李盼,瞿鵬,王立晶,劉應(yīng)敏,魏偉

(商丘師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院,河南 商丘,476000)

為了應(yīng)對新一輪的產(chǎn)業(yè)變革和科技革命,支撐與服務(wù)“中國制造 2025”、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展等重大戰(zhàn)略,我國正在積極推進(jìn)新工科建設(shè).以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟蓬勃發(fā)展,對新經(jīng)濟現(xiàn)有從業(yè)者及后備技術(shù)人才的綜合素質(zhì)提出了更高、更全面的要求.我國高等院校傳統(tǒng)的工科人才培養(yǎng)模式已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)下社會的發(fā)展需要,因此,迫切需要加快高校的工科教育改革[1-3].物理化學(xué)實驗作為一門理論性和實踐性較強的獨立課程,不僅在化工相關(guān)專業(yè)課程體系中起到承前啟后的作用,而且也是學(xué)生畢業(yè)后從事科學(xué)研究或生產(chǎn)實踐的基礎(chǔ),對培養(yǎng)新工科背景下高素質(zhì)復(fù)合型人才具有十分重要的作用[4-5].傳統(tǒng)的物理化學(xué)實驗教學(xué)很難滿足“新工科”背景下人才培養(yǎng)的需求,存在很多亟需改進(jìn)的地方.本文主要以商丘師范學(xué)院新能源科學(xué)與工程專業(yè)的本科生為研究對象進(jìn)行實踐探索,針對物理化學(xué)實驗在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與模式及課程考核等方面存在的問題深入思考,并初步提出了一些建議及改進(jìn)措施,擬探索出物理化學(xué)實驗教學(xué)改革新模式,以期提高復(fù)合型人才培養(yǎng)質(zhì)量.

1 新工科的提出及人才培養(yǎng)目標(biāo)

近些年來,我國面臨實踐人才不足、高技能人才缺乏等嚴(yán)峻挑戰(zhàn).據(jù)統(tǒng)計,到2025年,新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)人才缺口將達(dá)到950萬人,電力裝備的人才缺口將達(dá)到909萬人[3].基于此,2017年2月18日,教育部在復(fù)旦大學(xué)召開了綜合性高校工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會,形成了《復(fù)旦共識》；隨后,教育部印發(fā)了《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》；2017年 4月 8日在天津大學(xué)召開了“新工科”建設(shè)研討會,發(fā)布了《天大行動》[6-8].由此,“新工科”建設(shè)的研究與實踐在全國各大高校中全面展開.

與“老工科”相比,“新工科”更強調(diào)學(xué)科的實用性、綜合性及各學(xué)科之間的交叉性.新工科背景下對人才的需求,不僅要求具有扎實的理論知識和一定的實踐經(jīng)驗,還需要具備較強的分析和解決多學(xué)科環(huán)境中復(fù)雜問題的能力,具備良好的溝通能力、團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新精神等[3].以上對人才培養(yǎng)的要求促使我們急需改變現(xiàn)有的人才培養(yǎng)模式,不僅要求學(xué)生掌握所學(xué)基本理論知識,還要讓他們了解當(dāng)前科學(xué)研究前沿問題及企業(yè)生產(chǎn)急需解決的關(guān)鍵問題,提高學(xué)科的應(yīng)用能力和實踐能力.同時加強多學(xué)科的交叉融合,培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新思維,使學(xué)生知識、能力和素質(zhì)全面協(xié)調(diào)發(fā)展,以適應(yīng)新工科背景下復(fù)合型人才培養(yǎng)的要求[9].

2 物理化學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀

物理化學(xué)實驗是繼無機化學(xué)實驗、有機化學(xué)實驗、分析化學(xué)實驗之后一門獨立的基礎(chǔ)實驗課程.目前,主要存在如下一些問題：(1)教學(xué)內(nèi)容選擇的經(jīng)典驗證性實驗偏多,而開放性和綜合性實驗所占的比重較少,缺乏選擇性和靈活性,這導(dǎo)致學(xué)生僅僅機械性地按照實驗教材內(nèi)容去驗證實驗結(jié)果.教學(xué)內(nèi)容也缺乏應(yīng)用性,脫離現(xiàn)代生活與應(yīng)用實踐,未讓學(xué)生產(chǎn)生學(xué)以致用的感受,難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)激情和求知欲；(2)教學(xué)方法單一,仍以灌輸式的教學(xué)方式為主,教師在課堂上講解實驗原理、操作步驟、注意事項等,學(xué)生按部就班地動手操作.在這一教學(xué)模式下,難以發(fā)揮學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性,使學(xué)生的創(chuàng)新想法、創(chuàng)造能力及發(fā)現(xiàn)問題、分析和解決問題的能力逐漸喪失；(3)考核方式和評價體系不完善.目前考核方式通常只注重實驗報告和期末實驗兩部分內(nèi)容,這種考核評估具有較大局限性,不能真實反映學(xué)生的綜合素質(zhì).總的來說,當(dāng)前采用的物理化學(xué)實驗教學(xué)模式已不能滿足新工科背景下人才培養(yǎng)的需求,亟需探索一種新的物理化學(xué)實驗教學(xué)模式.

3 新工科背景下物理化學(xué)實驗教學(xué)改革措施

3.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,貼近實際生產(chǎn)實踐

在新工科背景下,物理化學(xué)實驗課程不僅要完成對學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)知識和實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng),還要盡可能地與實際生產(chǎn)生活緊密結(jié)合,使學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識來解決實際生產(chǎn)生活問題,從而打消“學(xué)習(xí)課本知識無用論”的認(rèn)識.依照這個教學(xué)目標(biāo),驗證性實驗的比重可以適當(dāng)降低,通過增加綜合性或者設(shè)計性實驗的內(nèi)容激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,逐步培養(yǎng)其綜合能力.比如在講授“電導(dǎo)率儀的使用”實驗時,可以設(shè)計實驗為“純凈水、自來水和礦泉水的鑒別”；“旋光法測定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率常數(shù)”可以改為“旋光法測定藥物有效含量”等,通過走進(jìn)學(xué)生的生活,將實際生產(chǎn)生活中企業(yè)關(guān)注的問題與實驗課程相結(jié)合,讓學(xué)生產(chǎn)生學(xué)以致用、學(xué)有所成的感受,激發(fā)學(xué)生對物理化學(xué)實驗的興趣和熱情.

3.2 問題導(dǎo)向(PBL)教學(xué)模式的探索

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式雖然使學(xué)生掌握了物理化學(xué)基本理論知識,但學(xué)生可能僅停留在對實驗內(nèi)容的理解層面,卻對整個實驗的研究方法和研究思路并不清楚.在新工科背景下,教師應(yīng)該更注重培養(yǎng)學(xué)生理解和掌握實驗的研究方法與研究思路,真正做到“授人以漁”.問題導(dǎo)向(PBL)教學(xué)模式,強調(diào)以學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo).教師通過提出問題,留給學(xué)生更多獨立思考的空間,通過小組分工協(xié)作的方式引導(dǎo)學(xué)生去分析和解決物理化學(xué)實驗中所遇到的問題.PBL教學(xué)模式可以充分調(diào)動和發(fā)揮學(xué)生的積極性,更注重對學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能力的培養(yǎng).同時,學(xué)生的邏輯思維能力和團隊合作能力也會得到顯著提高[10].

譬如物理化學(xué)實驗“希托夫法測定硫酸銅溶液的離子遷移數(shù)”,教師可以提出如下一些問題(圖1),然后把學(xué)生分為幾個小組,選出小組長并帶領(lǐng)自己的組員查閱資料,協(xié)同合作解決問題,最后每個小組選派代表進(jìn)行匯報展示.在此過程中,教師和各小組積極交流討論,小組之間互相點評.這種教學(xué)模式讓學(xué)生成為課堂的主體,極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,同時也鍛煉了學(xué)生自主分析解決問題的能力,培養(yǎng)了學(xué)生團隊合作的精神.

3.3 科研融于教學(xué),提供開放式實驗平臺

作為高校教師,要及時跟進(jìn)學(xué)科發(fā)展前沿動態(tài),通過將最新的科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源融于教學(xué)來開闊學(xué)生的學(xué)術(shù)視野.在教學(xué)過程中應(yīng)更加注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì),切實提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力.高校開放式實驗平臺是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要場所,通過使學(xué)生直接參與到教師的科研項目中,可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動性,提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、運用知識能力以及實驗過程中分析問題、解決問題的能力,對于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)具有關(guān)鍵的作用.如與能源和環(huán)境相關(guān)的半導(dǎo)體光(電)催化領(lǐng)域的研究,具體課題可以設(shè)計為金屬硫化物半導(dǎo)體納米光催化劑的制備、表征及在光催化領(lǐng)域中的應(yīng)用.其應(yīng)用到的電化學(xué)表征、催化劑的評價及催化反應(yīng)機理方面的知識均屬于物理化學(xué)理論課所講授的內(nèi)容.學(xué)生通過文獻(xiàn)閱讀、設(shè)計具體實驗方案、自己動手操作、分析實驗結(jié)果等方面的訓(xùn)練,不僅加深了對所學(xué)物理化學(xué)理論知識的理解,還學(xué)習(xí)了科學(xué)研究的思路和方法,提高了創(chuàng)新思維能力,為今后畢業(yè)論文撰寫和科研工作打下堅實基礎(chǔ).

3.4 增強校企合作

目前大多數(shù)高校缺少校外實踐教學(xué)基地,學(xué)生主要以參觀為主,難以將學(xué)校里所學(xué)知識技能轉(zhuǎn)化為實踐能力,實踐教學(xué)效果較差.建立校外實習(xí)實訓(xùn)基地,盡可能地創(chuàng)造條件讓學(xué)生到校外實習(xí)實訓(xùn)基地,親身體驗企業(yè)實驗室工作,是增強學(xué)生實踐能力的一種重要手段.商丘師范學(xué)院現(xiàn)有 3 個校內(nèi)實訓(xùn)基地(電化學(xué)實訓(xùn)室、鋰離子電池實訓(xùn)室、太陽能電池實訓(xùn)室),通過校企合作將實訓(xùn)基地引入學(xué)校,使學(xué)生更多了解現(xiàn)代化生產(chǎn)實際情況,更深刻地感悟物理化學(xué)理論在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用.同時,引進(jìn)企業(yè)工程師走進(jìn)課堂,講授實踐經(jīng)驗,實行校企聯(lián)合培養(yǎng)學(xué)生.此外,高校教師普遍缺乏企業(yè)實踐經(jīng)驗,在授課過程中,偏重基礎(chǔ)理論知識的講解,而缺乏與生產(chǎn)實際的聯(lián)系.應(yīng)當(dāng)鼓勵高校教師走進(jìn)企業(yè)頂崗,以此提升教師的實踐技能.商丘師范學(xué)院已和河南順之航能源科技有限公司、河南金邁科科技有限公司等建立了良好的合作關(guān)系,通過學(xué)校和校企之間建立產(chǎn)學(xué)研合作模式,充分利用學(xué)校和企業(yè)的人才和設(shè)備資源,在不斷提高學(xué)生綜合素質(zhì)的同時也打造一支“雙師雙能”型的教師隊伍.

3.5 建立過程考核導(dǎo)向的課程考核模式

傳統(tǒng)的實驗考核方式,著重于對實驗結(jié)果的評價,而忽略實驗過程的評價.新工科背景下我們應(yīng)該改變傳統(tǒng)實驗課程的考核機制,不應(yīng)該只簡單地把實驗報告和期末成績作為考核標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)該更關(guān)注學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課堂表現(xiàn)和實際操作等環(huán)節(jié)的表現(xiàn),更多地把實驗過程中學(xué)生的積極性和主觀能動性納入最終考查范圍.學(xué)生在實驗課前預(yù)習(xí)、課堂交流討論、實驗操作、實驗報告、實驗數(shù)據(jù)分析處理及思考與討論等各個環(huán)節(jié)的表現(xiàn),需要按不同比例分別賦分,綜合評判,采用全方位的考核方式評定學(xué)生的最終成績.

4 結(jié) 語

綜上所述,物理化學(xué)實驗作為化工學(xué)科基礎(chǔ)課程,在培養(yǎng)綜合素質(zhì)高、適應(yīng)能力強的復(fù)合型人才過程中起著舉足輕重的作用.為了更好地將新工科理念融合到物理化學(xué)實驗教學(xué)中,加強對當(dāng)前課程的改革與創(chuàng)新是十分必要的.在新工科背景下,教師需要改變傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式和理念,充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用,將培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題能力、創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作能力等優(yōu)良綜合素質(zhì)作為教學(xué)主要目標(biāo),為高校、研究所以及企業(yè)單位培養(yǎng)輸送高素質(zhì)的復(fù)合型人才.物理化學(xué)實驗教學(xué)改革是一項長期的復(fù)雜系統(tǒng)工程,需要學(xué)校、教師、企業(yè)等各方面的積極參與,在實踐教學(xué)過程中需不斷探索和實踐.