地方工科院校物理化學一流課程的建設與實踐*
——以湖南工學院為例

李愛陽，孫愛明， 劉 寧，王 慶，王 霞，伍素云

(湖南工學院化學與環境工程學院，湖南 衡陽 421002)

教育部關于“一流本科課程建設的實施意見”中明確指出，“課程是人才培養的核心要素，課程質量直接決定人才培養質量”[1]。由此可見，課程建設在高校的教學中占有何等重要的地位。湖南工學院是一所二本工科院校，學校的定位是培養具有扎實理論基礎，能識別、解決和分析工程實踐問題，具有一定的創新能力和創新意識的高素質應用型人才。

物理化學是化學工程與工藝、應用化學、環境工程等專業的專業基礎課，在整個專業學習中占有非常重要的地位，起到承前啟后的作用。物理化學課程的特點是公式多、內容抽象、邏輯性強等，被公認是化學學科中最難學的課程之一。傳統的課程教學以教師講課為主，這種教學方式，形式單一、呆板，教師不能及時得到學生的反饋，師生互動性差，從而導致學生學習興趣不高，畏難情緒嚴重，后期教學效果越來越差。這樣培養出來的學生知識面窄、思維能力欠缺，缺乏分析問題、解決問題的能力和創新能力[2-3]。為此，湖南工學院物理化學教學團隊依托省一流課程建設項目，對《物理化學》一流課程開展了一系列的探討與實踐。

1 教學理念轉變

湖南工學院現有化學工程與工藝、應用化學、高分子材料、復合材料、無機非金屬材料與工程專業、材料物理和環境工程7個專業，共1500多名學生學習物理化學。作為這些專業的專業核心課或基礎課，物理化學在整個專業學習中占有舉足輕重的地位。因此，為了培養具有較強的實際應用能力和創新意識，能理論結合實際解決工程問題的新工科人才，教師的教學理念急需轉變。

1.1 以“學生為中心”

傳統的滿堂灌教學以教師為中心，導致學生的學習積極性及學習效率不高，創新意識和創新能力不夠強，而現在強調以“學生為中心”，教師要從過去的主角，轉變為配角，要以學生為主角，教師是學生學習中的組織者、合作者，教師要給學生充分的信任和尊重，要使學生真正成為主體者，積極參與到教學活動中，提高學生的學習興趣和學習積極性[4]。通常可以采用翻轉式教學，學生講課，教師組織、協作、點評，在實施過程中，教師多加鼓勵，提高學生的學習積極性和綜合素質。在翻轉式教學中，教師不要太在乎學生對知識的講解是否到位，而是要激發學生的學習動機，喚起學生的求知欲，培養學生的探索知識的能力。也可通過開展小討論、教師可以提前布置討論題目，就某個知識點、某個學科發展史、或某個當今熱門課題布置給學生，學生通過文獻檢索、信息搜索，在平臺發布看法，或在課堂上共同進行討論，闡述自己的觀點和想法，鼓勵學生就討論課題多提問題，提高學生的創新能力和思維活躍度，使學生具有一定的挑戰性。

1.2 注重能力培養

為了培養合格的應用型人才，需注重學生能力的培養。能力培養主要是學生自學和自主學習能力的培養，解決實踐工程問題能力的培養，創新能力的培養。我們采用多種教學方法，如點撥式教學法、激勵式教學法、對比法、引導啟發法、理論實踐一體化教學法、項目教學法等，充分利用信息化手段、計算機技術和信息檢索工具，翻轉課堂等，力求全面提高學生綜合能力。

教師在上課過程中，對知識的講解不能太滿，在課堂上要控制自己的表現欲，通過點撥式教學，給學生更多的表現機會和思考的時間。一個原理講完，通過恰當的習題，在教師點撥下，讓學生思考，請同學來回答，讓學生暢所欲言，傾聽學生的各種想法，不以對錯評價學生，鼓勵個性化發展，以此提高學生的學習興趣和學習能力。為了培養學生的創新意識、創新能力，教師要常采用激勵式教學法，上課要經常鼓勵學生提問題，多提問題。學生提問題，重要的不是學生提問的正確性、邏輯性，而是學生提問的獨特性和創新性，教師和學生通過共同探討，來提高學生的學習積極性和學習興趣。教師在教學過程中應用引導啟發法、理論實踐一體化教學、項目教學法等，將物理化學的理論知識和實驗、工業生產、教師的科研密切結合在一起。

1.3 持續性改進

以往《物理化學》課程教學，一般采用的是傳統的板書式教學，教師在講臺黑板上講解并輔以黑板板書，學生在座位上聽講和練習。板書教學的優點是能直觀地顯現教學內容的脈絡，清晰地表達知識點之間的聯系，能將教學內容系統化、條理化，有助于學生對重點知識的注意，對重、難點一目了然；另在板書書寫的過程中，時間相對較長，使學生有充分的時間進行思考和體會，更容易對知識的把控。傳統式板書教學的缺點是學法單一，信息量不大，創新能力不夠等。后逐漸將傳統式板書教學改為多媒體教學，其優點是信息量大，擴展了課時容量，提高教學效率。多媒體教學的缺點是內容華而不實，重、難點不突出。目前采用的是線上線下混合式教學+傳統的板書式教學，將信息化教學引入課程教學中，并融入課程思政教學。

在近兩年的混合式教學過程中，一開始對不同專業、不同人數、不同學時，采用的線上線下教學比例相同，線上教學學時占總學時的40%，線下教學占60%，在實施時發現學習效果是不同的。對上課人數較多(大約100人左右)，學時較多(大約60學時以上)的專業，如化學工程與工藝專業、高分子工程與工藝專業，在進行混合式教學時，學習效果不理想。對人數較少(50人左右)的專業，如應用化學專業等，學習效果較好。無論是線上學習、線下學習、翻轉課堂、課堂討論、提問、搶答等，應用化學專業的學生自主、自學學習的能力更強，參與度更高，思想更活躍，對知識的應用和解決實際問題的能力更好，學習效果較好。大班課學生學習效果不理想的原因，一是忽略了學生的從眾心里和自控能力不夠；另一個是管理、評價機制不全面。一開始在線上學習中，只是在平臺布置學習任務，討論區發布相關專題或前沿性等話題，布置相應作業，發布相應測試題，學生完成度不高。經過不斷反思、總結，建立小組學習及管理，每個小組3～4人，選好組長，組長進行全面關注，管理、了解組員線上學習完成情況、討論區發言情況、測試、作業完成情況等，及時督促、及時反饋、及時匯報。翻轉課、專題討論課等，對授課的學生由原來的學生自愿報名到小組長參與再到上課隨機點名進行持續改進，使學生的參與度得到提高，自主、自學學習能力得到提高，學習興趣得到提升。另對大班課減少線上教學比例、翻轉課和專題討論課次數，增加板書式教學，目的保證整體學生的教學效果。

對線下教學多采用息化手段教學，提高學生的參與度、學習興趣。對小班課可增加翻轉課程和專題討論課次數，提高學生個性化發展和探究知識的能力。再就是建立物理化學討論、答疑群等，以完善評價機制。

1.4 融入課程思政

將課程思政元素適時融入課程教學中，是一流課程建設的根本任務。旨在提升“學生的愛國熱情、家國情懷，培養學生的職業素質、科研興趣，建立正確得人生觀和價值觀”[5]。在課程思政教學過程中，開始采用的是嵌入式教學，將思政元素寫入教案的每一章節中，上課時著重進行點出，這章的課程思政是什么，要達到什么目的，這種嵌入式教學，教條、死板，教學效果微乎其微，學生產生抵住情緒。經過反思、總結，現在將物理化學的發展史，科學家的奮斗史，物理化學教學內容蘊含的內在思政元素，生活、工作中的所見所聞，安全、環境、衛生等中的思政元素建立一個思政元素教學庫。

在物理化學課程教學中，根據具體情況，適時引入課程思政元素。例如，講課中，學生注意力不集中，學習積極性不高時，可引入一、兩個小故事，來教育學生要有感恩情懷，激勵學生努力、認真的讀書。這種思政元素的引入很真實，可以從內心打動學生，更有利于提高學生的學習動力。講到杠桿規則時，可以不顯山露水的引入生態平衡、環境平衡，建立生態、環境保護意識，灌輸青山綠水就是金山銀山的理念。講到熱力學第一定律時，強調能量守恒的同時，引入節能減排，碳達峰，碳減排，將思政元素潤物細無聲的融入課程教學。諸如此類，在這種潛移默化的教學過程中，學生的思想在發生變化，學生會愛護花草樹木,會將垃圾分類放入垃圾箱,下課時及時關閉教室燈，并帶走教室垃圾，同學之間更團結等等。

2 教學模式重構

由傳統的“灌輸”式教學，教師講學生聽，轉變為以“學生為中心”，進行線上、線下混合式教學，提倡教學模式采用課前、課中、課后的教學思路，培養學生自學和自主學習的能力、解決實踐工程問題的能力，創新能力和探索能力，提高學生的學習興趣。

2.1 課前預習

主要采用線上式教學模式，利用各類優質平臺，如智慧樹、雨課堂、環球網校、慕課、學堂在線、學銀在線、超星爾雅網絡通識課平臺、優課聯盟、好大學在線等等，完成預習學習[6]，對傳統課堂教學起到“補充、強化”的增效作用，挖掘、培養學生在學習過程中的主動性和創造性。教師提前布置需預習的內容，上傳預習要求，預習檢測試題，要求學生在規定的時間內完成，也可要求學生對一些不是重點的知識進行視頻學習，學生根據學習任務單自主學習課程資源，記錄學習的疑問以及心得體會，師生在線答疑。教師根據學生存在的疑惑、對重難點的理解，及時調整上課的內容及重、難點。在課中，教師只進行歸納總結，或提問式教學，只需花幾分鐘時間將這部分內容完成。在課前預習中，教師要學會讓自己去適應學生，帶著學生走向知識，而不是帶著知識走向學生，讓學生適應自己，要授人以漁，而不是授人以魚。課前預習主要是提高學生的自學學習和自主學習的能力，提高學生的學習效率。

2.2 課中教學設計

教師根據學生的預習情況，進行課中教學實施。在整個教學過程中始終“以學生為中心”。課中教師針對本章節重、難點，采用Flash動畫仿真技術、多媒體技術、知識庫技術等CAI教學方式培養學生的觀察力和創新能力，提高教師把握課堂效率，提升學生學習能力[7]。課堂教學密切聯系生產生活實踐，安排討論式學習環節，布置應用型比較強的主題小論文，專題小討論，翻轉課教學，激發學生學習興趣，提高學生學習和思考問題的能力。

教師在教學過程中，對每個章節的教學進行教學設計，針對不同的知識點、在教學設計中要采用不同的教學方法。在教學設計中，首先教師要對教材有一個全面的掌握；其次教師對物理化學知識的起源、演變，經典論著等也要了解；再次物理化學在專業中的地位及與后續課程之間的聯系也要做到心中有數。

2.2.1 提問式課程教學設計

在課中教學中，常采用提問式課程教學設計，教師提出問題，學生思考問題的解決方法，并能將相應的知識應用到實際中解決實際問題。例如，講完熵判據，進入吉布斯函數和亥姆霍茨函數的講解時，可以提出熵判據有何缺點？針對恒溫、恒壓(或恒容)、非體積功為零的變化過程，熵判據會有如何變化？等等。給學生幾分鐘時間，分組進行課堂小討論。教師隨機抽取學生回答上述問題，了解學生對問題解決的情況；教師總結歸納，引出吉布斯函數判據和亥姆霍茨函數判據。這樣學生對這種比較抽象的概念理解會更深刻。再出幾個實際變化過程，讓學生根據所學知識，選取合適的判據判斷過程進行的自發性，學以致用，大大提高學生的學習興趣，有利于培養學生探究科學知識的意識和能力。

2.2.2 情景案例分析課堂教學設計

在課中教學中，當講到某個知識點時，可以通過引入工業、生活等所見實際案例進行情景案例教學設計。如講到熱機、熱機效率時，可引出生活中的熱機有哪些？汽車、飛機、輪船是不是熱機，其工作原理是什么？燃料產生的熱，能否全部轉化為功等等。講到二組分合金相圖時，提出保險絲的組成是什么？請用相圖知識來分析保險絲為什么易于熔斷。講到凝固點降低時，提出冰箱拿出的凍肉等，如何盡快解凍，其原理是什么。通過這些情景案例教學設計，使學生動起來，課堂氣氛活躍起來，從而大大提高學生的學習興趣和學習積極性。培養學生思考問題的能力，分析問題、解決問題的能力，提高學生的創新意識。

2.2.3 理論-實踐一體化課程教學設計

可以將理論-實踐一體化教學引入課程教學設計中。講到丹尼爾電池時，可以將原電池電動勢測定的實驗引入課程教學，課后在實驗室展開原電池電動勢測定實驗；講到表面活性劑的應用，可以通過Flash動畫，演示潤濕過程、乳化過程等；講到二元液系相圖時，可以引入有機化學實驗的蒸餾、蒸餾原理，工業中的精餾、精餾原理等，讓學生切實感受到物理化學專業知識的實用性，激發學生的學習積極性，培養學生解決工程實際問題的能力，同時使學生了解物理化學在整個專業中的承前啟后作用，引領學生建立專業知識體系。

除了采用上述三種教學設計，還將科研、翻轉課、小專題討論、知識拓展匯報、課程思政等引入課程教學設計，并適時進行課堂測試，了解學生的學習情況。

在教學過程中教師要能激發學生的學習動機，喚起學生的求知欲，從而使學生能快樂的，興致盎然地參與到學習中。這樣教師在講課時就需多鼓勵學生，要學生多提為什么。學生提問題，不在乎提問題的正確性、邏輯性，而是提問題的獨特性和創新性。

2.3 課后總結反思

一堂課結束，并不是真正的結束，教師通過智慧樹、雨課堂、QQ群等引導學生總結歸納知識點，構建、繪制知識導圖，布置相應章節的作業，對提交的作業進行批改。通過對知識導圖的繪制和作業的完成情況，對學生進行個性化評價和反饋，從而掌握學生的學習情況和存在問題，并進行教學反思，對教學方法進行持續性改進。

教師可以在討論平臺提出與本章節內容有關的學科的最新研究進展課題，師生共同參與；教師可以引導學生上網收集相關文獻，讓學生整理、歸納，提出問題，教師、學生相互討論，闡述各自的觀點，開拓學生的眼界，提高學生學習的積極性和創新能力；教師也可將科研進入教學，提高學生的探究知識的能力和創新意識，還可將理論知識延伸到工程實例中，提高學生理論聯系實際解決工程問題的能力。

3 課程內容與資源整合

熱力學第一定律、熱力學第二定律、化學平衡這三章的特點是公式多，邏輯思維強，在教學過程中可采用以傳統的板書式教學為主，多媒體教學為輔，并適時引入信息化教學，對一些難理解的內容和一些前沿性和時代性的知識，通過智慧樹、雨課堂、QQ群等引入，提高同學們的學習積極性和科學參與性。多組分系統的熱力學這章的概念較抽象、相平衡這章的特點是以相圖為主，這兩章主要采用多媒體教學和混合式教學相結合的方法，傳統的板書教學為輔的方式進行教學，把一些傳統手段下難以表達的教學內容，或無法觀察到的現象，能生動、形象、新穎、直觀地展示出來，使學生可以在寬松、愉悅的環境中完成學習，從而提高學生的學習興趣。電化學和化學動力學可以采用傳統的板書式教學和多媒體教學相結合的方式進行。整個教學過程，將物理化學的新理論、新進展、任課教師的科研引入課堂，提高學生的科研興趣和創新能力；將工程實際問題密切與理論知識相結合，使學生具有較扎實的理論基礎，又有一定解決實際工程問題的能力。

4 多元課程考核評價方式建立

傳統的課程評價方式是通過平時作業和期末考試成績決定。這種方式形式簡單，使學生不注重平時學習，期末考試時采用死記硬背的突擊式復習，以及格為目的，不利于學生奠定扎實的專業基礎，純粹為考而學，不利于提高教學質量，不利于應用型和創新人才的培養。針對以上問題，我們提出了多元考核的評價方式，側重過程性考核，線上學習15%(線上學習完成度+在線測試+學習筆記等)+線下學習25%(個人作業+小組作業+課堂出勤+課堂表現+課堂測試+課堂展示等)，期末考試60%。通過智慧樹、雨課堂等信息化平臺對學生學習情況的記錄，教師能夠較系統地掌握學生學習動態的全過程，能更加準確和客觀地評價學生的學習效果，找出學生的問題所在，通過調整教學方法、教學設計，進行持續性教學改進。

5 結語

當前一流課程建設已成為高校課程建設的重中之重，物理化學是化學化工、材料、環境等專業的必修專業基礎課，起著承前啟后的作用，其重要性不言而喻。在物理化學一流課程建設與實踐過程中，課程團隊與時俱進，以立德樹人為宗旨，轉變教學理念，突出以學生為中心，將信息技術與課程教學相融合，將科研、工程案例引入課堂，進行線上線下混合式教學，從而有效地激發學生的學習興趣，培養學生自主、自學學習能力，提高學生解決工程實際問題能力和創新能力。