唐元暉 曹俊雅

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京 100083)

“物理化學(xué)”課程是高等學(xué)?；?、冶金、環(huán)境、材料和礦物加工等工科專業(yè)學(xué)生的核心必修基礎(chǔ)課之一，它綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科的理論和方法研究化學(xué)和化工過程中遵循的普遍規(guī)律以及這些規(guī)律與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系，在化工專業(yè)本科課程體系中兼有提升化學(xué)理論素養(yǎng)和啟發(fā)專業(yè)課程學(xué)習(xí)的兩大功能，在培養(yǎng)學(xué)生的理論分析能力和工程思維等方面起著重要的作用[1]。我校(中國礦業(yè)大學(xué)(北京))化學(xué)工程專業(yè)本科生學(xué)習(xí)的是“物理化學(xué)B”，總學(xué)時(shí)為64，由本專業(yè)教師負(fù)責(zé)教學(xué)工作。相對(duì)于清華大學(xué)、四川大學(xué)、華北電力大學(xué)等學(xué)?；I(yè)的80個(gè)課時(shí)來說[2]-[4]，我校學(xué)生“物理化學(xué)”課程的學(xué)時(shí)相對(duì)較短，這要求教師在64課時(shí)內(nèi)，讓學(xué)生掌握本專業(yè)必備的物理化學(xué)基本理論和知識(shí)，具備后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)必須的基本技能，在教學(xué)上需要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)物理化學(xué)與后續(xù)專業(yè)課程和工程思維的互滲透和相互聯(lián)系，使學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)和研究訓(xùn)練中能有意識(shí)地運(yùn)用物理化學(xué)的理論去思考、認(rèn)識(shí)和解決問題。但由于“物理化學(xué)”課程本身具備的理論性強(qiáng)、公式多且限定條件苛刻，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難免覺得內(nèi)容復(fù)雜抽象而難以掌握[5],[6]，使得“物理化學(xué)”往往成為化工專業(yè)本科階段成績較不理想的一門。因此，為了改善教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，筆者在近幾年的教學(xué)中進(jìn)行了一些有益的嘗試，取得了一定的效果和積極的反饋，下面本文將針對(duì)短課時(shí)要求下本校化工專業(yè)《物理化學(xué)B》的課程教學(xué)提出了以下幾點(diǎn)改革措施與大家進(jìn)行交流探討。

1 更新教學(xué)內(nèi)容，側(cè)重實(shí)踐導(dǎo)向

在以往的教學(xué)中，根據(jù)學(xué)校上短課時(shí)的要求并參考了國內(nèi)的同類高校，化學(xué)工程專業(yè)在教學(xué)上選擇了天津大學(xué)出版社在2004年出版的、由肖繁衍、李文斌編寫的《物理化學(xué)》(第二版)作為教材。但這本書已經(jīng)面世了15年，在實(shí)際教學(xué)中，不少老師和學(xué)生都感覺這本經(jīng)典的教材在對(duì)傳統(tǒng)大學(xué)物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的刪減和編排上有些激進(jìn)，大量基本概念的精簡甚至影響到教師的講授和學(xué)生的理解，比如其中將第四章反應(yīng)平衡放在第五章溶液熱力學(xué)和相平衡的前面，使得教師在實(shí)際中只能分別獨(dú)立地介紹氣體反應(yīng)、固體或液體參與的氣體反應(yīng)的平衡常數(shù)，既無法讓學(xué)生體會(huì)化學(xué)勢這一重要熱力學(xué)概念應(yīng)用到化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)推導(dǎo)中體現(xiàn)出的理論美感，又影響了學(xué)生的理解，從而降低了學(xué)習(xí)的興趣。通過調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)四川大學(xué)、天津大學(xué)等很多國內(nèi)教研實(shí)力雄厚的高校均采用了高等教育出版社出版的、天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編寫的《物理化學(xué)》(系列)工科教材作為化工專業(yè)物理化學(xué)課程的教材[7]，此系列教材自1961年起已經(jīng)出版到第六版，共分為上、下兩冊，是“十二五”普通高等教育本科國家級(jí)規(guī)劃教材，此系列教材針對(duì)短課時(shí)教學(xué)還推出了相應(yīng)的《物理化學(xué)》(精簡版)[8]，2018年針對(duì)最新的第六版也推出了精簡版的第二版，同樣配備了《物理化學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)》作為學(xué)生學(xué)習(xí)參考資料。我們從去年開始，嘗試采用老教材為主，而《物理化學(xué)》(精簡版)教材為主要參考書的形式進(jìn)行了初步的教學(xué)實(shí)踐嘗試，學(xué)生反饋新教材在內(nèi)容和難度上與老教材一脈相承，但是編排更容易理解，能夠有效提升學(xué)習(xí)效果。

除了教材的選擇，我們也注重視頻、圖片等多媒體材料對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的豐富性，并強(qiáng)調(diào)理論和工程應(yīng)用的結(jié)合，比如在講解“界面現(xiàn)象”這一章中的表面活性劑(SAA)時(shí)，我們就通過動(dòng)畫來生動(dòng)的展示SAA在溶液中的分布和在洗滌過程中的作用，如圖1所示。視頻能夠直觀地展示微觀分子結(jié)構(gòu)的分布，啟發(fā)學(xué)生的思考；在介紹熱力學(xué)第二定律的時(shí)候，我們按照問題的提出、理論的發(fā)展和公式化推導(dǎo)而向?qū)W生介紹熱力學(xué)第二定律及其應(yīng)用，同時(shí)借由風(fēng)機(jī)、燃?xì)鈾C(jī)等客觀事物來幫助學(xué)生理解。多樣化且源于實(shí)際生活的案例能夠直觀地展示教學(xué)難點(diǎn)，調(diào)節(jié)課堂氣氛并提升學(xué)習(xí)興趣。在寓教于樂的同時(shí)，我們在講解基本理論時(shí)輔助黑板推導(dǎo)，重點(diǎn)反復(fù)介紹每一個(gè)理論和公式的應(yīng)用前提和限制條件，幫助學(xué)生提升理論分析能力。

圖1 《物理化學(xué)B》教學(xué)中關(guān)于表面活性劑的視頻截圖：(A)表面活性劑在水中的分布；(B)表面活性劑在去污過程中的作用。

2 優(yōu)化教學(xué)方法，實(shí)施分層次教學(xué)

伴隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的浪潮，以慕課、翻轉(zhuǎn)課堂為代表的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)新模式對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方式和理念均產(chǎn)生了一定的沖擊。因此筆者也順應(yīng)潮流，采用“雨課堂”這一翻轉(zhuǎn)課堂的工具來豐富傳統(tǒng)多媒體結(jié)合課堂講授的教學(xué)形式。“雨課堂”是清華大學(xué)推出的新型智慧教學(xué)解決方案，學(xué)生只需要關(guān)注相應(yīng)的公眾號(hào)，就能課前收到預(yù)習(xí)課件，在課堂中可以與教師實(shí)時(shí)共享課件，而且可以通過“彈幕”和“私信”功能在課堂上給教師發(fā)信，提出聽課時(shí)出現(xiàn)的困惑，方便教師根據(jù)學(xué)生的掌握情況及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，課后學(xué)生能夠靈活的與老師和其他學(xué)生開展交流，還可以組建討論群等方式，邀請老師、同學(xué)共同參與討論，；另一方面，教師能夠直接在微信小程序查看考勤、發(fā)布課堂測試并能實(shí)時(shí)檢查作答的正確率，定時(shí)發(fā)布教學(xué)公告和試卷，實(shí)現(xiàn)了師生之間和學(xué)生之間的充分互動(dòng)。目前，翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)形式已經(jīng)從2017年到2019年三個(gè)學(xué)期的共163名學(xué)生進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，課程結(jié)束后，按照既定考核方式進(jìn)行了成績評(píng)定，此外通過“雨課堂”調(diào)查問卷的形式收集了學(xué)生們的意見，調(diào)研結(jié)果見表1。從中可以發(fā)現(xiàn)，這163個(gè)學(xué)生大多是本科二年級(jí)的學(xué)生，其中87.8%的學(xué)生認(rèn)為翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)效果好于傳統(tǒng)課堂，78.6%的學(xué)生認(rèn)可翻轉(zhuǎn)課堂有利于學(xué)生自學(xué)能力的提升，68.7%的學(xué)生覺得翻轉(zhuǎn)課堂有利于表達(dá)和溝通能力的培養(yǎng)，同時(shí)86.5%的學(xué)生覺得今后翻轉(zhuǎn)課堂會(huì)越來越廣泛地影響到傳統(tǒng)課堂。通過“雨課堂”這一網(wǎng)絡(luò)工具，教師們可以更好地掌握到學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，真正實(shí)現(xiàn)因材施教的分層次教學(xué)目的。

表1 三屆參與學(xué)生的調(diào)查問卷結(jié)果總結(jié)分析

(續(xù)表)

3 實(shí)施全過程考核

為了更好地建設(shè)物理化學(xué)課程，我們調(diào)研了天津大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)和北京化工大學(xué)的學(xué)科和課程建設(shè)情況，虛心參考和借鑒了兄弟院校的寶貴經(jīng)驗(yàn)從而重新修訂了《物理化學(xué)B》的課程大綱，新版大綱規(guī)定了全流程考核的評(píng)價(jià)方式，這里的全流程主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先，最后的總成績由包括考勤、課堂提問、隨堂測驗(yàn)、期中考試和期末考試的整個(gè)授課環(huán)節(jié)的表現(xiàn)綜合而成，其中，平時(shí)考勤占10%，隨堂測驗(yàn)和期中考試的成績占20%，期末考試的成績占70%；另一方面，期中和期末考試的試題范圍按照課程大綱中各個(gè)章節(jié)的權(quán)重而設(shè)置分值，最后課程總結(jié)需要按照班級(jí)、平均成績、分?jǐn)?shù)段等不同類型來綜合剖析教學(xué)效果和學(xué)生的成績分布，為教師在未來教學(xué)和考核的改革提供參考。這種全過程考核能夠更真實(shí)地評(píng)價(jià)學(xué)生的表現(xiàn)，避免了以往突擊一周就能獲得高分的情況。

4 結(jié)論

隨著科技的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，在64個(gè)學(xué)時(shí)的短課時(shí)要求下，面向化學(xué)工程專業(yè)的“物理化學(xué)”課程由于其自身的理論性強(qiáng)等特點(diǎn)，更需要順應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”的浪潮開展改革和建設(shè)，秉承著傳授理論知識(shí)和啟發(fā)創(chuàng)新思維的教學(xué)理念，以全面提高學(xué)生信息素養(yǎng)為目標(biāo)，從與時(shí)俱進(jìn)地采用最新版教材、從教材內(nèi)容和實(shí)際生活的聯(lián)系設(shè)計(jì)多媒體課件、采用“雨課堂”翻轉(zhuǎn)課堂網(wǎng)絡(luò)工具以及開展全流程考核等方法來改革教學(xué)方法和內(nèi)容，加強(qiáng)理論課程與科研訓(xùn)練的聯(lián)系，將傳統(tǒng)以“教師”為中心的授課模式轉(zhuǎn)變?yōu)閹熒餐瑓⑴c、共同學(xué)習(xí)的方式，按照學(xué)生能力、思維的差異性真正做到因材施教。讓學(xué)生們在掌握“物理化學(xué)”理論知識(shí)的同時(shí)培養(yǎng)解決工程問題的邏輯思維，并在今后的學(xué)習(xí)和工作中可以開展切實(shí)高效的自我學(xué)習(xí)。