評的考核方式，授課形式和評價方式相對枯燥單一，使得學生的學習興趣不高。三是目前教師對于物理化學課程的授課內容與各專業學生的培養方案的結合性有待加強，各物理化學教材版本內容和教師的授課內容大同小異，學生缺乏對所學專業中物理化學知識的重要性和應用前景的認識[1]。

培養應用型技術人才是當今時代對本科教育模式的要求，這一神圣職責與教師的授課成效息息相關。如何才能讓看著枯燥復雜的理論知識與實際生活中的前沿技術生動結合，讓每一個定理公式都展現其存在的意義和價值？如何才能通過更豐富的教學形式提高學生的學習興趣和積極性，將重點從 “以教為主”向“以學為主”轉變？如何才能在不同專業的學生在學習這門課程的理論知識的同時能夠結合自己所學的專業思考實際案例中的應用，全面提高學生的科學思維能力和實踐能力？這些都是作為一名高校教師應時刻思考、不斷探索的問題。

二、更新教學理念、聯系生活與前沿技術

在教學過程中，教師必須改變重理論輕實踐的教學理念，將物理化學中的理論公式從“死記硬背”式教學轉變為注重啟發學生多思考，從發展和應用的角度理解理論知識的來龍去脈。例如，在講授熱力學知識時，從歷史上曾有很多人想制造一種既不消耗燃料和動力，本身也不減少能量的永動機的故事引導。一直到十九世紀，焦耳和邁耶從大量研究中得出結論：能量可以從一種形式轉變為另一種形式，但在轉變過程中能量的總值保持不變，這就是熱力學第一定律。從后面大量生產實踐和科學研究中都證實了第一類永動機只能以失敗告終。讓同學們意識到今天我們理所當然作為常識的東西可能也是經過無數次探索總結出的規律，而在今天我們所未知的空白，還有待自己參與其中進行摸索思考、實踐總結。

在熱力學基礎知識中對于化工專業的課程重點在于講授物理化學基本定律的同時，聯系與化工生產過程的相關性，在20世紀末人們試圖用石墨制造金剛石的實驗經歷了無數次失敗，后來通過化學熱力學的計算得知，只有當壓力超過大氣壓力15000倍時，石墨才有可能轉變成金剛石。對于藥學方向的學生，在講述化學熱力學三大定律時，突出化學熱力學在藥學中有大量應用，如藥物在油水兩相間的分配對指導劑型設計有實際意義。近年來科學家使用微量量熱計測量細菌生長、種子發芽等緩慢過程的微量熱效應，繪制出其代謝過程中的熱譜圖，為提供動植物生長發育和新陳代謝等過程中有關生命現象提供重要信息，這都是熱力學在現代科學中的指導意義。通過專業內容作為實例，產生了很強的說服力，使學生看到了專業中物理化學知識的重要性和應用前景。教師有計劃、有方法地加入目前的研究熱點、高新技術，充分體現物理化學與其他學課的交叉、增加邊緣學課的內容和關聯性[2]。

此外，物理化學是一門與日常生活緊密關聯的學科，生活中有趣的現象多處可以用物理化學原理解釋。如在講授稀溶液的依數性這部分內容時，夏天或運動大量出汗之后為什么要喝稀鹽水而不能和白開水？因為細胞膜是天然的半透膜，可以選擇性透過分子或離子，人類需要維持正常的滲透壓水平。如果喝白開水，水會往細胞中滲透使得細胞脹大甚至破裂；如果喝濃鹽水會使細胞中的水進一步往外滲透而萎縮。根據每節課的教學內容，精心設計合適的導入，讓學生帶著問題從課堂思考答案。只有鮮活的理論知識才能在學生的思維土壤中孕育扎根，結出實踐能力和智慧輸出的果實。通過該教學體系，明顯提高了學生的學習積極性和代入感，全面提高了學生對課本物理化學理論知識的接受能力和實踐綜合應用能力。

三、調動學生主動性，豐富教學模式和評價方式

自2015年國家頒布《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》以及互聯網技術的應用普及，掀起了全國高校對改革傳統教育模式的熱潮。將多媒體課件、多媒體教學相關設備、視頻音頻形式等引入課堂是增大有限課堂時間內的教學信息量、增加傳統單一課堂的趣味性的有效方式。尤其是近年來慕課、網易云課堂、QQ課堂等網上課堂資源，極大地豐富了教學模式。通過理論和應用“兩個方面”，準備、實施、反饋這“三個維度”，設計、開發、實施、評價這“四個環節”實施的混合式教學改革已經日漸成熟和形成體系。以天津大學為例，通過打造課內、課外、校內、校外以及網絡，“五位一體”的創新教學模式，打破傳統教師在課堂教學的界限，將慕課等在線課程作為學分認定的機制，對促進學生學習成效的改進具有顯著成果[2]。

我們根據物理化學課程教學要求，利用“慕課”平臺及騰訊QQ平臺的功能特點，設計以學生為課堂中心，以學習成效為目標，老師以多啟發多引導為理念，將傳統課堂與網絡多媒體化學習進行互補融合。首先通過“慕課”平臺選取適合于本校學生的物理化學精品課程資源，教師申請開通后臺管理權限，完成物理化學SPOC課程的建設。通過平臺上的視屏、課件、單元測試、作業、考試等環節，此外，將知識點視頻化、音頻化、明顯地增加了學生對該課程的學習興趣和課堂專注度。同時，教師通過發布討論話題，學生可以分享視屏學習截屏的方式與教師互動，進一步加強課程中的重點難點和深化學生對內容的理解掌握。

此外，多次開展課堂討論和小組匯報等形式作為評價方式，鼓勵學生利用網絡資源搜索學習。在講授相平衡的內容時開展小組匯報相平衡在科學技術中的應用。有同學以二氧化碳的相圖為例，因為二氧化碳臨界點對應的溫度、壓力條件為304.2K，7.38 MPa，由于這個條件在工業上相對比較容易達到，在超臨界流體萃取中應用廣泛，從海洋魚類的魚油和海豹油中提取20個碳的五烯酸和22個碳的六烯酸（DHA）用于治療心血管，并展示了該技術的相關視頻和圖片。將重點從“教師教了什么”轉移至“學生學到了什么”。考試分數并不能全部代表學生對知識的掌握程度，以課堂討論、知識點視屏分享、小組調查報告等多種評價形式并用對學生的學習自主性和學習成效具有促進作用。

四、因材、因人施教，結合專業特殊性

物理化學課程是化學、化工、生物、材料等多個理工科專業基礎課。從不同專業教材的使用和授課情況來看，教師針對物理化學在不同專業中應用差異性的授課內容區別并不明顯。目前所使用的物理化學教材主要包括化學專業普遍采用的傅獻彩等編著的第五版、藥學專業使用的李三鳴等編著的第七版、生物工程方向印永嘉等編著的第四版，教材內容總體相差不大。然而，不同等級本科和不同層次學生對知識的深度和廣度接受能力存在差異，不同專業的培養方案、學時設置、知識側重點都不相同。因此，教師應充分分析所授課班級的特點，與所授課班級的其他老師進行教學交流和學習研討。

本校化學工程學院有應用化學專業班級、化工專業專升本班級、過程裝備與控制專業班級。對于應用化學專業的開課時間為大二上學期和下學期，共128學時，該專業的培養方案中對物理化學知識的要求相對較高，該專業準備考研的學生中部分會將物理化學作為專業考試科目。因此，在授課過程中對重要的公式會進行詳細推理，對重點和難點會在深度和廣度上有所延伸，考試的內容難度系數相對較大。對于過程裝備與控制專業的學生來說，該課程的課時為64，由于授課時間有限，授課內容的深度和廣度都較應用化學專業的授課內容有所下降，側重點在于基本定律公式的掌握，對于電化學和膠體分散系統等部分內容僅做簡單介紹，考試難度系數一般。而對于化工專業專升本班級的學生，該課程著重從知識點簡化，放慢講解速度，只推到簡單易懂的公式，測試內容難度系數較低。

結語

提高本科教學質量是創建一流本科教學的基礎，人才培養質量是高等教育的核心任務。在二十一世紀背景下培養適應時代需求的人才，需要緊密結合時代背景和科學技術發展。只有適應當代學生需求的創新的教育模式，才能培養科學素養高、實踐引用能力強、服務第一線的高等技術應用型人才。通過以上對于物理化學教學的思考，更新教學理念、豐富教學模式、應用化教學內容，培育能夠判斷和解決實際工程問題、具有跨學科合作等能力的新時代人才。