＊彭鳴 王習(xí)文 程英亮 陳美 黃宏文 韓飛 張妍

（湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 湖南 410082）

引言

為適應(yīng)新時代專業(yè)教育需要，落實“立德樹人”的根本任務(wù)，高校課程教學(xué)應(yīng)當(dāng)與時俱進(jìn)，并作為系統(tǒng)工程持續(xù)創(chuàng)新，以促進(jìn)課程學(xué)習(xí)與邏輯思維構(gòu)建、知識眼界開闊和探索能力培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)德才兼?zhèn)?、知行合一、勇于?chuàng)新的復(fù)合型人才。

《物理化學(xué)》是基于物理與化學(xué)兩大學(xué)科的基本現(xiàn)象與理論發(fā)展起來的二級學(xué)科，經(jīng)過一百多年的發(fā)展，已經(jīng)涵蓋熱力學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、統(tǒng)計熱力學(xué)、相平衡理論、化學(xué)平衡理論與反應(yīng)動力學(xué)、電化學(xué)、反應(yīng)動力學(xué)、表面與膠體化學(xué)等方面內(nèi)容。為適應(yīng)高校材料科學(xué)與工程專業(yè)的本科生培養(yǎng)，《物理化學(xué)》課程側(cè)重于材料相關(guān)的物理化學(xué)現(xiàn)象和有關(guān)規(guī)律，是《材料科學(xué)基礎(chǔ)》《材料工程基礎(chǔ)》等課程的重要前置基礎(chǔ)課，是材料專業(yè)一流課程建設(shè)不可或缺的一環(huán)[1]。因此，創(chuàng)新《物理化學(xué)》課程教學(xué)體系，是新時代課程建設(shè)的重要使命。

本文結(jié)合課程建設(shè)經(jīng)驗，梳理教學(xué)團(tuán)隊在《物理化學(xué)》教學(xué)體系創(chuàng)新的有關(guān)探索與實踐，涵蓋內(nèi)容建設(shè)、內(nèi)涵拓展和外延閉環(huán)三個方面，以期達(dá)到課程育人的效果。

1.課程教學(xué)體系的基礎(chǔ)：內(nèi)容建設(shè)

《物理化學(xué)》理論知識的發(fā)展遵從由淺入深、從特殊到一般、由簡單到復(fù)雜的基本路徑，尋根究底、按圖索驥有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維。課程教學(xué)的關(guān)鍵在知識點的關(guān)聯(lián)，要重點完善知識發(fā)展的邏輯，明確知識應(yīng)用的場景。通過內(nèi)容創(chuàng)新豐富課程教學(xué)的內(nèi)涵，厘清課堂講授思路，穿插知識的探索過程與實際應(yīng)用，讓理論知識更加生動[2-3]。

(1)完善知識邏輯，明晰來龍去脈

課程緊扣教學(xué)大綱，總結(jié)和梳理課程知識點，完善各章節(jié)內(nèi)容的邏輯主線，并構(gòu)建知識思維導(dǎo)圖。如對熱力學(xué)幾大定律的介紹，展示科學(xué)大師們?nèi)绾瓮ㄟ^歸納和演繹等方法構(gòu)建了熱力學(xué)理論的宏偉大廈，以及這些理論在理解和預(yù)測實際化學(xué)過程中的巨大作用，幫助學(xué)生建立科學(xué)的世界觀和培養(yǎng)處理實際問題的數(shù)理邏輯能力。在電化學(xué)基礎(chǔ)章節(jié)中，基于電路的電荷守恒和化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)量守恒定律，清楚闡述兩類導(dǎo)體界面的電極反應(yīng)及伴隨的電荷轉(zhuǎn)移過程，進(jìn)而順理成章地引出法拉第定律，使講授過程知識點邏輯清楚。從電解水析氫、析氧的極化曲線，介紹Tafel 經(jīng)驗公式（過電位E 與電流密度對數(shù)log j 的線性關(guān)系），進(jìn)而引出巴特勒-福爾默理論公式，便于理解加深。以提升知識理解能力為目標(biāo)，展示知識的“來龍去脈”，使學(xué)生知其然也知其所以然。

(2)貫通知識聯(lián)系，促進(jìn)各科學(xué)習(xí)

材料專業(yè)的本科學(xué)習(xí)涉及化學(xué)和材料的多門專業(yè)課程，學(xué)生對相似概念或模型產(chǎn)生混淆，達(dá)不到對知識的完全理解與應(yīng)用。貫通知識聯(lián)系，構(gòu)筑清晰的知識網(wǎng)絡(luò)，引導(dǎo)思維延伸。以單組分和二組分相圖為例（圖1），相圖的直接來源是大量實測數(shù)據(jù)（如合金體系的步冷曲線和水鹽體系的溶解度），講解氣液相圖時，引導(dǎo)學(xué)生拉烏爾定律和道爾頓定律可獲得理想溶液體系相圖；而隨著實驗與理論體系的完善，通過密度泛函理論也可以計算復(fù)雜體系相圖[4]。與水有關(guān)的相圖知識中，涉及溜冰鞋冰刀開刃、水的三相轉(zhuǎn)變、高壓鍋煮飯、含水恒沸物分離、水蒸氣蒸餾、鹽類重結(jié)晶、水合物等具體情形，可幫助學(xué)生更好地理解生活現(xiàn)象及基礎(chǔ)化學(xué)課程中的物質(zhì)現(xiàn)象。在單組分和二組分相圖的學(xué)習(xí)中，透徹分析體系的“點、線、面”，明晰平衡條件下物相轉(zhuǎn)變的定性與定量關(guān)系，有助于《材料科學(xué)基礎(chǔ)》和《材料工程基礎(chǔ)》等課程的知識理解。因此，通過知識貫通，突出課程的樞紐作用，促進(jìn)專業(yè)知識融會貫通。

圖1 單組分和二組分相圖的知識點及內(nèi)容關(guān)聯(lián)

(3)理論聯(lián)系實際，展示知識價值

在理解理論知識的基礎(chǔ)上，課程教學(xué)內(nèi)容注重結(jié)合生產(chǎn)生活和國內(nèi)外研究前沿，開闊學(xué)生眼界，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。引導(dǎo)學(xué)生走出書本，從現(xiàn)實需求的視角去感受物理化學(xué)知識的價值。例如，在相圖的學(xué)習(xí)中，結(jié)合金銀固溶體相圖和金銀的化學(xué)性質(zhì)差別，介紹前沿研究中納米多孔金的制備研究及其在能源、傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用[5]?；诠虘B(tài)部分互溶的二組分相圖，引出適用于高純半導(dǎo)體制備的區(qū)域熔煉方法，介紹其在突破“卡脖子”技術(shù)方面的重要意義。在化學(xué)動力學(xué)章節(jié)中，學(xué)生對如何確定化學(xué)反應(yīng)級數(shù)缺乏形象感知，因而知識理解不深。引入有機(jī)污染物的降解實驗，建立溶液吸光度（顏色深淺）與時間的關(guān)系[6]，可使學(xué)生對抽象描述產(chǎn)生直觀的理解。聯(lián)系應(yīng)用技術(shù)精講基礎(chǔ)知識，使學(xué)生掌握扎實本領(lǐng)，結(jié)合現(xiàn)實生活和前沿科學(xué)研究，使基礎(chǔ)知識更加生動。

內(nèi)容創(chuàng)新是課程教學(xué)體系的基礎(chǔ)，精心組織的內(nèi)容使學(xué)生真切感知課程的內(nèi)容價值，增強(qiáng)學(xué)生對專業(yè)學(xué)習(xí)的自信心和自豪感。

2.課程教學(xué)體系的靈魂：內(nèi)涵拓展

課程教學(xué)體系建設(shè)的最低目標(biāo)是學(xué)習(xí)課程知識，更高目標(biāo)是對專業(yè)知識融會貫通，形成專業(yè)知識網(wǎng)絡(luò)，并立德樹人—培養(yǎng)有理想、有本領(lǐng)、有擔(dān)當(dāng)?shù)臅r代新人[7]。緊扣時代脈搏，拓展課程的精神內(nèi)涵是教學(xué)體系的靈魂。

一是結(jié)合時代背景，以最新科技發(fā)展鼓舞人心，增加課程魅力?！段锢砘瘜W(xué)》學(xué)科形成于19 世紀(jì)后期，課程知識幾乎沒有以中國人命名的定律、規(guī)律。隨著我國的快速發(fā)展，“下五洋捉鱉”和“上九天攬月”已經(jīng)成為現(xiàn)實，國人在新知識探索中大有可為。從物理化學(xué)基礎(chǔ)知識出發(fā)，從經(jīng)典離子傳輸理論到新能源技術(shù)，從實驗探索到理論計算預(yù)測，從“熵增”到宇宙未來前景，無不體現(xiàn)課程的知識魅力。使學(xué)生感受到人類發(fā)展與課程知識緊密相連，從而自覺提高本領(lǐng)，不忘奮斗初心和人生理想，為社會發(fā)展與進(jìn)步貢獻(xiàn)自己的力量。

二是發(fā)揮著名科學(xué)家的精神引領(lǐng)作用。教學(xué)過程中，引入著名科學(xué)家的人生故事，以職業(yè)生涯或故事感染人，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。物理化學(xué)離不開克勞修斯、開爾文和吉布斯等科學(xué)大師的工作，這些大師們有深邃的科學(xué)思想，也有淡泊名利、追求真理的人格魅力。荷蘭科學(xué)家范霍夫（J.H.Van't Hoff）在熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)等多個章節(jié)被提及，這得益于其縝密思維和不懈探索。水相圖講解中，講述第一個精確測定水的三相點黃子卿教授嚴(yán)格實驗、一絲不茍的精神。人物故事豐富課堂內(nèi)容，激勵學(xué)生成長為德才兼?zhèn)?、知行合一的人才?/p>

三是引導(dǎo)學(xué)生注重知識的前沿實踐，立足長遠(yuǎn)發(fā)展，培養(yǎng)科研人才。任課教師將實驗室的科研工作融入課堂，增添知識的魅力；引導(dǎo)學(xué)有余力的學(xué)生進(jìn)入實驗室參與基礎(chǔ)科研訓(xùn)練，并鼓勵學(xué)生積極參與申請大學(xué)生創(chuàng)新課題。該過程使物理化學(xué)知識學(xué)以致用，也為完成本科畢業(yè)設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)。特別是團(tuán)隊老師指導(dǎo)本科生申請到多項國家級、省級、校級創(chuàng)新研究課題，促進(jìn)了科研人才的培養(yǎng)。課程引領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)材料前沿研究，以“科學(xué)邏輯”改變“應(yīng)試思維”，從物理化學(xué)研究實踐出發(fā)，發(fā)現(xiàn)大千世界的新規(guī)律。

將拓展課程內(nèi)涵作為教學(xué)體系的靈魂，以課程魅力和創(chuàng)新精神為引領(lǐng)，使課程教學(xué)與新時代教育精神相契合，達(dá)到培育時代新人的目的。

3.課程教學(xué)體系的外延：閉環(huán)建設(shè)

課程教學(xué)不僅要有完善的內(nèi)容結(jié)構(gòu)和精神育人行動，也需要拓展外延，完善課程建設(shè)閉環(huán)，使師生攜手同行[8]。

首先，引導(dǎo)學(xué)生形成新的學(xué)習(xí)方式。《物理化學(xué)》的基礎(chǔ)知識環(huán)環(huán)相扣，缺一環(huán)就會導(dǎo)致理解困難、知識體系不完整。以夯實學(xué)生學(xué)識為基礎(chǔ)，以提升自主學(xué)習(xí)能力為目標(biāo)，將學(xué)生納入備課、講課、課后的全過程，使師生同行，從知識的被動接受者變成課堂的主動參與者。課前，預(yù)告課程學(xué)習(xí)所需的基礎(chǔ)知識，督促學(xué)生逐項落實，以便上課時能夠直奔核心教學(xué)內(nèi)容。課后，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識系統(tǒng)歸納總結(jié)，加深對知識的理解。通過作業(yè)檢查知識掌握程度，以備復(fù)習(xí)鞏固，從而形成課前預(yù)習(xí)、課程講授和課后鞏固的課程閉環(huán)。讓學(xué)生帶著問題和思考進(jìn)課堂，帶著知識出課堂，轉(zhuǎn)變“應(yīng)試”思維習(xí)慣，理解知識的邏輯。

其次，加強(qiáng)多層次交流，以開放精神引領(lǐng)課程教學(xué)。第一，教師團(tuán)隊保持有效溝通交流，不斷優(yōu)化課程思路與講授方式；邀請校外專家開展課程知識講座與研討，積極參加教學(xué)競賽，不斷提高課程講授的能力。第二，課間跟學(xué)生保持輕松交流，鼓勵學(xué)生隨時提問、交流，根據(jù)學(xué)生的反饋進(jìn)行針對性補充，及時查漏補缺。第三，秉持“工程類專業(yè)教育”的精神，保持課程持續(xù)改進(jìn)，注重教學(xué)的效果。期末堅持課程調(diào)查，回應(yīng)學(xué)生需求，收集學(xué)生對課程教學(xué)的意見與建議。近兩年，學(xué)生普遍對課程教學(xué)感到“滿意”或“非常滿意”，認(rèn)為課程應(yīng)加強(qiáng)“課程復(fù)習(xí)、答疑”。鑒于此，教學(xué)過程中補充了習(xí)題課和復(fù)習(xí)課程，促進(jìn)學(xué)生的知識綜合應(yīng)用能力提高。

最后，積極拓展教學(xué)資源。課程教學(xué)選用本校自編教材，同時結(jié)合國內(nèi)外著名院校的教材或講義，優(yōu)勢互補。發(fā)掘國內(nèi)外開放課程資源等，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)課程，為學(xué)生提供廣闊的課程知識視野。精選前沿研究論文，與課程講授同步，保持課程知識及其應(yīng)用范例的先進(jìn)性?！段锢砘瘜W(xué)》課程建立起線上-線下聯(lián)動機(jī)制。當(dāng)前智能手機(jī)、手提電腦等便攜電子設(shè)備已經(jīng)被學(xué)生廣泛使用，將線上資源與線下課堂相結(jié)合，突破傳統(tǒng)課堂的距離和時間限制，滿足靈活授課需要。積極參加學(xué)校教務(wù)部門針對網(wǎng)絡(luò)課程資源的規(guī)范性檢查，并根據(jù)專家評價持續(xù)改進(jìn)、優(yōu)化。

注重課程教學(xué)體系的外延發(fā)展，通過閉環(huán)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，確保課程教學(xué)高效運行，確保教書育人的效果。

4.結(jié)語

為適應(yīng)新時代材料專業(yè)教育需要，通過課程內(nèi)容建設(shè)、內(nèi)涵拓展和外延閉環(huán)三個方面，促進(jìn)《物理化學(xué)》課程教學(xué)體系創(chuàng)新。這一體系體現(xiàn)了“三全育人”和立德樹人的教育精神，以學(xué)生為中心，培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、德才兼?zhèn)涞臅r代新人。