鄭勇，王鑫，王凱，田大勇，牛永生(安陽(yáng)工學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，河南 安陽(yáng) 455000)

0 引言

化工是社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要領(lǐng)域之一，相關(guān)的教育和科研工作得到了國(guó)內(nèi)外的高度重視。其中，物理化學(xué)課程是廣大本科院校普遍開(kāi)設(shè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)必修課，在化工專(zhuān)業(yè)教育教學(xué)和人才培養(yǎng)上發(fā)揮著重要作用[1]。該課程采用物理的科學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)方法對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)研究，旨在揭示分子結(jié)構(gòu)、體系性質(zhì)、反應(yīng)規(guī)律之間的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)一步豐富了化學(xué)化工的基礎(chǔ)知識(shí)和理論體系，是連接基礎(chǔ)課和其他專(zhuān)業(yè)課的橋梁，也為生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)新奠定了科學(xué)基礎(chǔ)[2-3]。通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生的理論知識(shí)面得到了擴(kuò)展，提高了邏輯思維和分析解決化工實(shí)際問(wèn)題的能力。

由于物理化學(xué)課程具有較強(qiáng)的理論性和抽象性，部分學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中無(wú)法較好地理解和運(yùn)用有關(guān)知識(shí)，容易產(chǎn)生一定的厭學(xué)情緒，不利于提高教學(xué)效率[4]。對(duì)于任課教師來(lái)說(shuō)，在有限的課堂時(shí)間內(nèi)去完成這樣一門(mén)專(zhuān)業(yè)性極高的理論課講授，同樣具有較大的難度和挑戰(zhàn)性。這意味著，任課教師不僅需要具備扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，而且還得擁有過(guò)硬的教學(xué)能力。在此背景下，如何克服各種主客觀不利因素的影響，有效解決課程教學(xué)問(wèn)題是工作的關(guān)鍵。其中，優(yōu)化課程教學(xué)模式、完善并改進(jìn)教學(xué)方法、增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性是課程改革的主要方向。近年來(lái)，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，一些新的教學(xué)方法與手段不斷涌現(xiàn)，特別是以網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)、在線教學(xué)工具為代表的信息化技術(shù)為傳統(tǒng)的課堂教學(xué)提供了更多有效的途徑和機(jī)遇[5-6]。

本文從上述背景出發(fā)，針對(duì)物理化學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀和化工專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)需求，深入研究了適用于本課程的線上線下混合式教學(xué)模式與方法，有關(guān)工作取得了積極進(jìn)展并得到了初步應(yīng)用。

1 課程教學(xué)特點(diǎn)與存在問(wèn)題

物理化學(xué)課程主要涵蓋了熱力學(xué)、化學(xué)平衡、多組分系統(tǒng)、相平衡、電化學(xué)、量子力學(xué)、界面現(xiàn)象、動(dòng)力學(xué)和膠體化學(xué)等重要的化學(xué)化工理論知識(shí)。其中，熱力學(xué)、電化學(xué)、動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)等內(nèi)容涉及到了較多的概念、專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)和理論公式，有關(guān)內(nèi)容在學(xué)習(xí)過(guò)程中需要運(yùn)用一定的理論假設(shè)、邏輯推理、計(jì)算求證方法，這對(duì)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)和思維能力提出了較高的要求。例如，熱力學(xué)中體系與環(huán)境之間的熱傳遞、體積功的推導(dǎo)和計(jì)算需要學(xué)生具備必要的物理學(xué)、化學(xué)、高等數(shù)學(xué)知識(shí)，同時(shí)還得借助邏輯思維進(jìn)行推導(dǎo)演算。在統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)、量子力學(xué)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的講授中，還考察了學(xué)生對(duì)概率學(xué)、原子分子軌道理論、空間結(jié)構(gòu)等知識(shí)的了解程度。受制于各種主客觀條件，一些學(xué)生無(wú)法系統(tǒng)掌握相關(guān)知識(shí)和方法，難以做到靈活運(yùn)用，影響了學(xué)習(xí)的積極性，對(duì)課程教學(xué)產(chǎn)生了不利影響。同時(shí)，部分學(xué)生缺乏足夠的自律性，在上課前后沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和練習(xí)，錯(cuò)失了查漏補(bǔ)缺的寶貴時(shí)間。在此情況下，傳統(tǒng)、單一的課堂教學(xué)方法和模式難以滿(mǎn)足實(shí)際課程教學(xué)與人才培養(yǎng)的需要。因此，轉(zhuǎn)變現(xiàn)有教學(xué)模式，利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和教學(xué)平臺(tái)，大力研究并發(fā)展線上線下混合式教學(xué)是物理化學(xué)課程發(fā)展的必由之路。

2 教學(xué)研究

2.1 研究?jī)?nèi)容

(1)課程教學(xué)資源的完善與優(yōu)化。充分利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的信息優(yōu)勢(shì)，牢牢把握物理化學(xué)學(xué)科發(fā)展的前沿，廣泛查閱國(guó)內(nèi)外權(quán)威數(shù)據(jù)庫(kù)和出版社網(wǎng)站，不斷優(yōu)化并完善教材、課件、試題、視頻、教案、參考書(shū)、軟件等線上線下教學(xué)資源。在此背景下，將科研領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)、新理論、新技術(shù)與課程內(nèi)容有機(jī)結(jié)合。大力借鑒同類(lèi)院校的先進(jìn)教學(xué)材料和經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)開(kāi)展物理化學(xué)課程規(guī)劃教材、題庫(kù)、在線視頻的交流學(xué)習(xí)。通過(guò)上述工作，形成適用于化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新性知識(shí)體系。

(2)線下教學(xué)方法的改進(jìn)。在傳統(tǒng)線下教學(xué)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)課堂中的師生互動(dòng)和小組討論。教師根據(jù)課程內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，利用問(wèn)答、演示、視頻等形式對(duì)學(xué)生進(jìn)行及時(shí)的提示和啟發(fā)，促進(jìn)學(xué)生的獨(dú)立思考和邏輯思維能力的培養(yǎng)。另外，通過(guò)隨堂測(cè)驗(yàn)、問(wèn)卷調(diào)研、作業(yè)、期中考試等方式掌握課程教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)展。根據(jù)課程發(fā)展和人才培養(yǎng)的需要，不斷改進(jìn)線下教學(xué)方法。

(3)線上教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)。繼續(xù)推動(dòng)校內(nèi)外各項(xiàng)物理化學(xué)課程線上課程平臺(tái)的建設(shè)和應(yīng)用，重點(diǎn)開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、課程視頻、在線測(cè)驗(yàn)和網(wǎng)上答疑等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的教學(xué)研究工作。團(tuán)隊(duì)教師根據(jù)課程特點(diǎn)和專(zhuān)業(yè)特長(zhǎng)，各司其責(zé)，在線上教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)上共同協(xié)作，著力解決經(jīng)費(fèi)、技術(shù)、設(shè)備不足的問(wèn)題，確保相關(guān)平臺(tái)的順利運(yùn)行。此外，積極學(xué)習(xí)和吸收國(guó)內(nèi)外一流的教學(xué)理念，積極利用慕課、微課等在線教學(xué)新模式，充實(shí)線上教學(xué)內(nèi)容和方法。

(4)混合式課程教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐。在線上線下課程教學(xué)建設(shè)的基礎(chǔ)上，對(duì)教學(xué)內(nèi)容和模式進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、論證和整合，突破傳統(tǒng)課堂教學(xué)在時(shí)間、空間和方法上的局限性，形成適用于化工專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的混合式課程教學(xué)體系。同時(shí)，完善相應(yīng)的考核體系，提高平時(shí)成績(jī)比重，著重考察學(xué)生在課程線上線下教學(xué)期間的學(xué)習(xí)表現(xiàn)。加強(qiáng)混合式教學(xué)在課堂內(nèi)外的實(shí)踐，重點(diǎn)提高理論知識(shí)在生產(chǎn)實(shí)習(xí)、專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)、畢業(yè)實(shí)習(xí)等實(shí)踐環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，在實(shí)踐過(guò)程中持續(xù)推進(jìn)課程教學(xué)的改革與發(fā)展。

2.2 研究模式與方法

(1)翻轉(zhuǎn)式課堂教學(xué)。積極引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)線上和線下課程資源進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。在課堂教學(xué)過(guò)程中，利用多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)師生之間的互動(dòng)，提供更多的時(shí)間進(jìn)行交流和答疑。同時(shí)，發(fā)揮學(xué)生主體地位，鼓勵(lì)學(xué)生之間的合作探究，使課堂氣氛更加輕松活躍。例如，在膠體化學(xué)的講授中，教師以生活中常見(jiàn)的牛奶、豆?jié){、果凍、墨水、涂料等食品和用品為例，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)討論，分析其中包含的物質(zhì)組成特點(diǎn)和科學(xué)原理。從霧霾產(chǎn)生、污水凈化、浮游選礦等自然和生產(chǎn)現(xiàn)象出發(fā)，激發(fā)學(xué)生對(duì)其中包含的物理化學(xué)理論知識(shí)的探究樂(lè)趣。通過(guò)上述教學(xué)方式，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和復(fù)習(xí)的能力，及時(shí)跟進(jìn)課程的后續(xù)內(nèi)容。

(2)課程在線教學(xué)視頻。針對(duì)課程內(nèi)容與線上教學(xué)特點(diǎn)，積極組織本校師生錄制物理化學(xué)課程理論課以及配套實(shí)驗(yàn)課的在線教學(xué)視頻。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容，突出重點(diǎn)難點(diǎn)，加強(qiáng)了例題和實(shí)例的講解。例如，在電化學(xué)的教學(xué)視頻中引入了鋰電池、新能源汽車(chē)等實(shí)例，同時(shí)演示了實(shí)驗(yàn)操作和反應(yīng)現(xiàn)象，更加形象、生動(dòng)地傳達(dá)了本課程的重要性。其次，將核心課程內(nèi)容制作成微課視頻，在較短的時(shí)間內(nèi)傳達(dá)并突出重點(diǎn)，起到畫(huà)龍點(diǎn)睛的作用。有關(guān)視頻較好地還原了線下課堂教學(xué)過(guò)程，使學(xué)生可以隨時(shí)隨地在線觀看，提高了課后的學(xué)習(xí)效率，有利于鞏固教學(xué)效果。

(3)學(xué)習(xí)通在線教學(xué)平臺(tái)。利用學(xué)習(xí)通在線教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，將線下授課與線上預(yù)習(xí)、小組討論、隨堂測(cè)驗(yàn)、作業(yè)批改等課程教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合。通過(guò)上述方法，一方面提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，另一方面還能夠提高教師的授課效率，有利于教學(xué)資源的共享利用和對(duì)外交流。其次，根據(jù)平臺(tái)學(xué)習(xí)的大數(shù)據(jù)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行及時(shí)統(tǒng)計(jì)和分析，為學(xué)生進(jìn)行更為有效的學(xué)業(yè)督導(dǎo)和鼓勵(lì)，形成教與學(xué)的可持續(xù)循環(huán)。

(4)雨課堂在線教學(xué)工具。在課堂教學(xué)過(guò)程中，采用雨課堂在線教學(xué)工具對(duì)課件、教材、試題等資源進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)終端實(shí)時(shí)跟進(jìn)教學(xué)進(jìn)度，對(duì)課程內(nèi)容提出問(wèn)題、意見(jiàn)，為師生溝通和交流提供了便利。另外，利用雨課堂的語(yǔ)音和視頻直播功能，任課教師還能夠完成課后的在線輔導(dǎo)等工作，學(xué)生則可以根據(jù)需要隨時(shí)查看影音回放，選擇感興趣的內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)。

(5)計(jì)算機(jī)軟件和程序輔助教學(xué)。與其他專(zhuān)業(yè)課程相比，物理化學(xué)課程涉及到了較多的理論知識(shí)、計(jì)算公式和分子結(jié)構(gòu)等專(zhuān)業(yè)內(nèi)容，大多較為抽象。根據(jù)課程特點(diǎn)，系統(tǒng)探索和利用相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件和程序進(jìn)行輔助教學(xué)。例如：在線下教學(xué)中向?qū)W生講解數(shù)據(jù)作圖、擬合和優(yōu)化時(shí)，采用Origin、Excel等軟件進(jìn)行演示和處理；在講授反應(yīng)方程式、反應(yīng)機(jī)理和操作流程時(shí)，利用MathType、Visio、CAD等軟件進(jìn)行書(shū)寫(xiě)和繪制；當(dāng)介紹分子和晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，通過(guò)ChemOff ice、Diamond、CrystalMaker等軟件進(jìn)行制作和展示。另外，借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能終端，開(kāi)發(fā)適用于線上學(xué)習(xí)、測(cè)驗(yàn)的小程序和APP軟件，更好地輔助課程教學(xué)。

2.3 研究結(jié)果

近年來(lái)，團(tuán)隊(duì)教師堅(jiān)持“以學(xué)生為本，教學(xué)相長(zhǎng)”的教學(xué)理念，圍繞化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)特點(diǎn)和人才培養(yǎng)目標(biāo)，不斷提高了物理化學(xué)課程線上線下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)水平。首先，加強(qiáng)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)方法的改進(jìn)，根據(jù)本科院?；?zhuān)業(yè)的實(shí)際情況融入更為系統(tǒng)化、個(gè)性化的教學(xué)方案。重點(diǎn)提高了熱力學(xué)、化學(xué)平衡、電化學(xué)和動(dòng)力學(xué)等核心理論知識(shí)的講授和應(yīng)用，促進(jìn)師生之間線下與線上的互動(dòng)交流，拓展了教學(xué)空間；其次，合理運(yùn)用線下資料、線上教學(xué)資源和平臺(tái)，充分發(fā)揮軟件、視頻、動(dòng)畫(huà)、圖片、慕課、微課等多媒體和現(xiàn)代信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了教學(xué)效率。與以往相比，學(xué)生不僅掌握了更為豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，而且進(jìn)一步體驗(yàn)到了更多先進(jìn)的信息化學(xué)習(xí)方法，擴(kuò)寬了眼界和能力；另外，通過(guò)案例式、啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考，組織小組討論、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等活動(dòng)提高學(xué)生的合作與集體意識(shí)。

在此基礎(chǔ)上，針對(duì)化工專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，充分融合線下課堂和線上平臺(tái)在教學(xué)上的優(yōu)勢(shì)，建立了系統(tǒng)的物理化學(xué)課程線上線下混合式教學(xué)模式和方法。上述工作有力推動(dòng)了課程建設(shè)和教學(xué)改革，學(xué)生對(duì)物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣和理解程度得到了明顯提高，在邏輯推理、專(zhuān)業(yè)實(shí)踐方面的能力不斷增強(qiáng)。在疫情防控期間，團(tuán)隊(duì)教師積極響應(yīng)各級(jí)主管部門(mén)和學(xué)校的要求，充分依靠線上教學(xué)資源，提高線上教學(xué)的比重，使學(xué)生能夠按時(shí)參加課程學(xué)習(xí)，較好地解決了線下教學(xué)的不足，順利完成了各項(xiàng)課程教學(xué)任務(wù)。以團(tuán)隊(duì)教師執(zhí)教的化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)、環(huán)境工程等化工專(zhuān)業(yè)為例，通過(guò)物理化學(xué)課程線上線下混合式教學(xué)工作的開(kāi)展，學(xué)生的課程平均成績(jī)和優(yōu)良率得到了顯著提高，在大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、專(zhuān)業(yè)實(shí)踐等活動(dòng)中獲得了新的突破。

3 結(jié)語(yǔ)

本文從化工專(zhuān)業(yè)物理化學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀和存在問(wèn)題出發(fā)，在傳統(tǒng)課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，充分利用信息化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將有關(guān)課程資源和方法進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、結(jié)合，重點(diǎn)開(kāi)展了線下教學(xué)方法的改進(jìn)、線上教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)、混合式課程教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐。在教學(xué)過(guò)程中，采用翻轉(zhuǎn)式課堂、在線教學(xué)視頻、學(xué)習(xí)通在線教學(xué)平臺(tái)、雨課堂在線教學(xué)工具、計(jì)算機(jī)軟件和程序等方式進(jìn)行了探索。通過(guò)有關(guān)研究和實(shí)踐工作，形成了具有較強(qiáng)可行性和應(yīng)用價(jià)值的線上線下混合式教學(xué)模式與方法。經(jīng)過(guò)近年來(lái)的努力，學(xué)生的課程成績(jī)和理論知識(shí)水平得到了顯著提高，邏輯思維、專(zhuān)業(yè)視野有了顯著擴(kuò)展，有力推動(dòng)了化工類(lèi)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。在今后的工作中，需要繼續(xù)與時(shí)俱進(jìn)，不斷豐富課程資源，深化線上線下教學(xué)方法的研究。牢牢把握信息化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，深入優(yōu)化教學(xué)模式，加強(qiáng)應(yīng)用與實(shí)踐工作，推動(dòng)物理化學(xué)課程線上線下混合式教學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，為社會(huì)培養(yǎng)更多優(yōu)秀的化工人才。