物理化學(xué)立體化課程體系的構(gòu)建與探索

郭 暢，吳臘霞

（安慶師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，安徽安慶246133）

我校物理化學(xué)課程1999年經(jīng)安徽省教育廳批準(zhǔn)，確立為首批省重點建設(shè)課程；2004年，被評為首批省級精品課程。隨著學(xué)校的不斷發(fā)展壯大，物理化學(xué)課程覆蓋延展成為“物理化學(xué)”“物理化學(xué)實驗”“結(jié)構(gòu)化學(xué)”“統(tǒng)計熱力學(xué)”“化學(xué)動力學(xué)與催化”“界面與膠體化學(xué)”“配位化學(xué)”等系列課程，授課對象由原來的化學(xué)專業(yè)擴展成應(yīng)用化學(xué)、材料化學(xué)、化學(xué)工程與工藝、化學(xué)、環(huán)境工程、車輛工程、自動化等多個專業(yè)。為了適應(yīng)新專業(yè)新形勢的需要，進一步擴大學(xué)校學(xué)科影響力，提升化學(xué)化工學(xué)院學(xué)科發(fā)展能力，不僅要細化物理化學(xué)課程在各專業(yè)的側(cè)重點，還要保證物理化學(xué)知識點在各專業(yè)的延展和擴充[1-2]。據(jù)此，課題組按照3個遞進層次進行了物理化學(xué)立體化課程體系的構(gòu)建和探索。第1層次是完善原有化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程“物理化學(xué)”，建設(shè)以多媒體課件為主體，精品課程網(wǎng)站為輔助，視頻教學(xué)、在線答疑、課堂研討、模擬實驗、自編教材講義等多種手段為脈絡(luò)的物理化學(xué)課程教學(xué)體系。第2層次是在第1層次建設(shè)基礎(chǔ)上，立足于化學(xué)專業(yè)、化學(xué)工程與工藝專業(yè)、材料化學(xué)專業(yè)以及資源環(huán)境學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)的發(fā)展，參照國家職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)技術(shù)人員職業(yè)水平標(biāo)準(zhǔn)，致力于培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才，改革各專業(yè)“物理化學(xué)”課程結(jié)構(gòu)和教學(xué)內(nèi)容，規(guī)范課程教學(xué)基本要求，形成適用于不同專業(yè)的物理化學(xué)課程體系。第3層次，在前兩個層次的基礎(chǔ)上，進行大物理化學(xué)學(xué)科課程群建設(shè)，這也是課題組課程建設(shè)的終極目標(biāo)。將第2層次建設(shè)的“物理化學(xué)”課程作為大立體化課程體系的主干課程，以物理化學(xué)的理論基礎(chǔ)即化學(xué)專業(yè)必修課“結(jié)構(gòu)化學(xué)”、物理化學(xué)基礎(chǔ)知識應(yīng)用于化工專業(yè)所衍生出來的“化工熱力學(xué)”、物理化學(xué)知識在材料化學(xué)專業(yè)的主要應(yīng)用“材料科學(xué)基礎(chǔ)”這3門課程構(gòu)建核心課程群。圍繞主干課程和核心課程群，設(shè)計立體化課程內(nèi)容體系與實踐項目開發(fā)，探索構(gòu)建大物理化學(xué)立體化課程體系。

1 制定、完善立體化課程體系教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容

目前，本校有4個專業(yè)將“物理化學(xué)”設(shè)置為專業(yè)基礎(chǔ)課，課題組針對各專業(yè)的相關(guān)單位和企業(yè)的崗位要求進行了調(diào)研，堅持以學(xué)生為本，致力于為各專業(yè)后續(xù)課程夯實基礎(chǔ)，結(jié)合2018版培養(yǎng)方案的要求，精心調(diào)整了不同專業(yè)“物理化學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容，制定了相應(yīng)的教學(xué)大綱。

化學(xué)專業(yè)主要任務(wù)是培養(yǎng)中學(xué)化學(xué)教師，物理化學(xué)課程作為理論化學(xué)，對于中學(xué)化學(xué)重難點的深入理解至關(guān)重要。鑒于中學(xué)化學(xué)涉及平衡反應(yīng)移動、電化學(xué)以及動力學(xué)基礎(chǔ)知識，在化學(xué)專業(yè)的物理化學(xué)授課時，就要注重章節(jié)相關(guān)案例的羅列和解釋?；瘜W(xué)化工學(xué)院一直學(xué)風(fēng)濃厚，化學(xué)專業(yè)大部分同學(xué)都愿意繼續(xù)深造，積極準(zhǔn)備研究生入學(xué)考試，而“物理化學(xué)”課程就是一門必考的專業(yè)基礎(chǔ)課。為了服務(wù)這一部分同學(xué)，在大三下學(xué)期專門開設(shè)了“高等物理化學(xué)”，主要目的是進一步深化物理化學(xué)相關(guān)學(xué)習(xí)，除了介紹了統(tǒng)計熱力學(xué)這部分內(nèi)容以外，還對熱力學(xué)、動力學(xué)和電化學(xué)的重難點進行了回顧和總結(jié)。

對于化學(xué)工程與工藝專業(yè)，仔細調(diào)研相關(guān)后續(xù)課程的內(nèi)容和要求，將其中物理化學(xué)相關(guān)知識點進行整理和細化，發(fā)現(xiàn)“化工原理”涉及相平衡中精餾的知識點，“化工熱力學(xué)”涉及熱力學(xué)中卡諾循環(huán)，“化工工藝流程”之合成氨工業(yè)生產(chǎn)的原理中同時涉及化學(xué)平衡和表面動力學(xué)，而“化學(xué)反應(yīng)工程”對動力學(xué)中的簡單級數(shù)反應(yīng)和多相催化反應(yīng)的要求比較高。結(jié)合這幾門課程的具體要求，對“物理化學(xué)”課程中的熱力學(xué)、化學(xué)平衡、相平衡和動力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容進行了強化和調(diào)整。考慮到國家對從事化工工程（包括化工、石化、化纖、醫(yī)藥和輕化）設(shè)計及相關(guān)業(yè)務(wù)活動的專業(yè)技術(shù)人員實行執(zhí)業(yè)資格注冊管理制度，相關(guān)技術(shù)人員必須通過注冊化工工程師執(zhí)業(yè)資格考試。而“物理化學(xué)”正是專業(yè)基礎(chǔ)科目之一，是化工專業(yè)畢業(yè)生進入化工行業(yè)的必備知識，所以，對化工專業(yè)的授課更注重應(yīng)用方面，強化數(shù)學(xué)知識的應(yīng)用，要求工科同學(xué)能獨立進行公式推導(dǎo)和相關(guān)證明，要能學(xué)以致用，切實掌握相關(guān)物理化學(xué)知識點。

材料化學(xué)專業(yè)突出熱力學(xué)、相平衡和表面化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，為后續(xù)“材料科學(xué)基礎(chǔ)”“材料物理”等課程奠定基礎(chǔ)。因為目前化學(xué)化工學(xué)院的材料化學(xué)專業(yè)偏高分子方向，所以，在進行表面和膠體的教學(xué)中，對高分子的相對分子量和各種粘度進行了重點介紹。

環(huán)境工程專業(yè)重點強化熱力學(xué)函數(shù)基本概念、平衡原理的實際應(yīng)用、溶液、反應(yīng)速率方程、電解表面現(xiàn)象、膠體化學(xué)等教學(xué)內(nèi)容，為后續(xù)“環(huán)境生態(tài)學(xué)”“大氣污染控制”等課程的學(xué)習(xí)提供方法和理論指導(dǎo)。

通過制定不同專業(yè)“物理化學(xué)”教學(xué)大綱，課程組對第3層次課程體系中的主干課程把握性更強，為大物理化學(xué)的立體化建設(shè)奠定了堅實的思想基礎(chǔ)，有力保障了教學(xué)質(zhì)量。在立體化課程體系的核心課程群建設(shè)中，充分利用主干課程建設(shè)成果，拓展深化各核心課程相關(guān)知識點，在總結(jié)近幾年教學(xué)實踐和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，制定了三門相關(guān)核心課程的教學(xué)大綱。“結(jié)構(gòu)化學(xué)”是通過了解微觀體系中微粒的運動規(guī)律，獲得原子、分子和晶體結(jié)構(gòu)的基本理論和基本知識，為學(xué)生今后從事教學(xué)和科研或繼續(xù)深造打下堅實的理論基礎(chǔ)?；瘜W(xué)專業(yè)的結(jié)構(gòu)化學(xué)單獨開課，在2018年培養(yǎng)方案中，材料化學(xué)的結(jié)構(gòu)化學(xué)作為“物理化學(xué)(2)”開設(shè)?；I(yè)開設(shè)的“化工熱力學(xué)”和材料化學(xué)專業(yè)開設(shè)的“材料科學(xué)基礎(chǔ)”也屬于核心課程，課題組打破按專業(yè)劃分教研室的格局，積極吸納化工和材化專業(yè)授課教師，互相學(xué)習(xí)，共同討論，將相關(guān)物理化學(xué)知識點深化細化到各門核心課程，鼓勵教師引入工科類別科研實踐和相關(guān)課題實例，教學(xué)效果明顯。

2 構(gòu)建物理化學(xué)立體化課程體系教學(xué)平臺

在第二層次課程建設(shè)中，通過集體備課，制定適用于不同專業(yè)的主干課程“物理化學(xué)”課件。積極利用新技術(shù)，結(jié)合ppt和Cam tasia Studio程序嘗試制作視頻課程，直接上傳至QQ教學(xué)群，學(xué)生可在線或下載觀看，遇到難點還可以重復(fù)學(xué)習(xí)，反復(fù)揣摩。在占有和整合大量資料的基礎(chǔ)上，建立第3層次大物理化學(xué)教學(xué)輔導(dǎo)網(wǎng)站。針對主干課程“物理化學(xué)”，上傳了各章節(jié)練習(xí)題和思考題，制作了各章節(jié)在線測試，提供了大量物化相關(guān)學(xué)習(xí)資料。同時將核心課程群相關(guān)資料，如教學(xué)大綱、課件、仿真實驗、實訓(xùn)視頻等上傳至網(wǎng)站，便于不同專業(yè)同學(xué)進行發(fā)散性學(xué)習(xí)。

3 打造開放型、多元化、立體化物理化學(xué)教學(xué)團隊

物理化學(xué)教研室9名教師中博士6名，碩士3名，35歲以下教師占50%，一支充滿活力，教學(xué)特色鮮明，學(xué)術(shù)造詣高，教學(xué)能力強，學(xué)術(shù)研究背景互補，職稱結(jié)構(gòu)、年齡結(jié)構(gòu)、學(xué)緣結(jié)構(gòu)合理，開放型、多元化的教學(xué)團隊已大體形成。項目組鼓勵年輕教師進行教學(xué)研究，實行導(dǎo)師制和聽課制，不僅保證了教學(xué)質(zhì)量，也增強了凝聚力。吸收思想活躍的年輕教師，集體備課、集體討論，形成良性循環(huán)。課題組教師結(jié)合在研課題，先后在教學(xué)中引入有機電合成、鋰離子電池、光電催化、光解水、電子銅箔關(guān)鍵技術(shù)等多個新型課題實例，有機結(jié)合專業(yè)理論和科學(xué)研究，拓展本科教學(xué)資源，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，先后指導(dǎo)學(xué)生獲得安徽省“挑戰(zhàn)杯”課外科技作品競賽一等獎、安徽省大學(xué)生化學(xué)競賽一等獎等多個省級競賽獎勵。同時，為了緊密結(jié)合企業(yè)人才需求，積極安排專業(yè)教師到研究機構(gòu)、企業(yè)頂崗實踐，提高技能水平，并專門聘請相關(guān)化工企業(yè)工程師作為兼職教師，參與制定人才培養(yǎng)方案，設(shè)計工科課程考核標(biāo)準(zhǔn)，提供生產(chǎn)實習(xí)和畢業(yè)實習(xí)的相關(guān)指導(dǎo)，在人才培養(yǎng)方面給出寶貴建議。課題組還設(shè)想邀請物理化學(xué)方面的知名校友，定期為學(xué)生開設(shè)學(xué)術(shù)講座，介紹學(xué)科前沿動態(tài)。鼓勵師生充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，注冊國外知名大學(xué)相關(guān)MOOC，在英語氛圍下進行學(xué)習(xí)討論，培養(yǎng)國際化開放式思維。

4 變革教學(xué)組織形式，引進新的教學(xué)方法，推行立體化考核方式

在第2層次的課程建設(shè)中，為了對課堂教學(xué)進行補充、方便學(xué)生與教師的雙向溝通，課題組針對各專業(yè)不同年級建立了3個QQ教學(xué)群，專門用于課外輔導(dǎo)和交流。目前，群在線人數(shù)逾700人，群文件超過2G，教師擔(dān)任管理員，堅持天天在線解答。課題組2018年成功申報安徽省大規(guī)模在線開放課程示范項目，正積極進行物理化學(xué)MOOC錄制和制作，為結(jié)合在線教學(xué)，進一步實施翻轉(zhuǎn)課堂提供有力支持。

為了探索物理化學(xué)課程的終結(jié)性評價模式，引入了形成性評價方式。在主干課程各章節(jié)結(jié)束之后，引導(dǎo)組織學(xué)生參與各種形式的測試、搶答和討論，設(shè)置學(xué)生感興趣的、難易程度適中的任務(wù)，提高學(xué)生參與度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣[3-5]。充分利用MOOC平臺的在線評價功能，章節(jié)作業(yè)、課后問答、在線測試的動態(tài)化評價結(jié)果都可作為最終評分的部分依據(jù)，真正做到形成性評價，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

5 總結(jié)

通過三個不同層次的物理化學(xué)立體化課程體系的建設(shè)，本課題組2014年獲批安徽省重大教學(xué)改革研究項目“物理化學(xué)立體化課程體系建設(shè)”，2018年該項目通過結(jié)題答辯并評為優(yōu)秀，同期結(jié)題的284個省級重大教改項目中，只有6個被評定為優(yōu)秀等級。同年，主干課程“物理化學(xué)”成功申報省級大規(guī)模在線開放課程（MOOC）示范項目。目前，以第1層次和第2層次物理化學(xué)課程的立體化建設(shè)為輻射點，帶動核心課程群建設(shè)，主干課程和核心課程群互相融合彼此促進，第3層次的大物理化學(xué)立體化課程體系已經(jīng)初具規(guī)模，取得了較好的教學(xué)效果和社會反響。