譚 芳 張道海 寶冬梅 李小紅
(貴州民族大學(xué),貴州 貴陽 550025)
人類在對物質(zhì)系統(tǒng)的化學(xué)行為的原理和規(guī)律進行總結(jié)概況形成了物理化學(xué)學(xué)科,該課程的重點在于使用物理學(xué)的理論和實驗方法來研究化學(xué)變化過程中的熱、光、電、磁等的變化。物理化學(xué)課程是多個專業(yè)的必修或選修課程,對這門課程的學(xué)習(xí)有助于讓本科生更深入地認(rèn)識自然世界中的現(xiàn)象規(guī)律,在當(dāng)今時代也是學(xué)習(xí)掌握現(xiàn)代前沿技術(shù)的理論支撐。然而,物理化學(xué)課程邏輯性強、概念抽象、定理公式繁多、推理過程復(fù)雜,使得這門課程在實際教學(xué)過程中存在一些普遍問題。一是現(xiàn)在純公式化和理論化的講授方式掩蓋了物理化學(xué)知識在日常生活和科學(xué)技術(shù)應(yīng)用中的體現(xiàn),導(dǎo)致學(xué)生覺得書本內(nèi)容難以消化理解。二是目前大部分物理化學(xué)課程只采用教師在課堂上講課的授課方式和試卷測評的考核方式,授課形式和評價方式相對枯燥單一,使得學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高。三是目前教師對于物理化學(xué)課程的授課內(nèi)容與各專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)方案的結(jié)合性有待加強,各物理化學(xué)教材版本內(nèi)容和教師的授課內(nèi)容大同小異,學(xué)生缺乏對所學(xué)專業(yè)中物理化學(xué)知識的重要性和應(yīng)用前景的認(rèn)識[1]。
培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)人才是當(dāng)今時代對本科教育模式的要求,這一神圣職責(zé)與教師的授課成效息息相關(guān)。如何才能讓看著枯燥復(fù)雜的理論知識與實際生活中的前沿技術(shù)生動結(jié)合,讓每一個定理公式都展現(xiàn)其存在的意義和價值?如何才能通過更豐富的教學(xué)形式提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性,將重點從 “以教為主”向“以學(xué)為主”轉(zhuǎn)變?如何才能在不同專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程的理論知識的同時能夠結(jié)合自己所學(xué)的專業(yè)思考實際案例中的應(yīng)用,全面提高學(xué)生的科學(xué)思維能力和實踐能力?這些都是作為一名高校教師應(yīng)時刻思考、不斷探索的問題。
在教學(xué)過程中,教師必須改變重理論輕實踐的教學(xué)理念,將物理化學(xué)中的理論公式從“死記硬背”式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅貑l(fā)學(xué)生多思考,從發(fā)展和應(yīng)用的角度理解理論知識的來龍去脈。例如,在講授熱力學(xué)知識時,從歷史上曾有很多人想制造一種既不消耗燃料和動力,本身也不減少能量的永動機的故事引導(dǎo)。一直到十九世紀(jì),焦耳和邁耶從大量研究中得出結(jié)論:能量可以從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式,但在轉(zhuǎn)變過程中能量的總值保持不變,這就是熱力學(xué)第一定律。從后面大量生產(chǎn)實踐和科學(xué)研究中都證實了第一類永動機只能以失敗告終。讓同學(xué)們意識到今天我們理所當(dāng)然作為常識的東西可能也是經(jīng)過無數(shù)次探索總結(jié)出的規(guī)律,而在今天我們所未知的空白,還有待自己參與其中進行摸索思考、實踐總結(jié)。
在熱力學(xué)基礎(chǔ)知識中對于化工專業(yè)的課程重點在于講授物理化學(xué)基本定律的同時,聯(lián)系與化工生產(chǎn)過程的相關(guān)性,在20世紀(jì)末人們試圖用石墨制造金剛石的實驗經(jīng)歷了無數(shù)次失敗,后來通過化學(xué)熱力學(xué)的計算得知,只有當(dāng)壓力超過大氣壓力15000倍時,石墨才有可能轉(zhuǎn)變成金剛石。對于藥學(xué)方向的學(xué)生,在講述化學(xué)熱力學(xué)三大定律時,突出化學(xué)熱力學(xué)在藥學(xué)中有大量應(yīng)用,如藥物在油水兩相間的分配對指導(dǎo)劑型設(shè)計有實際意義。近年來科學(xué)家使用微量量熱計測量細(xì)菌生長、種子發(fā)芽等緩慢過程的微量熱效應(yīng),繪制出其代謝過程中的熱譜圖,為提供動植物生長發(fā)育和新陳代謝等過程中有關(guān)生命現(xiàn)象提供重要信息,這都是熱力學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)中的指導(dǎo)意義。通過專業(yè)內(nèi)容作為實例,產(chǎn)生了很強的說服力,使學(xué)生看到了專業(yè)中物理化學(xué)知識的重要性和應(yīng)用前景。教師有計劃、有方法地加入目前的研究熱點、高新技術(shù),充分體現(xiàn)物理化學(xué)與其他學(xué)課的交叉、增加邊緣學(xué)課的內(nèi)容和關(guān)聯(lián)性[2]。
此外,物理化學(xué)是一門與日常生活緊密關(guān)聯(lián)的學(xué)科,生活中有趣的現(xiàn)象多處可以用物理化學(xué)原理解釋。如在講授稀溶液的依數(shù)性這部分內(nèi)容時,夏天或運動大量出汗之后為什么要喝稀鹽水而不能和白開水?因為細(xì)胞膜是天然的半透膜,可以選擇性透過分子或離子,人類需要維持正常的滲透壓水平。如果喝白開水,水會往細(xì)胞中滲透使得細(xì)胞脹大甚至破裂;如果喝濃鹽水會使細(xì)胞中的水進一步往外滲透而萎縮。根據(jù)每節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容,精心設(shè)計合適的導(dǎo)入,讓學(xué)生帶著問題從課堂思考答案。只有鮮活的理論知識才能在學(xué)生的思維土壤中孕育扎根,結(jié)出實踐能力和智慧輸出的果實。通過該教學(xué)體系,明顯提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和代入感,全面提高了學(xué)生對課本物理化學(xué)理論知識的接受能力和實踐綜合應(yīng)用能力。
自2015年國家頒布《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用普及,掀起了全國高校對改革傳統(tǒng)教育模式的熱潮。將多媒體課件、多媒體教學(xué)相關(guān)設(shè)備、視頻音頻形式等引入課堂是增大有限課堂時間內(nèi)的教學(xué)信息量、增加傳統(tǒng)單一課堂的趣味性的有效方式。尤其是近年來慕課、網(wǎng)易云課堂、QQ課堂等網(wǎng)上課堂資源,極大地豐富了教學(xué)模式。通過理論和應(yīng)用“兩個方面”,準(zhǔn)備、實施、反饋這“三個維度”,設(shè)計、開發(fā)、實施、評價這“四個環(huán)節(jié)”實施的混合式教學(xué)改革已經(jīng)日漸成熟和形成體系。以天津大學(xué)為例,通過打造課內(nèi)、課外、校內(nèi)、校外以及網(wǎng)絡(luò),“五位一體”的創(chuàng)新教學(xué)模式,打破傳統(tǒng)教師在課堂教學(xué)的界限,將慕課等在線課程作為學(xué)分認(rèn)定的機制,對促進學(xué)生學(xué)習(xí)成效的改進具有顯著成果[2]。
我們根據(jù)物理化學(xué)課程教學(xué)要求,利用“慕課”平臺及騰訊QQ平臺的功能特點,設(shè)計以學(xué)生為課堂中心,以學(xué)習(xí)成效為目標(biāo),老師以多啟發(fā)多引導(dǎo)為理念,將傳統(tǒng)課堂與網(wǎng)絡(luò)多媒體化學(xué)習(xí)進行互補融合。首先通過“慕課”平臺選取適合于本校學(xué)生的物理化學(xué)精品課程資源,教師申請開通后臺管理權(quán)限,完成物理化學(xué)SPOC課程的建設(shè)。通過平臺上的視屏、課件、單元測試、作業(yè)、考試等環(huán)節(jié),此外,將知識點視頻化、音頻化、明顯地增加了學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣和課堂專注度。同時,教師通過發(fā)布討論話題,學(xué)生可以分享視屏學(xué)習(xí)截屏的方式與教師互動,進一步加強課程中的重點難點和深化學(xué)生對內(nèi)容的理解掌握。
此外,多次開展課堂討論和小組匯報等形式作為評價方式,鼓勵學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源搜索學(xué)習(xí)。在講授相平衡的內(nèi)容時開展小組匯報相平衡在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用。有同學(xué)以二氧化碳的相圖為例,因為二氧化碳臨界點對應(yīng)的溫度、壓力條件為304.2K,7.38 MPa,由于這個條件在工業(yè)上相對比較容易達到,在超臨界流體萃取中應(yīng)用廣泛,從海洋魚類的魚油和海豹油中提取20個碳的五烯酸和22個碳的六烯酸(DHA)用于治療心血管,并展示了該技術(shù)的相關(guān)視頻和圖片。將重點從“教師教了什么”轉(zhuǎn)移至“學(xué)生學(xué)到了什么”??荚嚪?jǐn)?shù)并不能全部代表學(xué)生對知識的掌握程度,以課堂討論、知識點視屏分享、小組調(diào)查報告等多種評價形式并用對學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和學(xué)習(xí)成效具有促進作用。
物理化學(xué)課程是化學(xué)、化工、生物、材料等多個理工科專業(yè)基礎(chǔ)課。從不同專業(yè)教材的使用和授課情況來看,教師針對物理化學(xué)在不同專業(yè)中應(yīng)用差異性的授課內(nèi)容區(qū)別并不明顯。目前所使用的物理化學(xué)教材主要包括化學(xué)專業(yè)普遍采用的傅獻彩等編著的第五版、藥學(xué)專業(yè)使用的李三鳴等編著的第七版、生物工程方向印永嘉等編著的第四版,教材內(nèi)容總體相差不大。然而,不同等級本科和不同層次學(xué)生對知識的深度和廣度接受能力存在差異,不同專業(yè)的培養(yǎng)方案、學(xué)時設(shè)置、知識側(cè)重點都不相同。因此,教師應(yīng)充分分析所授課班級的特點,與所授課班級的其他老師進行教學(xué)交流和學(xué)習(xí)研討。
本?;瘜W(xué)工程學(xué)院有應(yīng)用化學(xué)專業(yè)班級、化工專業(yè)專升本班級、過程裝備與控制專業(yè)班級。對于應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的開課時間為大二上學(xué)期和下學(xué)期,共128學(xué)時,該專業(yè)的培養(yǎng)方案中對物理化學(xué)知識的要求相對較高,該專業(yè)準(zhǔn)備考研的學(xué)生中部分會將物理化學(xué)作為專業(yè)考試科目。因此,在授課過程中對重要的公式會進行詳細(xì)推理,對重點和難點會在深度和廣度上有所延伸,考試的內(nèi)容難度系數(shù)相對較大。對于過程裝備與控制專業(yè)的學(xué)生來說,該課程的課時為64,由于授課時間有限,授課內(nèi)容的深度和廣度都較應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的授課內(nèi)容有所下降,側(cè)重點在于基本定律公式的掌握,對于電化學(xué)和膠體分散系統(tǒng)等部分內(nèi)容僅做簡單介紹,考試難度系數(shù)一般。而對于化工專業(yè)專升本班級的學(xué)生,該課程著重從知識點簡化,放慢講解速度,只推到簡單易懂的公式,測試內(nèi)容難度系數(shù)較低。
提高本科教學(xué)質(zhì)量是創(chuàng)建一流本科教學(xué)的基礎(chǔ),人才培養(yǎng)質(zhì)量是高等教育的核心任務(wù)。在二十一世紀(jì)背景下培養(yǎng)適應(yīng)時代需求的人才,需要緊密結(jié)合時代背景和科學(xué)技術(shù)發(fā)展。只有適應(yīng)當(dāng)代學(xué)生需求的創(chuàng)新的教育模式,才能培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)高、實踐引用能力強、服務(wù)第一線的高等技術(shù)應(yīng)用型人才。通過以上對于物理化學(xué)教學(xué)的思考,更新教學(xué)理念、豐富教學(xué)模式、應(yīng)用化教學(xué)內(nèi)容,培育能夠判斷和解決實際工程問題、具有跨學(xué)科合作等能力的新時代人才。