材料物理化學(xué)教學(xué)改革與實踐

何朋，桂凱旋

（安徽工程大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽蕪湖 241000）

材料物理化學(xué)是化學(xué)學(xué)科的理論基礎(chǔ)，也是材料學(xué)科的一門學(xué)科基礎(chǔ)課。材料物理化學(xué)主要綜合運用數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)科學(xué)的理論和實驗方法來研究物質(zhì)變化及與化學(xué)變化相關(guān)的物理變化中所遵循的規(guī)律和基本原理，是材料科學(xué)與工程學(xué)院相關(guān)專業(yè)的一門重要課程，在材料科學(xué)與工程專業(yè)課程體系的教學(xué)中起到了承前啟后的作用，是聯(lián)通專業(yè)核心課和基礎(chǔ)課程的重要樞紐，同時也是培養(yǎng)本科生分析和解決相關(guān)工程領(lǐng)域問題的重要關(guān)節(jié)[1-4]。

安徽工程大學(xué)是入選國家首批卓越農(nóng)林人才教育培養(yǎng)計劃、國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃的高校，一直以來被稱為“工程師的搖籃”。然而，隨著科技與時代的發(fā)展，全球化趨勢的日益加劇，國家創(chuàng)新性戰(zhàn)略的實施，社會對高校人才培養(yǎng)提出了更高、更全面的要求。這也使物理化學(xué)的教學(xué)模式需要做進一步的調(diào)整和改進以順應(yīng)時代的發(fā)展和滿足社會的要求。

一、材料物理化學(xué)教學(xué)存在的問題

迄今為止，已經(jīng)開展的物理化學(xué)課程雖然滿足學(xué)院的基礎(chǔ)教學(xué)任務(wù)，但由于長期以來，在物理化學(xué)的教學(xué)中已經(jīng)形成了固定的教學(xué)模式和教學(xué)觀念，上述觀念和模式并沒有推陳出新，已然使材料物理化學(xué)課堂教學(xué)顯露出了一定的問題。

（一）教學(xué)內(nèi)容不夠“新”

傳統(tǒng)“材料物理與化學(xué)”教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容相對比較老舊，與時代特色和科技前沿結(jié)合度不高，甚至有的內(nèi)容已經(jīng)嚴重與時代脫節(jié)，無法滿足解決當今的工程應(yīng)用問題的實況。同時，物理化學(xué)這門課程也面向全校多個院系，而教材和大綱并沒有針對不同的專業(yè)做出相應(yīng)的改進和優(yōu)化。同時，一本落后的教材，很多知識和內(nèi)容無法跟上時代發(fā)展的腳步，特別是教材中知識點在現(xiàn)今高新領(lǐng)域的應(yīng)用和結(jié)合難以體現(xiàn)，造成學(xué)生對自己所學(xué)的東西認同感低，并難以做到學(xué)以致用。同時，如今各類軟件普及，很多知識點可以通過軟件進行模擬應(yīng)用，因此可以將教材中的內(nèi)容與軟件模擬結(jié)合，進一步提高學(xué)生的應(yīng)用能力。而單一老舊的教材很難達到上述效果。

（二）教學(xué)手段相對落后

目前材料物理化學(xué)課堂教學(xué)還是多媒體與板書結(jié)合的形式。多媒體教學(xué)雖然在視覺上給予學(xué)生一定的愉悅感，具有提高學(xué)生學(xué)習興趣的作用。但是另一方面，由于其缺少板書的邏輯推導(dǎo)和細致解釋的功效，因此很容易造成學(xué)生缺乏對于知識進一步思考和推演，從而造成學(xué)生的獨立思考和創(chuàng)新思維培養(yǎng)存在缺憾。而物理化學(xué)教材中大部分是公式的推導(dǎo)和相關(guān)定理的證明，這些推導(dǎo)和證明只能通過板書的形式完成，形式的單一和內(nèi)容的枯燥造成學(xué)生的聽課積極性不高，同時也造成學(xué)生難以掌握公式背后的物理內(nèi)涵和化學(xué)含義。同時，近些年來，相關(guān)教學(xué)改革要求對于課時量進行一定壓縮。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，為了追趕課程進度往往不得不在短時間內(nèi)向?qū)W生“填鴨式”地灌輸大量的知識內(nèi)容，從而導(dǎo)致學(xué)生“消化不良”產(chǎn)生厭學(xué)心理。只有培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習的習慣，才能從本質(zhì)上改變上述惡劣后果。

（三）教學(xué)班人數(shù)過多

由于高等學(xué)校擴招，學(xué)校學(xué)生人數(shù)逐年遞增，全國高等學(xué)校錄取人數(shù)是以前的數(shù)倍之多，但是高等學(xué)校的教師卻沒有得到相應(yīng)倍數(shù)的增多。這便導(dǎo)致了全國大多數(shù)高等學(xué)校普遍存在教師數(shù)量嚴重不足的現(xiàn)象[5-6]。因此，很多大學(xué)不少課程都是大班教學(xué)。但大班教學(xué)的存在也出現(xiàn)很多問題，大班教學(xué)導(dǎo)致教室人數(shù)過多，不便于管理。同時，班級學(xué)生人數(shù)過多和受一些思想的影響，很多學(xué)生會選擇班級靠后的位置，這樣可以脫離老師的視線，從而會導(dǎo)致這些坐在后排的學(xué)生實現(xiàn)“放飛自我”，做跟課堂無關(guān)的事情，或者玩手機，或者看小說。因此，大班教學(xué)往往造成學(xué)生的學(xué)習效果不佳，教學(xué)成效不顯著。

（四）教學(xué)效果評價體系不完善

考核環(huán)節(jié)不完善，選取的“成績評價體系”難以達到對學(xué)習效果的全方位檢測?，F(xiàn)有的考試體系通常是通過期末考試和平時成績相綜合，平時成績占30%，平時成績主要是由出勤率、課后作業(yè)和課堂表現(xiàn)組成。學(xué)生只要正常出勤，期末考試的成績則決定了該課程的最終成績，因此也造成了學(xué)生對于物理化學(xué)知識點的應(yīng)用不夠重視，將精力主要放在期末考試。然而，這樣的評價體系忽略了培養(yǎng)學(xué)生用材料物理化學(xué)的知識解決相關(guān)實際工程問題的能力，從而難以達到客觀公正地查驗教學(xué)成效的目的。

二、材料物理化學(xué)課程的教學(xué)改革措施

此次教學(xué)改革為了適應(yīng)社會的發(fā)展，時代進步，以及現(xiàn)代科技技術(shù)進步對于人才培養(yǎng)的全新要求，徹底扭轉(zhuǎn)理論課教學(xué)中存在的弊端，結(jié)合上述分析的有關(guān)材料物理化學(xué)教學(xué)過程中存在的四個方面的問題，本文將針對材料物理化學(xué)課程教學(xué)的改革，提出具體的改進方案和措施，如圖所示。

圖1 “四位一體”的教學(xué)改革模式

（一）教學(xué)內(nèi)容的前瞻性

教學(xué)內(nèi)容需要將時代特色與科學(xué)先進性結(jié)合在一起，同時體現(xiàn)出解決工程問題的實際應(yīng)用特色，并具有一定的學(xué)科交叉性。為了滿足不同層次的培養(yǎng)要求，材料物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容應(yīng)當具有一定的層次性與整體性。所謂的層次性，就是因力導(dǎo)勢，最大限度地讓教學(xué)內(nèi)容合理化。例如，對于材料物理化學(xué)中有關(guān)熱力學(xué)基礎(chǔ)的部分，這部分內(nèi)容復(fù)雜，知識點多，證明繁瑣。因此，這部分應(yīng)當以教師為主導(dǎo)，適當加入一些課程思政內(nèi)容；而對于熱力學(xué)循環(huán)分析、電化學(xué)等部分，則體現(xiàn)了較強的實際應(yīng)用屬性，因而這一層次在組織內(nèi)容上可以考慮模塊化設(shè)計，在教學(xué)上可以以學(xué)生為主導(dǎo)，引入翻轉(zhuǎn)課堂，設(shè)計較多的項目教學(xué)。整體性則要求教師能夠統(tǒng)籌教學(xué)內(nèi)容，在內(nèi)容和邏輯主體上做到統(tǒng)一性，學(xué)生能夠從整體上把握課本內(nèi)容。在把握上述兩點的基礎(chǔ)上，要合理地選用教材。教材作為引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習的一種學(xué)習工具，對教材的內(nèi)容及時更新，不能讓一些舊而不相關(guān)的知識點與現(xiàn)今時代技術(shù)相掛鉤，要讓教材的內(nèi)容跟上時代的步伐，讓教師利用教材創(chuàng)造出一個好的課堂，讓教材引導(dǎo)學(xué)生進行良好學(xué)習。

（二）教學(xué)手段的多樣性

隨著時代和科技的發(fā)展，現(xiàn)代社會要求大學(xué)生能夠具備批判性思維、有效交流、系統(tǒng)思維、數(shù)據(jù)決策、協(xié)同合作等技能。而傳統(tǒng)的教學(xué)手段比較單一，特別是物理化學(xué)課程，枯燥的講解幾乎從始至終貫穿整個課程教學(xué)。因此，有必要改變“填鴨式”的“知識型教學(xué)”模式，采取以培養(yǎng)獨立思考，并具有創(chuàng)新性思維人才的“研究型教學(xué)”模式。研究型教學(xué)模式側(cè)重互動式教學(xué)，包括探究式，啟發(fā)式等教學(xué)方式方法[7-13]。特別指出，在物理化學(xué)教學(xué)中，互動式教學(xué)對提高學(xué)生積極性達到了很好的效果。例如，講授熱力學(xué)能為什么是溫度的函數(shù)，筆者會問為什么？這個結(jié)論是如何得到的，有沒有錯誤。針對上述問題，筆者以提問和學(xué)生討論互動的形式，最后給出結(jié)論。大體上遵循“交流—質(zhì)疑—辯論—總結(jié)”的模式，讓學(xué)生在積極的課堂氛圍下進行批判性和創(chuàng)新性思維鍛煉，如圖2所示。

圖2 互動教學(xué)的設(shè)計模式

（三）小班教學(xué)的必要性

解決大班教學(xué)的弊端就是要普及小班教學(xué)，設(shè)立小班教學(xué)可以讓老師對學(xué)生的管理更為集中和專注。此外，小班教學(xué)也更能讓老師的信息傳達給學(xué)生，老師上課更有針對性。小班教學(xué)另一個優(yōu)勢就是有充裕的時間讓學(xué)生投入學(xué)生主導(dǎo)的教學(xué)中，更容易進行啟發(fā)式、探究式等教學(xué)方式，加以課程思政，學(xué)生的積極性和主動性將得到顯著的提升。此外，在小班教學(xué)當中，老師需要面對的學(xué)生是比較少的，減少了一定的外界干擾因素，即便有的學(xué)生在上課的時候走神或者做小動作，老師只需去提醒一個學(xué)生就夠了，不需要關(guān)注整個班級的情況。

（四）教學(xué)效果評價機制的全面性

學(xué)生主動學(xué)習能力的培養(yǎng)是未來教學(xué)的一種必然趨勢，也是新工科建設(shè)的發(fā)展要求。因此，材料物理化學(xué)的課堂教學(xué)改革應(yīng)當著重培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生對于課本知識的實際運用能力，設(shè)計互動討論課程，展開科學(xué)研究等，啟發(fā)學(xué)生主動學(xué)習，全面發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)造性，顯著增強學(xué)生的實踐探索能力和獨立思考能力。這樣的教學(xué)模式必須有相對應(yīng)的評價機制，才能保證教學(xué)模式的高效實施。因此，從某種意義上說，全面和完善的評價機制是確保學(xué)生能夠充分發(fā)揮自我學(xué)習天賦的必要保障和前提基礎(chǔ)。同時，這樣的評價機制不僅激發(fā)學(xué)生的學(xué)習潛力，促進學(xué)生的全面發(fā)展，還能潛移默化地塑造學(xué)生強大的自信心，同時發(fā)掘?qū)W生的自我認知價值，提高學(xué)生的課堂積極性，擴大師生交流溝通渠道。

筆者從事的材料物理與化學(xué)課程教學(xué)評價依據(jù)：“總分數(shù)=期末考試分數(shù)（70%）+平時分數(shù)（10%）”。其中平時分數(shù)=書面作業(yè)（30%）+出勤（20%）+大作業(yè)（30%）+課堂表現(xiàn)（20%）。大作業(yè)是期中的時候，安排學(xué)生教一個小論文，論文主要是結(jié)合物理化學(xué)知識解決工程應(yīng)用問題，此外還要準備一個PPT上臺演講。而課堂表現(xiàn)則是學(xué)生課堂上對于相關(guān)知識點的了解程度和一些例題的掌握情況的具體表現(xiàn)，以及相關(guān)的研究型課題的完成情況。

三、結(jié)束語

大學(xué)課堂教學(xué)改革是培養(yǎng)學(xué)生銜接新時代的重要一步。習近平總書記曾這樣強調(diào)，“廣大青年要肩負歷史使命，堅定前進信心，立大志、明大德、成大才、擔大任，如理成為堪當民族復(fù)興重任的時代新人，讓青春在為祖國、為民族、為人民、為人類的不懈奮斗中綻放絢麗之花”。而面對新人的成才培養(yǎng)，教師肩負重大的使命，面對如此重任，習近平總書記這樣指出，“教師是人類靈魂的工程師，是人類文明的傳遞者，承載傳播知識、傳播思想、傳播真理、塑造靈魂、塑造生命、塑造新人的時代重任”。教師是大學(xué)課堂教學(xué)改革的締造者，在成為締造者之前，教師應(yīng)著力提升專業(yè)教師自身思想政治，作為教育主體的教師，其主觀認知在教學(xué)工程及教育結(jié)果上具有指導(dǎo)和調(diào)節(jié)的作用，只有教師的思想政治素質(zhì)達到一定高度，專業(yè)教學(xué)水平具備較高的實踐能力，才能將專業(yè)教學(xué)能力更好地融入專業(yè)課堂教學(xué)中。本文以材料物理化學(xué)教學(xué)為藍本，對教學(xué)過程中存在的問題提出相應(yīng)的改革措施，從課堂教學(xué)主要涉及的各方面內(nèi)容，設(shè)計提出更符合時代特征和科技發(fā)展的教育教學(xué)理念和舉措，在上述基礎(chǔ)上提出“四位一體”教學(xué)改革模式，形成以學(xué)生為主體，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習主動性為目的，培養(yǎng)學(xué)生潛在自主學(xué)習能力，更客觀全面評價學(xué)生的學(xué)習成效，從而提高課堂教學(xué)質(zhì)量。