研究生全校公選課“表面物理化學 ”分類教學改革與實踐

姚忠平　姜兆華　黃玉東　岳會敏　安茂忠　韓曉軍　尹鴿平（哈爾濱工業大學化工學院，哈爾濱150001）

研究生全校公選課“表面物理化學 ”分類教學改革與實踐

姚忠平姜兆華*黃玉東岳會敏安茂忠韓曉軍尹鴿平
（哈爾濱工業大學化工學院，哈爾濱150001）

為滿足學術型和應用型研究生以及交叉學科研究生培養的需要，對我校研究生全校公選課“表面物理化學”進行了教學改革和實踐。建立了滿足研究生分類培養的課程內容體系，基于不同類型研究生的學習需求和本科基礎來組織實施教學和考核，教學中注重教學與科研相結合、理論與實踐相統一，使課程適應兩類研究生和交叉學科研究生人才培養的需要。。

全校公選課；碩士研究生；表面物理化學；分類教學

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2007年，哈爾濱工業大學（哈工大）開始在一級學科進行碩士研究生分類培養的改革試點工作［1，2］。2009年，哈工大化工學科開始實施碩士研究生培養模式改革，確定了學術型和應用型研究生培養方案，其中“表面物理化學”既是學術型研究生的學位課程，也是應用型研究生的學位課程。同時由于表面、界面科學在化學、化工學科和其他交叉學科研究中作為共性的基礎理論支撐作用，“表面物理化學”在研究生院統一協調下確定為全校公選課，除化學、化工學科外，還服務于其他交叉學科研究生的培養。那么，“表面物理化學”成為全校公選課后，針對各種類型學生的學習需求和研究生分類培養的需要，如何確定課程內容體系？如何組織和實施教學？以及如何在教學過程中實現教學與科研、理論與實踐的有機結合？這些問題則成為“表面物理化學”課程建設和改革的關鍵。針對以上問題，我們基于“表面物理化學”課程特點，從學術型和應用型人才培養以及交叉學科研究生培養的具體要求出發，進行了全校公選課“表面物理化學”分類教學改革和實踐。

1　“表面物理化學”分類教學內容體系的確立

表面科學因其學科交叉特色突出，越來越受到人們的重視。國內外各理工科類高校一般都為研究生（材料、化學、化工學科居多）開設了表面科學類課程。從課程內容看，主要是講授表面科學基本原理及應用和表面科學分析方法，并有針對性地對表面科學不同應用領域（如催化、納米材料等）進行深入介紹。各個學校講授的內容側重各不相同，課程名稱也不一致。我?；W科從20世紀80年代起就為化學、化工學科研究生開設了“表面物理化學”課程，在長期的課程建設和發展過程中形成了適于（學術型）研究生培養的課程體系。

1.1分類教學的必要性

研究生分類培養是教育發展過程的必然選擇［3，4］，它涉及研究生培養的各個方面和環節，其中也包括課程內容體系的確定及教學的組織和實施。雖然2009年制定的培養方案中“表面物理化學”作為全校公選課，供化學、化工學科以及其他交叉學科的研究生選修。但是，在開始的教學實施過程中仍然為各類學生集中上課。在教學過程中，注重表面物理化學原理的講授以強化基礎，還注重將基本原理與能源、材料、生物、環境等國際熱門領域和學術前沿相結合，啟發學生的科研思路和創新意識。在教學過程中，采用了多種教學方法（設立討論課、自學報告和課程作業等），針對不同類型的研究生提出不同的學習要求：如學術型研究生在討論課中要求講述表面物理化學在當今學術前沿領域的研究成果和進展，應用型研究生要求講述表面物理化學基本原理在工程實際中的具體運用，而交叉學科的研究生則要求講述表面物理化學基本原理與本學科的交叉實例。在自學報告和課程作業方面也根據學生類型的不同而提出了不同的要求。這樣，一定程度上滿足了學生分類培養的要求。

然而，從前期的教學實踐效果看，該課程教學中存在如下問題：（1）這種統一集中上課的教學模式，存在著教學追求全面性與不同類型研究生學習需求不同的矛盾，使得分類培養的針對性不強。（2）從學生反饋來看，學術型研究生認為表面物理化學基本原理的學習過于簡單，而交叉學科的研究生由于化學基礎薄弱而認為理論介紹難度過大，內容偏多。這一問題還導致學生成績分布不合理，交叉學科學生選課的積極性不高。因此，“表面物理化學”課程切實的分類教學改革勢在必行。

1.2適應分類教學的“表面物理化學”課程內容體系的確立

“表面物理化學”分類教學要依據研究生培養目標所需要的知識結構，統籌考慮本科已有的基礎和不同授課對象的需求。在研究生分類培養的新形勢下，“表面物理化學”課程作為全校公選課，在教學內容上既要滿足化學、化工學科學術型和應用型這兩類人才培養模式的需要，又要滿足非化工學科研究生選修本課程的新需求。在教學過程中，既要滿足學術型研究生對表面/界面科學知識的深度和系統性的需求，又要滿足應用型研究生將表/界面科學知識有效運用于工程實際的需求，還要使得其他交叉學科研究生能夠建立界面觀點、掌握表/界面基本原理并能運用于自身的科研工作中。此外，本課程還要為不同研究方向的研究生奠定理論基礎。化工學科目前有9大具體研究方向（表面與界面化學，高分子復合與改性，化學電源，金屬電沉積與化學沉積，功能材料制備與性能，催化劑與催化反應工程，生物合成與分離工程，生物分子工程，新能源化工），涉及到能源、材料、生物、環境四大國際熱門領域和學術前沿。這些領域都需要從分子水平上研究材料、能源、生命中的相界面物理化學變化規律，這里涉及界面的共性知識和理論是本課程重要的內容體系。因此，本課程以表面/界面的物理化學原理和規律為基礎，以界面科學及應用新進展為前沿，以拓展科研思路與方法、培養創新精神和能力為目標，把各具體學科研究方向要求的知識結構細化為知識點，用知識點間的邏輯關系，協調界面物理化學原理、規律、應用及前沿進展的內容，進行分類教學內容體系的構建。

本課程從化工學科9大研究方向中，凝練出3個共性的表面科學知識和理論方向，即表面熱力學基礎、固體表面與界面以及表面活性劑。在此基礎上，針對化學、化工學科的學術型研究生的需要，重點介紹固/液界面的電化學熱力學與電結晶過程中成核與長大的影響因素及潤濕規律等；針對化學、化工學科的應用型研究生及食品、航天、材料等交叉學科的研究生，重點講授固體表面態和鍵合、表面層結構性質及表面改性技術，以及潤濕現象的應用等內容。表面物理化學分類教學的課程內容體系框圖如圖1所示。基于上述思路，修改了化工學院的研究生培養方案，取消了原來的“固體表面與鍵合”課程，將其有關內容納入“表面物理化學II”，作為應用型研究生的學位課程及非化學、化工學科研究生的全校公選課；原“表面物理化學”改為“表面物理化學I”，作為學術型研究生的學位課。

圖1　表面物理化學分類教學課程內容體系

2　“表面物理化學”課程分類教學的組織和實施

在課堂教學組織與實施中，首要考慮的是學術型和應用型這兩類研究生培養目標的不同及交叉學科研究生的學習需求。“表面物理化學I”是針對化學、化工學科的學術型研究生開設，重點在于基本理論的深度理解和掌握。在教學過程中偏重于演繹法，從解釋表面現象開始，深入到基本原理的推導過程和基本規律的理論分析，注重知識體系的系統性和完整性；將表面科學的學術前沿與表面科學基本理論結合起來，提高學生對學術前沿中表面科學問題的認識深度；同時，在教學過程中注重培養學生的科研意識、科研興趣和科學思維習慣?！氨砻嫖锢砘瘜WII”是針對化學、化工學科的應用型研究生和交叉學科的研究生開設的。其教學過程中偏重于采用歸納法，從各類表面現象及工程實際應用入手，在物理化學知識的基礎上介紹表面科學的基本知識和理論，注重基本理論與工程應用實踐的結合，加強培養學生在工程應用過程中發現表面科學問題和運用表面科學原理的能力，突出表面科學原理在工程實際中的應用創新和實踐創新。

其次，在教學過程中還要考慮研究生原本科階段的表面化學以及物理化學課程的知識基礎。我?；W科為本科生開設了表面化學類課程“應用表面化學與技術”，化學學科開設了“表面化學”，還有服務于全校本科生的創新研修課“應用表面化學基礎”。但是化學、化工學科每年招收的碩士研究生有相當一定比例的學生在本科階段沒有學過表面化學類課程，而交叉學科的研究生學習過此類課程的人數更少。為解決這一類研究生表面化學基礎薄弱的問題，我們建議有條件的學生選修相關的表面化學類本科生課程。另外，由于本課程對本科生的物理化學知識要求較高，因此針對沒有物理化學基礎的學生（主要是來自交叉學科的研究生），要求課外自學由授課教師指定的相關內容，或利用緒論課適當補講相關內容。

再次，通過累加式考核的導向作用，細化各項考核的要求，加強不同類型研究生的分類培養?！氨砻嫖锢砘瘜WI”針對學術型研究生對系統的基礎理論和學術前沿知識要求高的特點，確定考核內容如下：閉卷考試，占60分，考核基本理論和原理等；討論課每名學生以PPT方式講述與本人課程相關的表面科學前沿問題，占20分；以理論推導和討論為主的開卷考試，占10分；以教材為藍本自學其中的第二章固體表面的自學報告，占10分?！氨砻嫖锢砘瘜WII”針對應用型研究生和交叉學科研究生注重理論與工程實際相結合的特點，采用如下考核方式：閉卷考試，占50分，考核基本理論和原理等；討論課每名學生以PPT方式講述表面科學問題或表面分析方法在工程實際的應用，占20分；作業占20分，包括運用表面基本原理對某一表面現象和問題進行解釋和綜述某一固體材料表面或界面的幾何結構和電子結構兩個方面；隨堂開卷測驗2次，共10分。

3　通過教學與科研相結合、理論與實踐相統一，服務于兩類研究生人才培養

研究生的課程教學不僅是傳授基礎理論和專業知識，也是拓展科研思路與方法、培養創新精神和能力的有效途徑。表面物理化學內容的學科交叉特色突出，使得該課程具有教學與科研、理論與實踐相結合的優勢。本課程在滿足教學基本要求的前提下，利用界面化學涉及面廣的特點，引導學術型研究生從界面的物理化學原理和規律走向學術前沿、應用型研究生將表面化學基本理論應用到工程實際，使“表面物理化學”課程教學有效地服務于研究生的分類培養。

3.1教學過程中注重教學與科研相結合

本課程在長期的建設和發展過程中形成了課程組，建立了適合于研究生培養，特別是學術型研究生培養的課程體系，在教學與科研相結合方面也進行了大量卓有成效的工作。本課程組的授課教師利用自身的科研優勢，將自己與表面科學相關的研究成果運用于教學之中，啟發學生的科研思路、培養科研興趣；課程組成員的部分研究成果直接轉化為與課程內容對應的實驗項目，納入學院的研究生實驗平臺［5］之中，建立學院層面的“表面物理化學”課程實踐環節；此外，課程組教師在研究生培養環節上，服務于科研方向與表面科學密切相關的研究生導師，對研究生學位論文中與表面科學相關的內容進行把關和理論指導，反饋于科研工作。

3.2加強理論與實踐相統一，強化應用型研究生工程實踐能力培養

針對我國研究生人才培養和實際需求脫節的問題，2009年起教育部即宣布研究生培養將從過去的學術型為主轉變為應用型為主，現在應用型研究生招生比例逐年增加［6］。為提高我校化學、化工學科應用型研究生的工程實踐能力，化工學科在研究生院的支持下建立了校內外實踐基地［7］，并與“表面物理化學II”有機結合起來，工程實踐活動成為課程的生動實例。如在課程組成員參與建立的“化工學科應用型研究生校內實踐基地”，研究生可以在生產線上進行鋰離子電池制造各個環節的實踐活動，包括材料合成、電極制備、電池組裝及電池性能檢測，全面系統地掌握鋰離子電池的制造技術，培養化工學科研究生的工程實踐能力，提高其對產品設計、產品制造的系統觀、全局觀，特別是使學生體會到了本課程的基本原理和規律在電池制備中的理論指導作用，真正做到了理論與實踐的統一。再如在化工學科的“上海山富數碼噴繪復合材料有限公司校外實踐基地”，研究生可以進行從膠水、涂料、涂布、貼合、分切，到產品包裝的一條龍生產實踐，使應用型研究生能真實了解企業生產和研發的基本過程，又深刻體會到界面問題的重要性。

4　“表面物理化學”課程分類教學實踐效果

全校公選課“表面物理化學”課程的分類教學在我校研究生院支持下正式實施以來，本課程的學生成績分布更趨合理，學生選課情況和學習興趣都呈現了良性的發展態勢。從學習效果看，此前本課程閉卷考核中成績優秀的學生都集中在化學、化工學科，并以學術型研究生居多；現在由于分類教學中基于不同類型學生的學習需求，調整了教學內容和考核要求，使得學術型和應用型研究生各出現一定比例的優秀生，特別是來自交叉學科的研究生成績也出現了優秀。其二，分類教學實施后，選“表面物理化學II”課的交叉學科研究生從航天、食品、材料學院又增加了機械、電子和能源等學院，表明分類教學法的實施符合交叉學科研究生對表面化學類課程的學習需求。因此，可以預期“表面物理化學”全校公選課會吸引更多的交叉學科研究生選課，選課波及面也會進一步加大。其三，由于課程學習內容與各類研究生的培養目標更為一致，從而使得研究生的學習興趣提高，學生主動學習的意識明顯增強。特別是課間學生找老師討論問題的現象明顯增多，既有對課堂上課程學習內容的討論，也有把自己課題方向中與表面科學相關的問題與授課教師交流。學生反饋結果表明，選修此課的研究生對“表面物理化學”分類教學普遍認可。

另外，我院應用型研究生在培養上增加了校內外實踐基地的實踐與考核環節，從學生對校內外實踐基地實踐活動的總結報告中可以發現，有相當一部分學生將表面科學問題與具體的工程實踐結合起來，將在“表面物理化學”課程中學習的知識原理直接運用到具體實踐之中。在教學過程中設置的討論課上，有一定比例的研究生將自己將要進行的碩士研究課題中的表面物理化學問題在課堂上與老師和同學直接交流，這樣授課教師可以直接進行理論指導，使教學更好地服務于研究生的學位論文工作。

5　結束語

我國高校研究生階段人才培養的全校公選課一般為英語、數學或思想政治理論課等。而理論性較強的“表面物理化學”課程如何發揮其全校公選課的作用、有效地服務于研究生的分類培養，是“表面物理化學”課程建設的首要問題。哈工大化工學院“表面物理化學”課程組在我校研究生院和化工學院的支持下，對“表面物理化學”分類教學改革進行了有益的探索。但是要真正實現從原來單一地服務于學術型研究生培養到服務于學術型和應用型兩類研究生的分類培養，還需要進一步的理論研究和實踐。

［1］丁雪梅，甄良，宋平，楊連茂，魏憲宇.學位與研究生教育，2010，No.2，1.

［2］丁雪梅，甄良，宋平.研究生教育研究，2011，No.5，1.

［3］阮平章.學位與研究生教育，2004，No.8，21.

［4］吳愛祥.中國高等教育，2013，No.18，58.

［5］丁雪梅，甄良，宋平，楊連茂，魏憲宇.學位與研究生教育，2009，No.11，13.

［6］宋平，楊連茂，甄良，丁雪梅.學位與研究生教育，2011，No.3，61.

［7］姜兆華，姚忠平，趙力，龍軍，孫秋，尹鴿平.學位與研究生教育，2013，No.9，22.

Reform and Practice of Classification Teaching of School Public
Course"Surface Physical Chemistry"for Graduate Students

YAO Zhong-PingJIANG Zhao-Hua*HUANG Yu-DongYUE Hui-Min AN Mao-ZhongHAN Xiao-JunYIN Ge-Ping
（School of Chemical Engineering and Technology，Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，P.R.China）

In order to meet the training needs of the academic，applied and interdisciplinary graduates，the teaching reform and practice of school public course"surface physical chemistry"was carried out in Harbin Institute of Technology.The necessity of classification teaching of the course was discussed and two kinds of teaching content systems were established according to the needs of the classification training of graduates.The learning demands and undergraduate foundations of graduate students with different types are fully considered in the teaching organization and implementation and accumulative-type assessment as well.In the teaching processes，the combination of teaching and scientific research and the unification of theory and the practice are much concerned，which really serve the classification of graduate student training.In this way，the reform of the course is adapted to the demands of the talent cultivation for two types of graduate students and interdisciplinary graduate students.

School public course；Graduate students；Surface physical chemistry；Classification teaching

O6；G64

10.3866/PKU.DXHX201510025

，Email:jiangzhaohua@hit.edu.cn

黑龍江省高等教育教學改革工程項目（JG2014010696）；哈爾濱工業大學研究生教育教學成果獎培育項目（CGPY-2010410）；哈爾濱工業大學研究生教育改革研究項目（JGYJ-201615）