基于問題導(dǎo)向的《物理化學(xué)》課程改革探索

侯得健，譚娟娟，李洪亮，黃銳，董建宏

（韓山師范學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東潮州 521041）

《物理化學(xué)》作為四大基礎(chǔ)化學(xué)之一，是一門研究物理與化學(xué)性質(zhì)相互影響規(guī)律的學(xué)科。物理化學(xué)的知識體系涵蓋了熱力學(xué)、動力學(xué)、電化學(xué)、表面理論、膠體等內(nèi)容，與能源、材料、環(huán)境等多個學(xué)科密切相關(guān)。因其地位的重要性，物理化學(xué)常被稱為“化學(xué)的靈魂”[1-2]、“化學(xué)中的哲學(xué)”[3]。《物理化學(xué)》課程是我校材料科學(xué)與工程專業(yè)的核心課程，該課程不僅是后續(xù)相關(guān)專業(yè)知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，更是解決實(shí)際工程問題的重要理論基礎(chǔ)。

《物理化學(xué)》課程與學(xué)生前期接觸到的其他化學(xué)類課程有較大區(qū)別：一方面，該課程包含的內(nèi)容和公式繁多、概念更加抽象，同時又涉及較多物理學(xué)、高等數(shù)學(xué)與其他基礎(chǔ)化學(xué)的相關(guān)知識；另一方面，《物理化學(xué)》課程內(nèi)容的邏輯性強(qiáng)、推理嚴(yán)謹(jǐn)，推導(dǎo)過程相對復(fù)雜，使用的都是定量的語言[4]。以上特點(diǎn)導(dǎo)致《物理化學(xué)》課程對于大部分學(xué)生來說晦澀難懂，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣，經(jīng)常面臨“老師難教、學(xué)生難學(xué)”的尷尬境地[5]。尤其自2017年以來，教育部開始大力推進(jìn)新工科建設(shè)，旨在探索中國工科教育的新模式[6]。新工科建設(shè)促進(jìn)高校培養(yǎng)符合新形勢和新業(yè)態(tài)的創(chuàng)新應(yīng)用型工程技術(shù)人才[7]，對高校的教育理念、 人才培養(yǎng)模式、 教育質(zhì)量等都提出了新的、更高的要求[8]。因此，課程教學(xué)活動的目標(biāo)在于使學(xué)生在有限的時間內(nèi)逐漸了解、領(lǐng)會、掌握物理化學(xué)的理論知識和方法，并能遷移和靈活運(yùn)用到生活、學(xué)習(xí)及生產(chǎn)實(shí)踐中，同時培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和科學(xué)素養(yǎng)。然而，學(xué)生對學(xué)習(xí)的課程知識一知半解，難以內(nèi)化和靈活運(yùn)用是目前普遍存在的問題，需要教師在教學(xué)過程中不斷嘗試和探索。

1 目前課堂教學(xué)存在的問題

以韓山師范學(xué)院為例，在過去的幾年，本校材料專業(yè)的《物理化學(xué)》課程主要采用傳統(tǒng)課堂講授的方式進(jìn)行教學(xué)?？偨Y(jié)分析過去幾年傳統(tǒng)講授的教學(xué)模式下學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)和課程知識掌握情況，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：由于課時有限，為了將課程內(nèi)容介紹全面，課堂上經(jīng)常以教師講解占主體，教師和學(xué)生之間的互動范圍較小，學(xué)生對課堂的參與度較低，缺少良性互動，大部分學(xué)生整個學(xué)期都處在被動聽講的狀態(tài)； 對于重點(diǎn)難點(diǎn)沒有足夠的時間輔以課堂練習(xí)來鞏固知識，學(xué)生的學(xué)習(xí)情況沒有得到及時反饋。尤其是教學(xué)班級人數(shù)增加后，以上現(xiàn)象更為突出。傳統(tǒng)課堂教學(xué)不利于教師了解和掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，使學(xué)生對本就抽象晦澀的理論知識感到更加枯燥乏味，缺乏學(xué)習(xí)興趣，難以調(diào)動其學(xué)習(xí)的主觀能動性和學(xué)習(xí)熱情。因此，導(dǎo)致教師不能及時對課堂教學(xué)做出調(diào)整，學(xué)生對內(nèi)容不理解，普遍靠死記硬背應(yīng)付考試，易掛科，不能達(dá)到預(yù)設(shè)的教學(xué)目的?！段锢砘瘜W(xué)》甚至成為部分學(xué)生眼中畏懼的課程，有排斥心理，這在一定程度上偏離了培養(yǎng)方案中對本課程設(shè)置的培養(yǎng)目標(biāo)。

2 多方式協(xié)同改革探索

針對本校材料專業(yè)《物理化學(xué)》課程教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的一些問題，以問題為導(dǎo)向，筆者嘗試從以下方面進(jìn)行課程教學(xué)改革探索。

2.1 課程內(nèi)容的逐步優(yōu)化

《物理化學(xué)》課程的內(nèi)容比較繁雜，抽象的概念多、公式多，還涉及復(fù)雜的公式推導(dǎo)過程。隨著高校教學(xué)改革、培養(yǎng)方案的調(diào)整，該課程的課時普遍在縮減[9]。以本專業(yè)為例，課時由最初的90 學(xué)時減到64 學(xué)時。為了使學(xué)生在有限時間內(nèi)對物理化學(xué)知識有整體的把握、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。首先，對一些重點(diǎn)知識內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，適當(dāng)?shù)販p少了一些煩瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，例如減少偏摩爾量、化學(xué)勢、活度、吸附等相關(guān)的一些公式推導(dǎo)，僅通過典型案例幫助學(xué)生理解其內(nèi)在的含義。這可以避免數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生不理解公式的推導(dǎo)，以致產(chǎn)生厭學(xué)的情況。其次，更注重課程內(nèi)容與專業(yè)、科學(xué)研究、生產(chǎn)實(shí)際的關(guān)聯(lián)，提升課程內(nèi)容的實(shí)用性。例如在相圖部分，將相圖與潮州的特色產(chǎn)業(yè)陶瓷相結(jié)合，介紹通過相圖知識指導(dǎo)先進(jìn)功能陶瓷材料的設(shè)計(jì)與合成；在電化學(xué)章節(jié)，結(jié)合文獻(xiàn)介紹燃料電池和鋰/鈉離子電池最新的研究進(jìn)展。這可以提高學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)熱情，深刻認(rèn)識到學(xué)有所用，感受到物理化學(xué)與時代發(fā)展進(jìn)步的密切聯(lián)系。此外，在講授一些晦澀的概念和過程時，以動畫的形式直觀生動地進(jìn)行展示，不僅讓學(xué)生對知識內(nèi)容更容易理解掌握，而且使課堂變得更加生動有趣，更好地調(diào)動學(xué)生的積極性。通過以上的調(diào)整措施，不僅減少了枯燥的理論內(nèi)容，突出了重點(diǎn)難點(diǎn)，避免學(xué)生被動學(xué)習(xí)，還一定程度上激發(fā)了學(xué)生對課程知識的學(xué)習(xí)興趣，開闊了學(xué)生的視野，開拓學(xué)生的科學(xué)思維并增強(qiáng)進(jìn)取意識，對新時代創(chuàng)新型人才培養(yǎng)有一定的促進(jìn)意義。

2.2 學(xué)習(xí)通輔助教學(xué)

由于傳統(tǒng)的課堂講授缺乏師生互動，筆者近兩年將超星學(xué)習(xí)通逐漸融入《物理化學(xué)》的課程教學(xué)中。利用互聯(lián)網(wǎng)收集優(yōu)秀的教學(xué)資源，根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)和情況進(jìn)行篩選，建立資源庫，供學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)使用。通過設(shè)置任務(wù)點(diǎn)，能做到信息的及時反饋，掌握學(xué)生課前和課后的學(xué)習(xí)情況。

在課堂上，教師可以利用學(xué)習(xí)通開展簽到、隨機(jī)點(diǎn)名、搶答、隨堂練習(xí)和討論等教學(xué)活動。學(xué)習(xí)通輔助教學(xué)有利于管理和統(tǒng)計(jì)學(xué)生的成績，教師無須手動記錄，避免了記錯、記漏等情況出現(xiàn)，提高效率，減少了工作量。設(shè)置允許學(xué)生查看成績后，學(xué)生能夠在課程中查看自己的成績，通過分?jǐn)?shù)對比激勵學(xué)生更積極地參與課堂活動，更主動地進(jìn)行學(xué)習(xí)。在課堂的隨機(jī)點(diǎn)名、搶答等環(huán)節(jié)中，鼓勵學(xué)生多發(fā)表自己的意見，并對不同的見解進(jìn)行討論，最后由教師進(jìn)行分析總結(jié)。這不僅提高了學(xué)生的參與度和活躍度，增強(qiáng)課堂的互動性與趣味性，同時還能在討論中及時獲得學(xué)生對知識點(diǎn)掌握情況的反饋。此外，通過學(xué)習(xí)通發(fā)布課堂練習(xí)也能夠及時了解學(xué)生對相關(guān)知識的掌握程度，如圖1所示。發(fā)布選擇題和判斷題后，系統(tǒng)中記錄了學(xué)生的參與情況和答題情況，由此可以進(jìn)行針對性分析，學(xué)生也能及時在手機(jī)端得到信息反饋。

圖1 學(xué)生課堂練習(xí)的情況反饋

在課后，學(xué)生可以在學(xué)習(xí)通上反復(fù)回看教師上傳的課件進(jìn)行知識的復(fù)習(xí)與鞏固，復(fù)習(xí)過程中遇到問題通過學(xué)習(xí)通與教師交流，能夠及時得到解決。學(xué)生之間也可以利用學(xué)習(xí)通平臺進(jìn)行問題的討論、交流，相互學(xué)習(xí)，產(chǎn)生思想的碰撞，同時促進(jìn)學(xué)生主動思考，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。經(jīng)過兩個學(xué)期的“學(xué)習(xí)通”輔助課堂教學(xué)探索，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對原本他們畏懼的物理化學(xué)知識有了更高的學(xué)習(xí)熱情，學(xué)習(xí)的積極性和主動性明顯提高，逐漸形成了較為良好的學(xué)習(xí)氛圍。教師能夠更全面更及時地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，教學(xué)效果有了一定程度的提高。

2.3 思政促教學(xué)

通過總結(jié)課堂教學(xué)的情況發(fā)現(xiàn)，在對理論內(nèi)容講授超過15min 后，很多學(xué)生就會出現(xiàn)注意力不集中的情況，教師如果不及時調(diào)整，課堂教學(xué)效果會越來越差。因此，課堂上可以準(zhǔn)備一些與課程知識相關(guān)的化學(xué)史、人物傳記、小故事等，穿插在理論內(nèi)容的講授過程中。比如“侯氏制堿法”與化學(xué)平衡、金展鵬院士與相圖的故事，比如從熱力學(xué)第二定律、熱機(jī)引入中國高鐵的故事等。穿插化學(xué)史、小故事可以吸引學(xué)生的注意力，活躍課堂氣氛，有利于學(xué)生對知識的理解和掌握，同時還能一定程度激發(fā)學(xué)生們的使命擔(dān)當(dāng)、家國情懷、民族自豪感，起到思想引領(lǐng)的作用，引導(dǎo)樹立正確的理想信念，并培養(yǎng)探索精神和科學(xué)素養(yǎng)。因此，在課堂適當(dāng)加入化學(xué)史、人物傳記和小故事等，將思政元素融入了課程教學(xué)中，對教學(xué)效果有正向的促進(jìn)作用，有利于培養(yǎng)品學(xué)兼優(yōu)的新時代大學(xué)生。

3 結(jié)語

針對近幾年《物理化學(xué)》課程教學(xué)的現(xiàn)狀及存在的問題，結(jié)合新形勢下對高校人才培養(yǎng)提出的更新、更高的要求，筆者根據(jù)本專業(yè)的實(shí)際情況，從教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、學(xué)習(xí)通輔助教學(xué)和思政促教等方面嘗試改革探索。通過一系列的改革措施，一定程度上激發(fā)了學(xué)生對《物理化學(xué)》的學(xué)習(xí)熱情，更好地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動性，增強(qiáng)了課堂的互動性與趣味性，學(xué)生不再畏懼《物理化學(xué)》，對抽象晦澀的知識更容易理解掌握，同時將德育融于課程的教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)意識和探索精神，引導(dǎo)樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。教學(xué)效果有了顯著的改善。對培養(yǎng)符合新形勢、適應(yīng)新時代的理工科創(chuàng)新型人才起到促進(jìn)作用。但在新工科建設(shè)背景下，教師仍需要進(jìn)一步深化課堂改革，才能達(dá)到提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的目標(biāo)。