培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才的物理化學(xué)教學(xué)改革探究*

張 婷

(湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430000)

《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》中明確指明發(fā)展職業(yè)教育，并持續(xù)推動(dòng)地方本科院校向應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)轉(zhuǎn)型。2022年1月，國(guó)務(wù)院新聞辦公室舉行《“十四五”職業(yè)技能培訓(xùn)規(guī)劃》的吹風(fēng)會(huì)上，湯濤、哈增友和劉康指出，未來國(guó)家需要的是創(chuàng)新型、應(yīng)用型、技能型的人才。截止2021年9月，我國(guó)高等學(xué)校共計(jì)3012所，其中普通高等院校2758所，各種形式的高等教育在學(xué)人數(shù)約有4183萬人，本?？粕藬?shù)約占92.5%。如何培養(yǎng)這部分學(xué)生，使其具有創(chuàng)新性并成為應(yīng)用技術(shù)型人才，值得教育者思考。為響應(yīng)國(guó)家政策，順應(yīng)學(xué)校發(fā)展，物理化學(xué)作為理、工、醫(yī)、農(nóng)科的專業(yè)基礎(chǔ)必修課程，更應(yīng)首當(dāng)其沖的改變教學(xué)方法，使其適用于應(yīng)用技術(shù)型人才的培養(yǎng)，讓學(xué)生在物理化學(xué)課程中學(xué)會(huì)創(chuàng)新思維，掌握實(shí)用技術(shù)?；趹?yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)下的物理化學(xué)課堂改革的具體方法，文獻(xiàn)少有提及，這種方法的摸索，成為了物理化學(xué)教育工作者的新任務(wù)。

1 培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才的教學(xué)改革

我國(guó)作為制造大國(guó)，重工業(yè)是國(guó)策，“新工科”的推進(jìn)已然指明工科教育改革的方向，培養(yǎng)具有工匠精神和工程倫理意識(shí)的技術(shù)型人才是勢(shì)在必行的趨勢(shì)[1]。我校物理化學(xué)教學(xué)為配合應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)，融合了線上線下混合式、案例式、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式[2]及項(xiàng)目導(dǎo)向式等多種教學(xué)方法，結(jié)合課程內(nèi)容設(shè)計(jì)由小到大，由易到難的項(xiàng)目，并結(jié)合學(xué)生特點(diǎn)和社會(huì)需求實(shí)時(shí)更新項(xiàng)目設(shè)計(jì)。下面淺談一下改革中實(shí)際實(shí)施的方案。

1.1 線上線下混合式教學(xué)的開展--改變傳統(tǒng)教學(xué)模式

本校在開展基于應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)模式下的物理化學(xué)課程的教學(xué)改革時(shí)，摒棄了傳統(tǒng)的線下教學(xué)，采用了線上線下相混合的教學(xué)模式，具體的開展方式如下。教師需提前一周，在學(xué)習(xí)通發(fā)布下次課的課本內(nèi)容、教學(xué)PPT、教學(xué)視頻、預(yù)習(xí)作業(yè)、待討論的話題和待完成的項(xiàng)目等任務(wù)(此部分應(yīng)避免與開展的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)重復(fù))。學(xué)生在領(lǐng)到線上任務(wù)后，利用課余時(shí)間提前完成線上學(xué)習(xí)和討論，并將學(xué)習(xí)時(shí)的疑問及時(shí)發(fā)到討論區(qū)。學(xué)習(xí)本課程的學(xué)生可以根據(jù)自己預(yù)習(xí)和掌握的知識(shí)，嘗試去回答討論區(qū)中其他學(xué)生的提問。同時(shí)老師應(yīng)該在線上引導(dǎo)及維護(hù)討論區(qū)的發(fā)言環(huán)境，幫助學(xué)生建立起良好的線上學(xué)習(xí)氛圍。課前教師通過追蹤學(xué)生的線上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，掌握每位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和薄弱點(diǎn)，有針對(duì)性的開展線下課程的授課準(zhǔn)備。線上預(yù)習(xí)的開展，能讓學(xué)生帶著問題進(jìn)課堂，讓老師心中有數(shù)上講臺(tái)，避免大篇幅講解學(xué)生已經(jīng)掌握的知識(shí)。線下課堂，用更多的時(shí)間解決學(xué)生提出但未解決的疑難問題，啟發(fā)學(xué)生思考課前布置項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案，討論生活現(xiàn)象中包含的物理化學(xué)知識(shí)。這樣的規(guī)劃能增添課堂趣味性，增強(qiáng)教學(xué)效果，提升教學(xué)效率，真正的改變線下課堂持續(xù)講解的教學(xué)模式。

課后，學(xué)生需開展項(xiàng)目的實(shí)踐活動(dòng)，將方案變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。在項(xiàng)目實(shí)踐環(huán)節(jié)，若要求全年級(jí)學(xué)生同時(shí)參與同一個(gè)項(xiàng)目，容易引起學(xué)生反感，違背因材施教原則，無法推進(jìn)教學(xué)改革。為解決這一問題，我校采用項(xiàng)目自由選擇模式。每學(xué)期設(shè)計(jì)開展10個(gè)難易程度不同的項(xiàng)目，簡(jiǎn)易的有生活趣味小實(shí)驗(yàn)，將知識(shí)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力，向應(yīng)用型人才方向培養(yǎng)；綜合的有小型項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)并制造，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，向創(chuàng)新性人才方向培養(yǎng)；難度較大的是接觸工程項(xiàng)目，體驗(yàn)項(xiàng)目的進(jìn)展過程，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，向技術(shù)型人才方向培養(yǎng)。每學(xué)期初始，在線上公示本學(xué)期即將開展的項(xiàng)目名稱、內(nèi)容、時(shí)間和限定人數(shù)，由學(xué)生根據(jù)自己時(shí)間和自身需求進(jìn)行初選1～2個(gè)，在課程進(jìn)展過程中可根據(jù)自己學(xué)習(xí)情況再做調(diào)整。項(xiàng)目選定后，線上公示每個(gè)項(xiàng)目的學(xué)生名單，組織學(xué)生組隊(duì)，隨著課程進(jìn)度的推進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生著手開展對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目。項(xiàng)目開展后，學(xué)生需撰寫項(xiàng)目報(bào)告和制作項(xiàng)目分享PPT，其中項(xiàng)目報(bào)告應(yīng)包括：項(xiàng)目基本信息、項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路及實(shí)施方案、項(xiàng)目開展后的結(jié)果和收獲，以及分析項(xiàng)目中所包含的物理化學(xué)知識(shí)點(diǎn)。制作的項(xiàng)目分享PPT，經(jīng)過老師篩選和修改，在講授對(duì)應(yīng)物理化學(xué)課程的課堂上，由該項(xiàng)目小組的學(xué)生進(jìn)行展示分享。學(xué)生在項(xiàng)目中的參與度和完成度，將計(jì)入本學(xué)期物理化學(xué)期末成績(jī)。線下項(xiàng)目導(dǎo)向式教學(xué)模式的開展，能夠幫助學(xué)生提高動(dòng)手能力，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考且舉一反三，帶領(lǐng)學(xué)生了解工程項(xiàng)目，并提高其工程意識(shí)。在項(xiàng)目開展過程中著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新型和技術(shù)能力。在每章學(xué)習(xí)結(jié)束后，引領(lǐng)學(xué)生分組進(jìn)行思維導(dǎo)圖繪制，包括知識(shí)點(diǎn)、知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)、知識(shí)點(diǎn)在各領(lǐng)域的應(yīng)用及下一學(xué)年可以開展的項(xiàng)目設(shè)計(jì)等。讓學(xué)生加入項(xiàng)目設(shè)計(jì)的任務(wù)中，可以使其反客為主，成為物理化學(xué)課堂真正的主人，同時(shí)以學(xué)生的角度設(shè)計(jì)的項(xiàng)目會(huì)更加貼合學(xué)生關(guān)注的專業(yè)方向和社會(huì)熱點(diǎn)，有利于學(xué)生觀察和創(chuàng)新。以上的實(shí)踐內(nèi)容，教師根據(jù)學(xué)生的完成情況及時(shí)給予評(píng)價(jià)和評(píng)分，所得成績(jī)計(jì)入課程期末的總成績(jī)。只有改變考核方式，才能改變培養(yǎng)模式。該方法已經(jīng)應(yīng)用到本校18到20級(jí)的本科生物理化學(xué)的教學(xué)中，相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，學(xué)習(xí)積極主動(dòng)性明顯提升，他們開始關(guān)注更多的生活現(xiàn)象和更多有可能在物理化學(xué)課堂上實(shí)現(xiàn)的小項(xiàng)目，任何好的教學(xué)都應(yīng)該是“授人以魚，不如授人以漁”。

1.2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)——培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才

物理化學(xué)公式多、邏輯性強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)有難度，特別是對(duì)于基礎(chǔ)較差的學(xué)生，容易引起畏難情緒，從而脫離課堂，如果能在章節(jié)學(xué)習(xí)開始前就引入一些有意思的趣味實(shí)驗(yàn)，作為小項(xiàng)目進(jìn)行導(dǎo)向，能夠引起學(xué)生關(guān)注，提高學(xué)習(xí)興趣，牽引學(xué)生進(jìn)入物理化學(xué)的課堂。等課程開展到第三章，學(xué)生有了一定的物理化學(xué)基礎(chǔ)，此時(shí)可以加深項(xiàng)目難度，提升課程學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn)度，逐漸讓學(xué)生學(xué)會(huì)檢索自身知識(shí)體系，用于解決實(shí)際問題。下面列舉一下，項(xiàng)目導(dǎo)向式在本校物理化學(xué)課堂改革中進(jìn)行的情況。

項(xiàng)目舉例一：制作斯特林熱機(jī)。本項(xiàng)目的要求為：學(xué)生查找制作資料并列舉制作材料、采買所需材料并通過小組協(xié)作完成熱機(jī)制作，讓自制的斯特林熱機(jī)工作發(fā)電，最終點(diǎn)亮連接在斯特林熱機(jī)上的LED小燈泡。熱力學(xué)的公式多、概念多、邏輯性強(qiáng)，基礎(chǔ)差的學(xué)生多次反映熱力學(xué)的傳統(tǒng)課堂枯燥、乏味且收獲少，希望教師能夠引入動(dòng)手項(xiàng)目，提高課堂趣味性并聯(lián)動(dòng)知識(shí)點(diǎn)。這個(gè)項(xiàng)目的開展，能讓學(xué)生主動(dòng)的去探索熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、斯特林熱機(jī)和卡諾熱機(jī)的區(qū)別和聯(lián)系，從而挖掘卡諾熱機(jī)的設(shè)計(jì)思路、工作原理、效率計(jì)算及卡諾定理和卡諾定理的推論等相關(guān)知識(shí)。學(xué)生通過動(dòng)手制作斯特林熱機(jī)，以及想辦法讓斯特林熱機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來的過程，會(huì)明白卡諾熱機(jī)公式說明中的，要想提高熱機(jī)效率，應(yīng)該提高高溫?zé)嵩春偷蜏乩湓?，而不是改變熱機(jī)內(nèi)的工作介質(zhì)或者減少熱機(jī)摩擦等方法。設(shè)計(jì)制作斯特林熱機(jī)的項(xiàng)目，將公式繁多的熱力學(xué)變得生動(dòng)有趣。本項(xiàng)目結(jié)束后，還能及時(shí)引入課程思政，科學(xué)是需要探索的，實(shí)踐出真知。該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)可以增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用能力，為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式打基礎(chǔ)。

項(xiàng)目舉例二：精油皂的制作。項(xiàng)目要求：利用蒸汽提取薰衣草、洋甘菊和馬鞭草等植物中的芳香成分，通過冷凝回流得到對(duì)應(yīng)的油水二相混合物--精油和純露，結(jié)合表面活性劑知識(shí)及課外拓展制作精油皂。精油的提取能讓學(xué)生更愿意翻閱相圖知識(shí)，讓冰冷的課本變得“有溫度、有香氣”。肥皂的制作讓學(xué)生理解表面活性劑的概念，依照標(biāo)準(zhǔn)QB/T 2623.4-2003《肥皂中水分和揮發(fā)物含量烘箱法》和GB/T 6368-2008《表面活性劑水溶液pH值的檢測(cè)電位法》，讓學(xué)生檢測(cè)皂基的水分、揮發(fā)物含量和pH值，找到合適的皂基配方[3]。最終根據(jù)學(xué)生的喜好加入精油，完成精油皂的制作。制作成功的精油皂可以聯(lián)合學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，在校園和多個(gè)平臺(tái)進(jìn)行售賣，通過消費(fèi)者的意見反饋在進(jìn)行優(yōu)化和拓展。這個(gè)小項(xiàng)目的引入，能夠拉近學(xué)生和物理化學(xué)之間的距離，理解技能寶貴，快速進(jìn)入以應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)的學(xué)習(xí)模式。

項(xiàng)目舉例三：電池開發(fā)。項(xiàng)目要求為：制作能夠提供1 V以上的電池。項(xiàng)目設(shè)計(jì)應(yīng)逐步由簡(jiǎn)到難，重視學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。在學(xué)習(xí)完電化學(xué)章節(jié)后，由學(xué)生開展電池設(shè)計(jì)并制作的項(xiàng)目，讓學(xué)生逐漸脫離教師，根據(jù)課本知識(shí)和課外資料，自己計(jì)算所設(shè)計(jì)的電池的理論電壓。在教師的看護(hù)下完成電池制作，并利用電壓表粗略測(cè)定自制電池的實(shí)際電壓(若電壓較小可利用對(duì)消法測(cè)定)，最后將多個(gè)同款電池串聯(lián)，點(diǎn)亮LED燈泡或讓電子手表走動(dòng)起來。項(xiàng)目的開展，伴隨著學(xué)生實(shí)驗(yàn)的一次次失敗，教師再此期間盡可能看護(hù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的安全，引導(dǎo)學(xué)生思考項(xiàng)目失敗的原因，但不要一語道破，留些空間學(xué)生思考，幫助學(xué)生形成自主思考問題，討論問題，解決問題的能力，并提高學(xué)生的逆商。學(xué)生通過一次次的努力，最終完成鹽水電池、簡(jiǎn)易空氣電池、硬幣電池、水果電池、銅鋅原電池的設(shè)計(jì)和制作。項(xiàng)目的成功增強(qiáng)了學(xué)生實(shí)操的信心，培養(yǎng)了學(xué)生的工匠精神。

項(xiàng)目舉例四：陰極保護(hù)項(xiàng)目。本項(xiàng)目的要求為：在教師指導(dǎo)下參與城市基礎(chǔ)設(shè)施的防腐工程中。物理化學(xué)教學(xué)改革，除了應(yīng)引入一些有趣的小實(shí)驗(yàn)，引領(lǐng)學(xué)生快速進(jìn)入物理化學(xué)課程，還需要設(shè)計(jì)一些復(fù)雜的工程項(xiàng)目，利用校企合作，產(chǎn)教融合，讓學(xué)生逐步過渡到所學(xué)知識(shí)應(yīng)該用于國(guó)家工業(yè)發(fā)展的意識(shí)上。在學(xué)習(xí)電化學(xué)中的電極極化章節(jié)時(shí)，可設(shè)計(jì)一個(gè)“如何保護(hù)西氣東輸?shù)拈L(zhǎng)距離輸送管道？”的項(xiàng)目。學(xué)生查閱資料做出相關(guān)設(shè)計(jì)方案，教師批閱并引導(dǎo)學(xué)生思考后，帶領(lǐng)學(xué)生去到實(shí)施管道保護(hù)的公司，進(jìn)行短暫培訓(xùn)學(xué)習(xí)，并跟進(jìn)項(xiàng)目，觀看施工過程，回實(shí)驗(yàn)室開展便攜式硫酸銅電極的制作。讓學(xué)生明白物理化學(xué)中的電化學(xué)的相關(guān)技術(shù)可以作為一種金屬防止腐蝕的保護(hù)措施，其中的陰極保護(hù)技術(shù)通過對(duì)被保護(hù)的金屬設(shè)施施加足夠的陰極保護(hù)電流，從而使金屬設(shè)施的腐蝕速率大幅度減小，甚至是完全的停止[4]。管道在陰極保護(hù)技術(shù)下取得了可觀的成效，所以該技術(shù)也廣泛用于城市燃?xì)夤艿?、油氣?chǔ)罐、鋼筋混凝土建筑等城市基礎(chǔ)設(shè)施的保護(hù)中。在學(xué)生通過該項(xiàng)目了解以上現(xiàn)狀后，還可安排本組實(shí)踐的同學(xué)跟著管道檢測(cè)的工作人員，利用PCM儀進(jìn)行日常探查管道走向和涂層破損點(diǎn)的工作，讓學(xué)生深入工程項(xiàng)目，接觸企業(yè)，明白勞動(dòng)光榮，創(chuàng)造偉大的理念，理解電極極化知識(shí)在工業(yè)上的貢獻(xiàn)不可小覷，早日成為技術(shù)型人才。

本校開展的項(xiàng)目還有很多，例如在教授相律時(shí)，引領(lǐng)學(xué)生制作黃油，將淡奶油用打發(fā)器打發(fā)，打到奶油油水分離，將油脂全部聚攏分離出來，就得到了黃油，固定成型進(jìn)行冷凍。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中，自然就明白了看似一相的液體也并非真為一相的道理，同時(shí)還能教會(huì)他們黃油的家庭制作方法，將學(xué)生培養(yǎng)為應(yīng)用型人才。在教學(xué)真實(shí)氣體液化條件時(shí)，帶領(lǐng)學(xué)生探究二氧化碳超臨界萃取的方法提取蝦青素[5]；教學(xué)節(jié)流膨脹效應(yīng)時(shí)，組織學(xué)生拆卸廢舊的冰箱和分體式空調(diào)；教授稀溶液的依數(shù)性時(shí)，指導(dǎo)學(xué)生制作并分食凍梨，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)牛奶純度檢測(cè)的方法及冬天混凝土建筑施工的方案等。這些小項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，既有趣還實(shí)用，即培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，還引導(dǎo)學(xué)生積極思考，思考是創(chuàng)新的最大前提。

2 結(jié) 語

國(guó)家為了不斷壯大應(yīng)用技能型及創(chuàng)新性的人才隊(duì)伍，營(yíng)造更好的社會(huì)氛圍，在《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》中明確提出了完善應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)體系，堅(jiān)持就業(yè)導(dǎo)向，提高工作能力的教育特色。《專業(yè)技術(shù)人才知識(shí)更新工程實(shí)施方案》決定壯大高水平工程師隊(duì)伍，推進(jìn)分類分層的專業(yè)技術(shù)人才繼續(xù)教育體系的建設(shè)。以培養(yǎng)高層次、急需緊缺的生物技術(shù)、新材料、新能源、綠色環(huán)保、航空航天等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的人才，而這些專業(yè)的學(xué)生均需要學(xué)習(xí)作為專業(yè)基礎(chǔ)課的物理化學(xué)課程。在物理化學(xué)課程中引入任務(wù)驅(qū)動(dòng)式、項(xiàng)目導(dǎo)向式的教學(xué)方法，有利于促進(jìn)應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)方案的實(shí)施，能幫助學(xué)生舉一反三、觸類旁通，更好的適應(yīng)未來快節(jié)奏的工作環(huán)境[6]，更早的成為國(guó)家需要的技術(shù)型人才。物理化學(xué)教學(xué)的改革，能引領(lǐng)學(xué)生用物理化學(xué)的眼光探索生活和世界，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，培育學(xué)生形成“勞動(dòng)光榮、技能寶貴、創(chuàng)造偉大”[7]的價(jià)值觀。隨著物理化學(xué)教學(xué)改革的開展，我校學(xué)生對(duì)物理化學(xué)的學(xué)習(xí)熱情逐漸高漲，成績(jī)逐步攀升，學(xué)生評(píng)教分?jǐn)?shù)也逐年增加，數(shù)據(jù)悄無聲息的變化，正是對(duì)物理化學(xué)教學(xué)改革的肯定。工業(yè)4.0的到來，“新工科”建設(shè)的推進(jìn)，又將推起物理化學(xué)教學(xué)改革的一個(gè)新浪潮。