材料科學(xué)與工程專業(yè)物理化學(xué)課程教學(xué)改革的幾點建議

彭邦華　肖芙蓉　廉宜君　陳宏偉　高英

摘要：物理化學(xué)是高校材料類專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程。介紹了石河子大學(xué)近幾年來材料科學(xué)與工程專業(yè)物理化學(xué)課程體系中出現(xiàn)的一些問題，以及教學(xué)改革與探索的幾點建議，包括教學(xué)體系的重構(gòu)、改進教學(xué)方法、強化實驗配套教學(xué)。以此為舉措，推動提高教學(xué)質(zhì)量提高。

關(guān)鍵詞：材料類專業(yè)；物理化學(xué)；教學(xué)改革；建議

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）37-0128-02

物理化學(xué)課程是高?；瘜W(xué)專業(yè)最重要的一門基礎(chǔ)課程，該課程內(nèi)容豐富、前后連貫、邏輯推理清晰、理論性強，不僅可對化學(xué)、化工、環(huán)境專業(yè)學(xué)生開設(shè)，也可為生物、材料、食品、水建等專業(yè)學(xué)生設(shè)置。隨著社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，高等學(xué)校不斷深化教學(xué)改革，全面提高教學(xué)質(zhì)量，對物理化學(xué)學(xué)科的課程講授和發(fā)展也提出了更高的要求。結(jié)合我校的實際情況，以及我們近幾年在建設(shè)校級精品課程的探索與實踐，重新審視材料科學(xué)與工程專業(yè)物理化學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)目前我校材料專業(yè)物理化學(xué)課程教學(xué)中還存在以下的問題：

1.現(xiàn)行的教學(xué)計劃中，無機化學(xué)相關(guān)課程以及后續(xù)一些專業(yè)課，與物理化學(xué)授課內(nèi)容中有一些重復(fù)之處。

2.教材中抽象理論太多，造成了學(xué)生對這門基礎(chǔ)課程產(chǎn)生了比較枯燥無味的感覺；加之內(nèi)容多，課時量有限，老師在課堂講授中不能針對某一化學(xué)原理或原理推導(dǎo)過程進行深入的剖析和講解。

3.與之配套的物理化學(xué)實驗課，經(jīng)常采用多個班級集中循環(huán)進行試驗的模式，有時理論部分未講授到，但實驗課程因為循環(huán)時間到，又必須開始，即實驗內(nèi)容超前于理論教學(xué)的進度，或者理論課早已講授完畢，而實驗課程卻推后進行，學(xué)生不能及時將理論和實驗相聯(lián)系，無法達到預(yù)期的教學(xué)效果。目前我校物理化學(xué)的實驗內(nèi)容，基本以驗證基礎(chǔ)理論為主，缺少綜合性、設(shè)計性及性能測試試驗，因此物理化學(xué)實驗體系缺少培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的意識以及提高學(xué)生動手能力的舞臺。

因此，需要積極推進課程體系改革，充實和更新教學(xué)內(nèi)容、改進教學(xué)方法、豐富實驗教學(xué)，從而全面提高物理化學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量和效果。

一、優(yōu)化整合相關(guān)學(xué)科內(nèi)容，打破學(xué)科壁壘，構(gòu)建新的教學(xué)體系

對于我校材料科學(xué)與工程專業(yè)，按照2013版教學(xué)大綱的要求和已制定的教學(xué)計劃，其中包含的課程，如無機化學(xué)、無機非金屬材料、催化作用原理、膠體與界面化學(xué)等專業(yè)課，它們都與物理化學(xué)課程密切相關(guān)，有些課程如催化作用原理和膠體與界面化學(xué)，直接是從物理化學(xué)的大體系中劃分出去的。由于我院材料專業(yè)招生時間不長，而這些課程總是不同的教師授課，教師之間就授課內(nèi)容未來得及進行充分的交流，經(jīng)過幾年的授課，發(fā)現(xiàn)同一知識點的簡單重復(fù)難以避免。因此，建議課程組就這一現(xiàn)象，加強教師間的交流與合作，將這些課程的內(nèi)容進行有效的整合，突破原來以學(xué)科和專業(yè)來劃分的粗放型的課程體系，建立起適合于自己專業(yè)的有效課程體系，是目前我院物理化學(xué)教學(xué)改革的一項重要任務(wù)。

我校材料學(xué)科專業(yè)物理化學(xué)課程采用的是南京大學(xué)沈文霞主編的《物理化學(xué)核心教程》第二版教材，主要的授課內(nèi)容包括熱力學(xué)（熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、化學(xué)平衡和相平衡）和動力學(xué)部分（包括化學(xué)反應(yīng)速率、電化學(xué)、表面現(xiàn)象和膠體化學(xué)），共56課學(xué)時，大學(xué)二年級上半年授課；而無機化學(xué)，同分析化學(xué)一起共48學(xué)時，無機部分主要講授熱化學(xué)（熱力學(xué)第一定律）、稀溶液的性質(zhì)、膠體溶液、化學(xué)平衡及化學(xué)反應(yīng)速率；根據(jù)教學(xué)大綱的安排，膠體和界面化學(xué)、催化作用原理這兩門課程各安排24個學(xué)時，在大學(xué)三年級下學(xué)期開展。通過幾年授課，經(jīng)老師觀察和學(xué)生反映不難發(fā)現(xiàn)，以上所述這些課程，在知識內(nèi)容上相互之間都存在著一定的重復(fù)性和交叉性。

針對課程內(nèi)容重復(fù)的問題，為了避免盲目浪費學(xué)時數(shù)，有效改善不同課程之間的重復(fù)授課，充分利用大學(xué)課堂掌握更多的知識，使我們在課堂上的幾十分鐘內(nèi)有效地完成教學(xué)任務(wù)，這里提議對材料系開設(shè)的幾門相關(guān)課程教學(xué)內(nèi)容進行整合，使每門課都有其側(cè)重點，建議組建一個全新的教學(xué)體系，同時要照顧到這些學(xué)科知識的完整性和獨立性。例如，講授無機化學(xué)課程時，建議把化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)平衡作為重點內(nèi)容詳細講授，而其他內(nèi)容，如電化學(xué)、相平衡和化學(xué)反應(yīng)速率這些內(nèi)容作為物理化學(xué)課程的授課側(cè)重點。物理化學(xué)理論課程中的膠體、表面現(xiàn)象則可放在膠體和界面化學(xué)以及催化作用原理這兩門課程中主要講授，物理化學(xué)課程就不講授這部分內(nèi)容。這樣既節(jié)省了時間，又突出了重點，不僅使教學(xué)內(nèi)容獨立而完整，還可以適當減輕因課時量小帶來的物理化學(xué)的教學(xué)壓力，彌補了物理化學(xué)課程內(nèi)容多、課時少的矛盾，老師在授課的過程中再也不擔心時間不夠用而只能淺顯的表述；對于學(xué)生來說，仍然是掌握了整個物理化學(xué)的原理，而且更加堅實。

二、掌握專業(yè)知識框架，改革教學(xué)方法

通過對物理化學(xué)課堂的觀察，發(fā)現(xiàn)學(xué)生們剛開始對這門課還保持有神秘感，大多數(shù)同學(xué)對這門課還是很有興趣的，加之從師哥師姐們那里聽說這門課容易掛科，因此學(xué)生們剛開始上課的時候都很認真。但是隨著課程的深入，部分同學(xué)開始松懈，開始排斥這門課程，以至于后來干脆放棄學(xué)習(xí)。經(jīng)過細心調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)生們在失去學(xué)習(xí)興趣后，慢慢迷失在這門課程中。盡管老師在課堂上一再強調(diào)要理清楚各章節(jié)之間內(nèi)容的聯(lián)系，重點記憶關(guān)鍵結(jié)論，但大部分同學(xué)仍然做不到，不能掌握物理化學(xué)課程的知識框架，也沒有選擇性的記憶關(guān)鍵問題，總是被動地接受課堂上講授的內(nèi)容，甚至被很多的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程迷惑。而實際上這門課程內(nèi)容銜接緊密，邏輯性很強。把各章節(jié)之間的知識框架理清楚之后，就坦然的接受和明白了各章的結(jié)論，也有利于知識點的重點記憶。在教學(xué)過程中，注重課程之間的聯(lián)系，通過知識點的連接和相關(guān)內(nèi)容銜接相關(guān)的課程，及時引導(dǎo)學(xué)生把所學(xué)的內(nèi)容納入到學(xué)科的框架中，幫助學(xué)生建立較完整的知識框架，不要迷失在盲目的理論推導(dǎo)中。

物理化學(xué)這門課理論性很強，內(nèi)容較多而抽象，公式又多，學(xué)生接受很困難，這就對老師的課堂教學(xué)提出了更高的要求。為了能夠進行有效的課堂教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，常把日常生活現(xiàn)象中涉及的物理化學(xué)原理介紹給學(xué)生。比如，舉例高溫下食物容易變質(zhì)的問題，聯(lián)系化學(xué)動力學(xué)的理論加以說明；講解溫度對反應(yīng)平衡和反應(yīng)速率的雙重影響時，例舉合成氨工業(yè)中如何選擇最佳溫度；涉及講授表面化學(xué)的理論時，可以例舉農(nóng)民鋤地能防止水分蒸發(fā)的現(xiàn)象，或者小氣泡、液滴、呈球形的現(xiàn)象，加以解釋后，學(xué)生就會對表面性質(zhì)有清晰的認識；講授滲透壓的時候，聯(lián)系滲透壓的作用，提問為什么肥料用多了農(nóng)作物會“燒死”？打吊瓶時為什么會感覺到疼痛？讓學(xué)生帶著問題聽課，面對生活中各種現(xiàn)象去思考，多問幾個為什么，自己到物理化學(xué)中去尋找答案，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的興趣，也就達到了提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

除此之外，在課堂上還可以采用小班討論或者Seminar討論式教學(xué)模式，以教師和學(xué)生為共同的教學(xué)主體，就某些共同關(guān)注的問題，在和諧的氣氛中進行討論，加強教師和學(xué)生之間的交流和溝通。課下，利用我校教務(wù)處網(wǎng)站的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，與學(xué)生進行課下的交流和習(xí)題討論、小測驗等，與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式相比，它具有互動性、合作性、學(xué)術(shù)性的優(yōu)勢。

三、強化配套實驗教學(xué)

實驗教學(xué)在物理化學(xué)課程的教學(xué)中占有十分重要的地位，它與物理化學(xué)課程緊密配合，鞏固和加深對物理化學(xué)原理的理解，提高學(xué)生對知識靈活應(yīng)用的創(chuàng)新能力，還培養(yǎng)了觀察和分析問題的能力。

為了避免實驗課程超前理論課程，建議在學(xué)習(xí)完物理化學(xué)相關(guān)理論后，及時在學(xué)期后半學(xué)期開設(shè)實驗課程。課程組已經(jīng)設(shè)置獨立的實驗課并計算學(xué)分，如：配合表面現(xiàn)象，開展了液體表面張力的測定實驗、粉體粒度分析實驗；為了鞏固反應(yīng)速率反應(yīng)章節(jié)的學(xué)習(xí)，開設(shè)蔗糖反應(yīng)速率常數(shù)、乙酸乙酯反應(yīng)速率常數(shù)的測定實驗等。同時，也應(yīng)鼓勵學(xué)生根據(jù)所學(xué)理論，合理設(shè)計實驗項目，開展綜合性創(chuàng)新實驗，增加設(shè)計研究型實驗，根據(jù)設(shè)計實驗的題目、要求等內(nèi)容，讓學(xué)生查閱相關(guān)資料，并利用學(xué)過的理論知識，選用相關(guān)的儀器、藥品，分析實驗中的難點和關(guān)鍵步驟等，自行完成實驗內(nèi)容、并上講臺講授實驗，以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力。

經(jīng)過幾年的探索和實踐，我院化學(xué)化工學(xué)院材料專業(yè)物理化學(xué)課程的教學(xué)改革將有助于提高學(xué)校物理化學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量和效果，促進了物理化學(xué)這門校級精品課程的建設(shè)和發(fā)展。

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