地方農(nóng)業(yè)院校“高等物理化學(xué)”教學(xué)質(zhì)量提升之思考

李麗芳 錢(qián)萍 蘭孝征

摘 ? ?要：“高等物理化學(xué)”是化學(xué)類(lèi)碩士研究生的學(xué)位課或?qū)I(yè)必修課，長(zhǎng)期以來(lái)，就如何提高“高等物理化學(xué)”的教學(xué)質(zhì)量與效果，筆者一直進(jìn)行著探索和改革。文章結(jié)合創(chuàng)新人才培養(yǎng)的大背景與農(nóng)業(yè)類(lèi)院校的學(xué)科特點(diǎn)，對(duì)“高等物理化學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式及考核方式進(jìn)行了系列探討與改革，以期能以改促教，以教促學(xué)，使在學(xué)碩士研究生在邏輯思維、創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)素養(yǎng)等方面的能力均有較大提高。

關(guān)鍵詞：高等物理化學(xué);教學(xué)質(zhì)量;地方農(nóng)業(yè)院校

中圖分類(lèi)號(hào)：G643 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1002-4107（2019）010-0059-02

“高等物理化學(xué)”是運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)理論和方法，研究化學(xué)系統(tǒng)微觀行為與宏觀性質(zhì)之間的關(guān)系與規(guī)律，為化學(xué)研究提供理論基礎(chǔ)的一門(mén)課程。“高等物理化學(xué)”是山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)碩士研究生的學(xué)位課，也是化學(xué)一級(jí)碩士點(diǎn)研究生的專業(yè)選修課。目前國(guó)內(nèi)有多所高校都開(kāi)設(shè)“高等物理化學(xué)”，大多數(shù)作為研究生的學(xué)位課，也有的作為高年級(jí)本科生的選修課。“高等物理化學(xué)”是對(duì)本科物理化學(xué)研究?jī)?nèi)容的廣度拓展和深度強(qiáng)化，具有基礎(chǔ)性、寬廣性、系統(tǒng)性、實(shí)踐性、先進(jìn)性和前沿性的特點(diǎn)[1]。研究生通過(guò)對(duì)“高等物理化學(xué)”的學(xué)習(xí)，可進(jìn)一步掌握物理化學(xué)的基本原理和研究方法，為后續(xù)階段的研究工作做好必要的知識(shí)和方法儲(chǔ)備，深刻體會(huì)物理化學(xué)領(lǐng)域科學(xué)研究的思維方式與魅力，進(jìn)一步激發(fā)對(duì)化學(xué)學(xué)科的興趣和深層次思考，更有利于結(jié)合學(xué)科發(fā)展前沿，將物理化學(xué)的基本原理和研究方法運(yùn)用到科學(xué)研究中，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)邏輯思維，提高科技能力。

“高等物理化學(xué)”是適應(yīng)社會(huì)需求建立和發(fā)展起來(lái)的一門(mén)課程，但迄今為止，公開(kāi)發(fā)行的、以《高等物理化學(xué)》命名的教材只有兩本：一本是劉壽長(zhǎng)教授編著、鄭州大學(xué)出版社2005年出版，另一本是司云森教授主編、科學(xué)出版社2015年出版。兩本教材各有側(cè)重，內(nèi)容各有不同。國(guó)內(nèi)各高校開(kāi)設(shè)的“高等物理化學(xué)”，基本上都是根據(jù)各學(xué)院發(fā)展特點(diǎn)和專業(yè)需求制定教學(xué)大綱，任課教師自主選擇課程內(nèi)容，所以各高校“高等物理化學(xué)”內(nèi)容機(jī)動(dòng)靈活，授課內(nèi)容與深度差異很大[2-3]。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)于2004年開(kāi)設(shè)“高等物理化學(xué)”課程，當(dāng)時(shí)以韓德剛教授編寫(xiě)的《物理化學(xué)》為主要參考教材，選取本科階段物理化學(xué)未涵蓋的內(nèi)容。但因?qū)W院剛開(kāi)始進(jìn)行碩士研究生招生，招錄的研究生在本科階段所修物理化學(xué)教材多樣、學(xué)時(shí)各異，知識(shí)水平差異較大，給“高等物理化學(xué)”的教學(xué)帶來(lái)了極大困難。任課教師要經(jīng)常調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、授課進(jìn)度，甚至授課方式，以滿足多層次生源研究生培養(yǎng)的需求。近年來(lái)隨著學(xué)院研究生招生規(guī)模不斷擴(kuò)大，生源相對(duì)穩(wěn)定，建立教學(xué)內(nèi)容充實(shí)豐富、教學(xué)模式生動(dòng)靈活、考核方式客觀公正的“高等物理化學(xué)”教學(xué)體系已經(jīng)迫在眉睫。

一、優(yōu)化課程內(nèi)容設(shè)置

根據(jù)農(nóng)業(yè)類(lèi)高校的學(xué)科背景及“高等物理化學(xué)”的宗旨精神，重新設(shè)計(jì)和規(guī)劃教學(xué)大綱，構(gòu)建了相對(duì)固定的經(jīng)典部分和靈活多樣的專題講座相結(jié)合的課程內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)厚重扎實(shí)，專題新穎有趣的新格局。

量子化學(xué)由量子力學(xué)基礎(chǔ)、原子結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)三部分構(gòu)成，可以定性甚至定量地闡明分子、原子和電子尺度級(jí)別上的問(wèn)題，在量子化學(xué)和分子動(dòng)力學(xué)模擬之間架設(shè)溝通與聯(lián)系的橋梁，并將應(yīng)用拓展到生物、醫(yī)藥、環(huán)境和能源等領(lǐng)域。科學(xué)家馬丁·卡普拉斯等就因開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)多尺度復(fù)雜生物分子反應(yīng)系統(tǒng)模型而斬獲2013年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。通過(guò)量子化學(xué)的學(xué)習(xí)，可加深學(xué)生對(duì)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，為理論計(jì)算進(jìn)入研究生的科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)，也為沒(méi)有學(xué)過(guò)結(jié)構(gòu)化學(xué)的研究生補(bǔ)充量子化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。

非平衡態(tài)熱力學(xué)又稱不可逆過(guò)程熱力學(xué)，以普里高津的局域平衡假設(shè)和耗散結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，包括線性非平衡態(tài)熱力學(xué)和非線性非平衡態(tài)熱力學(xué)。線性非平衡熱力學(xué)是指偏離熱力學(xué)平衡不遠(yuǎn)的系統(tǒng)，熱力學(xué)力如溫度梯度、濃度梯度等仍與熱力學(xué)流如熱流、擴(kuò)散流等近似呈線性關(guān)系。遠(yuǎn)離平衡區(qū)的非平衡熱力學(xué)系統(tǒng)，力與流為非線性關(guān)系。處于非線性區(qū)域的系統(tǒng)不一定總是趨于穩(wěn)定，有可能會(huì)發(fā)生從穩(wěn)定到不穩(wěn)定的突變。突變是出現(xiàn)有序結(jié)構(gòu)及非平衡相變的條件。分形、混沌、有序結(jié)構(gòu)和自組織現(xiàn)象都屬于非線性非平衡態(tài)物理化學(xué)問(wèn)題，對(duì)這些問(wèn)題的研究具有很好的理論和實(shí)踐意義[4]。

統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)主要研究粒子的力學(xué)性質(zhì)和相互作用，以大量粒子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果，求取平衡系統(tǒng)的各宏觀性質(zhì)。統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)以粒子所遵循的力學(xué)定律為理論基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)得的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)（如核間距、鍵角、振動(dòng)頻率等）來(lái)計(jì)算分子配分函數(shù)，然后求取物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)。通過(guò)對(duì)統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的學(xué)習(xí)，可使學(xué)生掌握微觀狀態(tài)和宏觀性質(zhì)之間的關(guān)系，培養(yǎng)邏輯思維能力，加深對(duì)“高等物理化學(xué)”的認(rèn)識(shí)。

在經(jīng)典內(nèi)容之外，可根據(jù)“高等物理化學(xué)”基礎(chǔ)理論在科學(xué)研究中的新發(fā)展和新突破，附加一定課時(shí)的專題講座，如為結(jié)合山東農(nóng)業(yè)大學(xué)特色，在分子層次上設(shè)計(jì)高效、高選擇性的生物分子，促進(jìn)生物酶、生物模擬和生物制藥等涉農(nóng)領(lǐng)域研究的深入和為相關(guān)研究提供理論指導(dǎo)，開(kāi)設(shè)了量子化學(xué)應(yīng)用專題講座。講述Gaussian程序使用入門(mén)、量子化學(xué)在藥物設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。其他的專題講座可包含（但不止）如下內(nèi)容或方面：計(jì)算化學(xué)在催化劑選擇、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用;催化劑的制備及在定向合成中的應(yīng)用;離子液體的功能及應(yīng)用;表面活性劑的新發(fā)展;農(nóng)藥懸浮劑與乳狀液中的穩(wěn)定機(jī)制等。

二、綜合運(yùn)用多種授課方式

“高等物理化學(xué)”具有較強(qiáng)的理論性和抽象性，為加強(qiáng)授課效果，本課程采取靈活多樣的授課形式。理論性強(qiáng)的章節(jié)仍按照教師講解、多媒體輔助的授課方式，以圖片加動(dòng)畫(huà)的方式增強(qiáng)學(xué)生的視覺(jué)效果，加深對(duì)抽象構(gòu)型及理論的理解。講課中注重邏輯推理，注重“高等物理化學(xué)”理論的系統(tǒng)性及應(yīng)用性，注重基礎(chǔ)理論與其他學(xué)科的聯(lián)系與結(jié)合。大多數(shù)章節(jié)講授時(shí)可結(jié)合啟發(fā)式教學(xué)，部分與實(shí)踐聯(lián)系緊密的內(nèi)容可采用討論式教學(xué)，教學(xué)過(guò)程中注重學(xué)生開(kāi)放性思維的啟迪與培養(yǎng)。專題講座可采取教師主講式和學(xué)生匯報(bào)式兩種形式，通過(guò)學(xué)生匯報(bào)課使學(xué)生參與教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)效果[5]。多年的教學(xué)結(jié)果表明，多種形式相結(jié)合的授課方式受到了研究生的歡迎，收效顯著。通過(guò)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)與增強(qiáng)了研究生的邏輯思維和科學(xué)思維能力，增強(qiáng)了分析問(wèn)題時(shí)的全局意識(shí)，改善了思維方式與習(xí)慣。通過(guò)文獻(xiàn)查閱，與教師討論和匯報(bào)拓寬了研究生的知識(shí)面，增強(qiáng)了基礎(chǔ)理論的實(shí)際運(yùn)用能力，提高了創(chuàng)新意識(shí)和探索能力，后續(xù)階段亦具有較好的獨(dú)立科研精神與分析解決問(wèn)題的能力。

三、變革課程考核方式

傳統(tǒng)的理論課考核基本上采用期末統(tǒng)考“一張卷”的方式。這種考核方法具有較大的弊端，無(wú)法考量學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解能力，也無(wú)法判別運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力[6]。改革“高等物理化學(xué)”的考核方式，減小期末考試成績(jī)比例，將結(jié)果評(píng)價(jià)改為過(guò)程評(píng)價(jià)和結(jié)果評(píng)價(jià)相結(jié)合，加大平時(shí)成績(jī)的考核力度及比例，可使考核標(biāo)準(zhǔn)更加公平公正。平時(shí)成績(jī)形式多樣，包括出勤、課堂回答問(wèn)題、討論表現(xiàn)、小命題論文及專題匯報(bào)等五部分。前三部分主要考查學(xué)生的課堂表現(xiàn)與參與度，小命題論文是任課教師根據(jù)講授內(nèi)容布置的課后作業(yè)，是對(duì)章節(jié)知識(shí)的認(rèn)識(shí)、系統(tǒng)與全面掌握。學(xué)生的專題匯報(bào)題目自選，可根據(jù)學(xué)生的碩士研究課題，也可根據(jù)興趣愛(ài)好，通過(guò)查閱最新文獻(xiàn)、組織及梳理內(nèi)容，在課堂上匯報(bào)展示、交流和討論。此種考核方式，既鍛煉了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，體驗(yàn)自主學(xué)習(xí)的快樂(lè)，又能使學(xué)生及時(shí)掌握學(xué)科前沿，增強(qiáng)文獻(xiàn)閱讀能力和文字整理能力，增強(qiáng)語(yǔ)言表達(dá)、邏輯思維及應(yīng)變能力。據(jù)此得到的最終成績(jī)，既能體現(xiàn)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握程度，又能展現(xiàn)學(xué)生的綜合實(shí)力，所以這一改革措施得到了眾多導(dǎo)師和學(xué)生的好評(píng)。

“高等物理化學(xué)”是化學(xué)類(lèi)碩士研究生培養(yǎng)過(guò)程中的一門(mén)重要課程，通過(guò)系列改革，有利于學(xué)生對(duì)“高等物理化學(xué)”知識(shí)的掌握，也有利于學(xué)生邏輯思維能力和創(chuàng)新探索精神的培養(yǎng)。“具有物理化學(xué)素養(yǎng)的大學(xué)畢業(yè)生，適應(yīng)能力強(qiáng)，后勁足”。“高等物理化學(xué)”同樣在研究生培養(yǎng)中具有重要作用，因?yàn)樗苁寡芯可鷱睦碚摳叨人伎紗?wèn)題，也就更容易站在國(guó)際科技發(fā)展的前沿。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫少瑞，李釩，張麗娟，等.高等物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容初探[J].? ? 高教學(xué)刊，2017，（19）.

[2]劉元隆.高等物理化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法探討[J].? ? 廣東化工，2012，（10）.

[3]王齊.環(huán)境專業(yè)高等物理化學(xué)教學(xué)改革思考[J].課程教育? ? 研究：新教師教學(xué)，2013，（27）.

[4]吳越，楊向光.在非平衡態(tài)熱力學(xué)的基礎(chǔ)上探索建立催化? ? 理論的新途徑[J].化學(xué)進(jìn)展，2003，（2）.

[5]胡新根，李新華，胡茂林，等.高等物理化學(xué)課程前沿導(dǎo)向? ? 的模擬探究教學(xué)法[J].廣州化工，2012，（13）.

[6]高麗娟，方志剛，顧婷婷，等.化學(xué)化工專業(yè)研究生高等? ? 物理化學(xué)課程建設(shè)[J].教育教學(xué)論壇，2015，（51）.