大數(shù)據(jù)時(shí)代的大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)課程建設(shè)
——以“物理化學(xué)”課程教學(xué)為例

于開源，遲曉星，錢麗麗

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶　163319）

大數(shù)據(jù)時(shí)代的大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)課程建設(shè)
——以“物理化學(xué)”課程教學(xué)為例

于開源，遲曉星，錢麗麗

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶163319）

在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下大學(xué)基礎(chǔ)課程——“大學(xué)化學(xué)”的課程建設(shè)過程中，結(jié)合農(nóng)業(yè)院?！拔锢砘瘜W(xué)”的特點(diǎn)，通過搭建基于計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)平臺(tái)，進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)方式，以適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代下對大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)的影響與改變，同時(shí)還搭建了學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)，通過手機(jī)等移動(dòng)終端加強(qiáng)了學(xué)生課余時(shí)間的學(xué)習(xí)，產(chǎn)生互動(dòng)，充分利用學(xué)生的空閑時(shí)間解決好教師教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí)的關(guān)系，從而適應(yīng)現(xiàn)代教育體制改革的發(fā)展和需要。

大數(shù)據(jù)；大學(xué)化學(xué)；物理化學(xué)

0　引言

在當(dāng)代的時(shí)代背景下，大數(shù)據(jù)及云計(jì)算廣泛應(yīng)用于生活和生產(chǎn)的各個(gè)方面［1-2］，如何培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維與相關(guān)的理科（物理、數(shù)學(xué)及化學(xué)）運(yùn)算思維相結(jié)合，是當(dāng)前各個(gè)相關(guān)課程體系探尋的教育方法和手段改革的重點(diǎn)內(nèi)容，更重要的是如何培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用好大數(shù)據(jù)環(huán)境下資源重組、計(jì)算及思維能力的培養(yǎng)。計(jì)算思維是人們運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的思想與方法進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以理解和掌握相關(guān)理論計(jì)算過程中的一系列思維活動(dòng)［3］?！拔锢砘瘜W(xué)”是從研究物理和化學(xué)現(xiàn)象入手，用物理的方法和手段解決實(shí)際過程中化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象的一門邊緣學(xué)科，也是工程類學(xué)生，如化學(xué)工程與工藝、食品工程、生物工程及制藥工程等專業(yè)的基礎(chǔ)課程。課程的性質(zhì)決定了“物理化學(xué)”理論性比較強(qiáng)，要求學(xué)生掌握的理論內(nèi)容抽象、繁瑣、難理解。該門課程很多的理論需要推導(dǎo)過程，故需要學(xué)生有較強(qiáng)的理科邏輯思維和解決問題的能力，但學(xué)生對于抽象的理論無感性認(rèn)識是會(huì)給學(xué)生學(xué)習(xí)過程帶來較多不便，故在本研究中通過“大數(shù)據(jù)時(shí)代”云技術(shù)等手段，加強(qiáng)學(xué)生對一些理論問題的理解。在大數(shù)據(jù)時(shí)代下，學(xué)生不必只依靠傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)思維、物理思維來思考問題、解決問題，計(jì)算思維也將成為人類最基本的思維方式之一［4］?！拔锢砘瘜W(xué)”的基礎(chǔ)理論和數(shù)據(jù)都是從實(shí)際過程和經(jīng)驗(yàn)歸納總結(jié)轉(zhuǎn)變而來，通過猜測假定、定性或定量的總結(jié)出相應(yīng)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的方程，伴隨著思維模式的轉(zhuǎn)變，人們的認(rèn)知過程也由猜測假定的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)榛谑聦?shí)和經(jīng)驗(yàn)的歸納總結(jié)。同時(shí)，科學(xué)發(fā)展的方式也將從過去幾十年間的計(jì)算模擬型轉(zhuǎn)變成數(shù)據(jù)探索型。各種理論、實(shí)驗(yàn)、模擬都統(tǒng)一在信息處理這種數(shù)據(jù)探索框架之下［5］。

化學(xué)是食品、化工類學(xué)生所必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是學(xué)好后續(xù)專業(yè)課的必要準(zhǔn)備［6］。由于其具有與數(shù)學(xué)、物理等科目聯(lián)系性強(qiáng)，數(shù)理推導(dǎo)多、公式繁雜等特點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)“物理化學(xué)”時(shí)感到知識跨度較大、理論性強(qiáng)，對該門課程的學(xué)習(xí)都有不同程度的畏難情緒，在一定程度上影響教學(xué)質(zhì)量的提高［7］。隨著近年來教學(xué)改革的不斷深入，“物理化學(xué)”學(xué)時(shí)數(shù)不斷壓縮。在這種形勢下，如何教好“物理化學(xué)”這門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課絕非易事。本研究重點(diǎn)是讓學(xué)生們用手機(jī)、電腦等多種大數(shù)據(jù)平臺(tái)、云計(jì)算等手段，查閱和推導(dǎo)“物理化學(xué)”中相關(guān)理論與計(jì)算，達(dá)到加深對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，從而加深對抽象理論公式的理解和記憶提高教學(xué)的效果；在教學(xué)改革過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決學(xué)生們遇到的問題，采取不同的應(yīng)對辦法，以調(diào)整教學(xué)方法。

1　突出教材和課程建設(shè)提高教學(xué)質(zhì)量

編寫出版了結(jié)合食品科學(xué)與工程、食品質(zhì)量與安全及營養(yǎng)、生物技術(shù)專業(yè)適用的一套教材《應(yīng)用物理化學(xué)》及《應(yīng)用物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》，此門課程組結(jié)合食品相關(guān)的實(shí)例編寫該教材，充實(shí)基礎(chǔ)理論的內(nèi)容，闡述簡明清晰，便于化學(xué)基礎(chǔ)不夠強(qiáng)的學(xué)生自學(xué)。

進(jìn)一步深入各專業(yè)化學(xué)基礎(chǔ)課程建設(shè)。針對不同專業(yè)分別開設(shè)了“工程化學(xué)基礎(chǔ)”“大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)”“物理化學(xué)”“食工原理”等系列課程，從而構(gòu)建了多元化化學(xué)相關(guān)課程體系，有重點(diǎn)突出了各專業(yè)學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科特點(diǎn)。

2　用大數(shù)據(jù)不斷完善和提高教學(xué)質(zhì)量

2.1建立學(xué)生自學(xué)的新型教學(xué)模式

在課堂上教師引發(fā)學(xué)生，學(xué)生為主體對主要問題進(jìn)行研討，形成“教師引導(dǎo)，學(xué)生自學(xué)”的研究型教學(xué)，學(xué)校在每個(gè)教室都設(shè)有多媒體教學(xué)平臺(tái)，同時(shí)還設(shè)有網(wǎng)絡(luò)，教師可以邊授課，邊教授學(xué)生查閱相關(guān)理論數(shù)據(jù)計(jì)算實(shí)例，進(jìn)行現(xiàn)場演示，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)性和學(xué)生的主體性，從而促進(jìn)學(xué)生對知識體系的理解和掌握，形象生動(dòng)的教學(xué)，從而將所學(xué)的知識深入的理解。

2.2重組教學(xué)內(nèi)容，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式

通過優(yōu)化和壓縮物理化學(xué)原理，以及相關(guān)現(xiàn)象與規(guī)律，在教學(xué)內(nèi)容的更新上，可以適當(dāng)增加了學(xué)科的新進(jìn)展和新發(fā)現(xiàn)，邊教學(xué)邊實(shí)踐，讓學(xué)生對物理化學(xué)的抽象的原理，有了更形象化、具體化的理解。例如，對食品工程專業(yè)的學(xué)生，在相平衡及膠體等章節(jié)，結(jié)合乳化、濃縮、均質(zhì)等工藝特點(diǎn)，可以在網(wǎng)絡(luò)上查閱相關(guān)工藝流程的創(chuàng)造工藝視頻，同時(shí)還可以結(jié)合現(xiàn)在物理化學(xué)微觀化的發(fā)展，可以用現(xiàn)在的掃描電鏡及透射電鏡圖，更形象化的、有針對性的加深學(xué)生對這些內(nèi)容的理解，取得了良好的教學(xué)效果。

2.3利用課程外的課余時(shí)間

（1）教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)注重“大數(shù)據(jù)”。隨著課程體系的壓縮，大學(xué)生有大量的課余時(shí)間，如果充分利用好學(xué)生的課余時(shí)間，指導(dǎo)和調(diào)動(dòng)學(xué)生對課程體系的興趣，使他們變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，是課題組現(xiàn)在主要的努力方向。在大數(shù)據(jù)背景下，手機(jī)終端、APP等占據(jù)了大量的學(xué)生業(yè)余時(shí)間，如何提出問題，讓學(xué)生能夠結(jié)合相關(guān)設(shè)備查閱相關(guān)資料，是主要研究的內(nèi)容，也是主要教學(xué)方法改革的目的。例如，成績評定系統(tǒng)中加大了課堂平時(shí)成績的比例，通過對學(xué)生“課后布置討論問題—課上提問相關(guān)問題—對難解問題課后討論”，加深了學(xué)生對物理化學(xué)難解知識點(diǎn)的理解?！胺泡p理論的講解，重視技能的培養(yǎng)，增進(jìn)理論的應(yīng)用”為主線設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容［1］。

筆者設(shè)計(jì)了相關(guān)內(nèi)容的專題討論，如對熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)中的基本概念及經(jīng)典理論設(shè)定專題，分別設(shè)計(jì)專業(yè)討論組，可以選出或指派的方式，設(shè)定專人管理（主要是協(xié)助教師對任務(wù)的布置，收集相關(guān)材料、匯總、發(fā)言等），給學(xué)生設(shè)定相關(guān)課題，可以通過查閱數(shù)據(jù)庫完成課程論文，通過學(xué)生的報(bào)告和論文的成績，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和整改教學(xué)的重點(diǎn)，同時(shí)也調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)生的積極性，從而提高學(xué)生熟練應(yīng)用物理化學(xué)原理和方法，解決實(shí)際問題的能力。

大數(shù)據(jù)時(shí)代下的學(xué)生們并沒有像教師一樣會(huì)運(yùn)用大數(shù)據(jù)，課余期間，學(xué)生們除用大量的時(shí)間玩手機(jī)、聊天、微信等以外，沒有用手機(jī)或電腦數(shù)據(jù)終端與學(xué)習(xí)建立起相關(guān)性，如何教授學(xué)生用數(shù)據(jù)庫，讓學(xué)生建立起對學(xué)習(xí)問題的思考、提出問題、建立模型并上升為理論，是“物理化學(xué)”分析問題的主要方法。經(jīng)常聽人們說：“理工科的學(xué)生要在大學(xué)里學(xué)習(xí)的不是基本定理的公式、如何背公式，而是讓學(xué)生充分理解前人是如何從大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中找出相關(guān)規(guī)律，得出歸納的模型、定理和定律”。

2.4教學(xué)手段與方法的多樣化，豐富了教學(xué)的內(nèi)容

采用生動(dòng)活潑、形象的多媒體輔助教學(xué)，增加了教學(xué)過程中的形象性和生動(dòng)性，提高了學(xué)生的積極性和聽課效果。在理論教學(xué)過程中，要以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)和計(jì)算思維解決實(shí)際問題的基本能力為核心，注重基礎(chǔ)知識的教學(xué)，強(qiáng)調(diào)對問題的求解、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)模型的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，改變以往技能講解學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的培養(yǎng)方式。例如，在課堂教學(xué)過程中，加入網(wǎng)絡(luò)資料及數(shù)據(jù)收集、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等計(jì)算機(jī)運(yùn)動(dòng)的講解，可以現(xiàn)場操作和演示課程中“物理化學(xué)”數(shù)據(jù)計(jì)算與公式推導(dǎo)，有助于學(xué)習(xí)從各種現(xiàn)象和大數(shù)據(jù)中總結(jié)相關(guān)規(guī)律，把握“物理化學(xué)”的內(nèi)在本質(zhì)。

2.5大數(shù)據(jù)建設(shè)改變教學(xué)手段和內(nèi)涵

采用生動(dòng)活潑、形象逼真的教學(xué)課件，增加了教學(xué)的形象性，信息量大使抽象的概念生動(dòng)化，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，結(jié)合教學(xué)改革將改革方法思路以框圖說明。

教學(xué)手段改革見圖1。

圖1　教學(xué)手段改革

3　搭建學(xué)生自主學(xué)習(xí)平臺(tái)

結(jié)合學(xué)校共享的網(wǎng)絡(luò)電子圖書館等多媒體教育資源，建設(shè)了網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化教學(xué)及輔助教學(xué)，實(shí)現(xiàn)了理論課程與實(shí)驗(yàn)課程的網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)平臺(tái)，學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、查閱資料、與教師互動(dòng)交流，使教學(xué)過程豐富生動(dòng)、教學(xué)效果突出。根據(jù)不同形式的課后作業(yè)，學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)獨(dú)立解決實(shí)際過程中的問題，提高了學(xué)生的主動(dòng)性和直觀性，增加了學(xué)生的創(chuàng)新思維，以達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

4　結(jié)語

教育是自主，即自組織行為。對于新時(shí)代下的大學(xué)生來講，他們不應(yīng)該把思維只停留在書本、課堂，而是應(yīng)該放眼未來；而新環(huán)境下的教師，也不應(yīng)該把學(xué)生限定在眼前的學(xué)習(xí)，應(yīng)該注重學(xué)生能力的培養(yǎng)。

大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來為大學(xué)教育帶來了巨大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，“大學(xué)化學(xué)”是理工類大學(xué)生必修的基礎(chǔ)課程，大學(xué)化學(xué)中“物理化學(xué)”又稱“理論化學(xué)”，學(xué)生學(xué)習(xí)感覺枯燥乏味，教育者們?nèi)绾螒?yīng)對機(jī)遇，把握好時(shí)代背景下的挑戰(zhàn)是打好這場勝仗的關(guān)鍵。教師要從海量的學(xué)習(xí)與輔助教學(xué)資源中，培養(yǎng)學(xué)生以計(jì)算思維、創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐，改變傳統(tǒng)的教學(xué)理念，讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析與預(yù)測大數(shù)據(jù)，以適應(yīng)時(shí)代的要求。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院以食品科學(xué)與工程專業(yè)為一級學(xué)科建立起以工科為主的食品專業(yè)體系，課程建設(shè)中“大學(xué)化學(xué)”是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，“物理化學(xué)”課程建設(shè)中以大數(shù)據(jù)為契機(jī)，深化了計(jì)算機(jī)、化學(xué)及食品科學(xué)與工程綜合型人才培養(yǎng)，并應(yīng)用到其他專業(yè)課程中，對全院人才培養(yǎng)模式改革發(fā)揮出積極的指導(dǎo)作用。

［1］卞昭玲，張艷欣.大數(shù)據(jù)時(shí)代檔案信息服務(wù)課程建設(shè)初探——以河北大學(xué)檔案學(xué)專業(yè)教學(xué)為例 ［J］.檔案學(xué)通訊，2015（1）：78-81.

［2］王移芝，魯凌云，周圍.以計(jì)算思維為航標(biāo)拓展計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程改革的新思路 ［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2012（6）：39-41.

［3］茍燕，趙希武.大數(shù)據(jù)時(shí)代下基于云平臺(tái)的“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程建設(shè) ［J］.內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào)（教育科學(xué)版），2015（1）：93-95.

［4］王海嘯.大數(shù)據(jù)時(shí)代的大學(xué)英語寫作教學(xué)改革 ［J］.現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2014（3）：66-72，86.

［5］劉中宇，劉海良.大數(shù)據(jù)時(shí)代高校云資源應(yīng)用 ［J］.現(xiàn)代教育技術(shù)，2013（7）：59-62.

［6］田來進(jìn)，程超，孫學(xué)軍，等.高師有機(jī)化學(xué)課程建設(shè)與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng) ［J］.廣州化工，2013（7）：188-189，215.

［7］侯文華，姚天揚(yáng).物理化學(xué)課程教學(xué)探索與實(shí)踐 ［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2012（7）：38-40.◇

The Construction of University Chemistry Foundation Course in Big Data Era：Taking Physical Chemistry as an Example

YU Kaiyuan，CHI Xiaoxing，QIAN Lili
（College of Food Science，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing，Heilongjiang 163319，China）

In the era of big data in the university of basic courses in university chemistry course construction process under the background of the era of big data，combined with the characteristics of agricultural colleges and universities Physical Chemistry.By building a teaching platform based on computer and Internet，to further improve the teaching methods，in order to adapt to the era of big data under the basic courses of university chemistry teaching and the influence of the change.At the same time，also to build a network learning platform for students，through mobile phones and other mobile terminals to strengthen the spare time to learn and interact with each other，make full use of the students'spare time to solve good teachers to teach and students learning the relationship，in order to adapt to the development and needs of the modern education system reform.

big data；university chemistry；Physical Chenmistry

G642.0

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.08.051

1671-9646（2016）08b-0074-03

2016-06-17

黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)教改項(xiàng)目（NDJY15B26）。

于開源（1978— ），女，碩士，講師，研究方向?yàn)槭称肺锢砘瘜W(xué)、天然產(chǎn)物提純。