對非化學專業《物理化學實驗》課程的思考

吳靜,劉煊赫

（中國地質大學（北京）數理學院，北京）

一 引言

化學是一門以科學實驗和實踐為基礎的學科。化學實驗的教學內容是以化學理論知識為基礎，進行實驗技能的訓練；化學實驗的教學形式通常都是教師講解基本實驗原理和進行必要步驟的示范，學生進行實驗操作、實驗記錄、實驗數據的分析并進行思考總結；化學實驗的教學目的意在鞏固和加強理解化學基本理論和原理、傳授化學實驗基礎知識和訓練基本技能，同時培養學生發現問題、分析問題和解決問題的思路和方法，加強培養學生嚴謹規范的科研精神、實事求是的科研態度，注重養成學生分工合作的團隊精神、堅忍不拔的科研品質和勇于探索的創新精神。可見，化學實驗課程無論是在化學人才的培養過程中還是在非化學專業的本科教育中都起著基礎性的關鍵作用。當今世界范圍內新一輪的產業革命、科技革命和迅猛發展的經濟對高等教育人才培養提出了新要求，要求所培養出的人才必須具備全面的理論知識、豐富的專業技能、熟練的實踐操作和卓越的創新能力，而化學實驗課程是培養大學生創新能力的重要途徑之一[1-3]。實驗教學是對本科生進行實踐教育的最基礎、最易得、最頻繁的平臺，利用好這一平臺無論是對于化學專業還是非化學專業的學生而言，對其實踐和創新能力的培養和發展都具有鋪墊和導向作用[4-6]。

《物理化學》作為化學學科的一個分支，其中實驗課程的設置同樣必不可少，它對于鞏固學生在課堂上所學的理論、深入理解邏輯性較強的知識點、培養學生的動手實踐、綜合應用、分析問題和解決問題的能力有著不可替代的作用[7,8]。我校作為一所以地質為特色的高校，《物理化學實驗》課程都是面向非化學專業學生開設，其教學過程有其獨特的特點和困難之處，在教學過程中，針對如何提高非化學專業的《物理化學實驗》課程的教學效果，我們在對非化學專業《物理化學實驗》課程進行剖析的基礎上，作出了深入思考。

二 非化學專業《物理化學實驗》課程教學的困難

化學專業的《物理化學實驗》課程通常都設置在修完無機化學實驗、分化化學實驗和有機化學實驗之后，學生已具備一定的實驗技能，動手能力較強，《物理化學實驗》課程的進展也就會比較順利，而非化學專業的《物理化學實驗》課程由于是面向非化學專業的學生，則有其特殊的教學困難，具體分析如下：①非化學專業學生的物理化學理論知識基礎薄弱。非化學專業開設的《物理化學》課程的學時數通常都比較少，而這門課程的知識點多、邏輯性強，導致非化學專業的學生對很多知識點都是淺嘗輒止，不能進行深度探究。此外，非化學專業學生的其他化學知識也鋪墊不足。化學作為非化學專業的公共基礎課，一般不會將無機化學、有機化學、分析化學和物理化學等課程全部開設，學生的前期知識鋪墊可能只有無機化學或者是大學化學，化學整體背景知識的欠缺也會對《物理化學實驗》課程的開展造成不利影響；②非化學專業的《物理化學實驗》課程課時數少。《物理化學實驗》課程作為非化學專業的公共基礎課，同樣面臨課時數少的問題，尤其在地質類學校中，地質專業或近地質專業的學生需要將大量時間投入地質實習中，如何在少量課時中有效開展教學是該門課程必須解決的難題；③非化學專業學生的實驗技能欠缺。在學習《物理化學實驗》課程之前，非化學專業開設的化學實驗課程通常只有《大學化學實驗》，學生的實驗技能未得到充分訓練，因而動手能力較弱。《物理化學實驗》課程在教學方法上通常采用實驗原理和操作技術要領結合講解的形式，理論知識的不足會對導致學生對實驗原理不能完全理解，而前期基礎實驗技能鋪墊不足，則會使得學生難以掌握操作技術要領，因而對實驗課程的開展造成困難。

針對非化學專業《物理化學實驗》課程存在的上述教學困難，如何解決教學困難、提高教學效果，我們在對非化學專業《物理化學實驗》課程進行剖析的基礎上，做出深刻思考，提出了一系列解決措施，希望能夠引發非化學專業《物理化學實驗》課程的改革，得到一些有益效果。

三 非化學專業《物理化學實驗》課程剖析

高等學校教育的專業人才培養目標應該是培養具有高度社會責任感、科學文化素養良好、牢固掌握專業基礎知識、基本理論和基本技能，具備創新意識和實踐能力，能夠在本專業及相關學科領域內從事科學研究、技術開發和教育教學等工作的人才[9]。為了達到該人才培養的目標，含化學實驗在內的各類課程的教學目標都應做相應調整。非化學專業的《物理化學實驗》課程教學目標因此可建議調整為：通過物理化學實驗的教學，使學生掌握物理化學實驗的基本知識、基本技能和物理化學的基礎理論，并以此為基礎培養學生的動手實踐能力、科學素養、解決復雜問題和創新能力。這意味著物理化學實驗教學不再僅僅重視“三基”，還應在培養科學素養、解決問題的能力和創新能力中發揮重要作用，要從“知識和技能導向型”課程向“能力和素質導向型”課程轉變。非化學專業的《物理化學實驗》課程教學目標的調整意味著該課程的教學體系、教學內容和教學形式都要重新進行思考和設計，以契合教學目標的要求，培養出符合現代社會需要的人才。傳統的非化學專業的《物理化學實驗》課程的教學內容是以驗證原理、學習操作、訓練技能為主，其教學形式也是學生照著教師示范或是課本內容“依樣畫葫蘆”地去走完整個實驗的流程。學生在該課程中可能可以實現“三基”的掌握，但是，難以實現更深層次的目標。教學目標的提升要求非化學專業的《物理化學實驗》課程的教學內容要向設計型、綜合型和創新型實驗轉變，同時將實驗安全教育、小型儀器設備的使用等納入課程，并注重兼容隨科技發展而出現的新原理、新方法和新實驗，教學形式上也要推陳出新，強調學生在教師指導下的自主學習，采用“線上線下”的混合教學方式，注重設計型和綜合型實驗教學，這樣才有望培養出具備安全、環保和可持續發展意識，掌握必要的實驗技能，能進行流暢表達、交流和團隊協作，具備自主探索、創新意識，能解決問題并實現自我發展的各類專業人才。

四 非化學專業《物理化學實驗》課程教學的思考

面對非化學專業的《物理化學實驗》課程中存在的教學困難，除了對該課程進行剖析之外，提出行之有效的解決措施是關鍵，因此，我們進行深入思考，提出了科學設疑以提高預習效果、結合專業來合理安排實驗和用創新實驗在課外增強技能等措施，期望能在一定程度上解決非化學專業的《物理化學實驗》課程中存在的教學問題，有效提高該課程的教學效果（圖1）。

圖1 非化學專業《物理化學實驗》課程存在的問題及應對策略

（一）科學設疑，提高預習效果

針對非化學專業學生化學理論知識缺乏，專業基礎弱的問題，思考從預習的角度去解決這一問題。傳統的實驗教學方法是教師對實驗原理、儀器使用、實驗步驟、數據處理和注意事項等全部進行灌輸式的詳細講解[10]，對于基礎薄弱的非化學專業學生來說，在這種教學模式下，他們只能被動地依照實驗步驟將實驗重復一遍，教學效果甚微。我們思考采用“課前預習+獨立實驗+教師指導”的教學模式，強調預習在教學過程中的地位和作用。在預習這一環節，在教材之外還給學生提供教學視頻，并在視頻中設置幾個與實驗密切相關的問題，讓學生在預習過程中解答，教師則在實驗之前檢查學生的預習報告和思考題的回答情況，實驗中學生是自己獨立進行實驗，教師對其錯誤操作進行糾正或關鍵步驟進行指導。古代先哲亞里士多德曾說過：“思維自驚奇和疑問開始”，疑問會讓人感到困惑和產生認知沖突，從而引起知識探究的欲望，思維也就應運而生。在預習時設置關鍵疑問，可以激發學生的學習動機，提高他們的學習主動性，即使學生的專業知識基礎薄弱，也有充分的時間去查閱相關書籍和資料，這在一定程度上就可以彌補背景理論知識欠缺的不足。此外，利用教學視頻進行預習，相對于單純依靠教材進行預習具有以下優點：（1）易于引起學生興趣。視頻相對于教材更加有趣、生動，很容易讓學生產生興趣，積極預習而不是應付了事；（2）設疑的形式可以靈活多樣。在視頻中可以任務點的形式設置與實驗相關的疑問，學生只有完成任務點之后才能繼續觀看視頻，這樣的形式可以有效提升預習效果，也方便教師線上檢查學生的預習情況；（3）預習可以隨時隨地進行。由于教學視頻是線上投放，學生可以利用手機隨時隨地進行預習，有利于他們對碎片時間的利用，也能在一定程度上緩解他們的課業壓力。

（二）結合專業，合理安排實驗

面向非化學專業開設的《物理化學實驗》課程，除了鞏固課堂所學理論知識之外，培養學生將物理化學實驗技能應用于解決本專業問題也是該課程的目的之一。因此，在課時少的現狀下，《物理化學實驗》可采取“基礎實驗+專業需求”的模式設置實驗項目，學生在鞏固物理化學理論知識的同時，又為開展專業實驗進行了鋪墊[11]。其中，基礎實驗部分可以安排一些訓練基本操作、熟悉常用儀器的實驗，為后續的綜合性的專業實驗奠定基礎。專業實驗部分可以根據學生專業，設置如地學、能源、材料等多個方向的實驗，讓學生根據自己的專業進行選擇，這樣不僅可以解決課時少的問題，學生還可以直接感受所學的實驗技能可用于本專業問題的解決，很大程度上激發了學生的積極性，甚至可以調動他們的創造性，在課程后期可以讓學生結合自己的專業背景，設計出一個帶有自己專業特色的綜合性實驗。通過“基礎實驗-綜合實驗-專業研究性實驗”多層次教學體系的構建，實現“一體化”實驗教學。

（三）創新實驗，課外增強技能

大學生創新項目目前已在各大高校廣泛開設，學生的參與度也很高，教師可引導學生根據自己的興趣、結合自身專業背景開展一些與物理化學相關的創新項目，這樣相當于拓展了《物理化學實驗》課程的課堂，可以利用更多的課外時間和機會去鍛煉學生的實驗技能。此外，還可與大學生化學實驗競賽相結合，即使是非化學專業的學生，同樣可以動員他們參與到化學競賽中來，尤其是實驗形式的化學競賽，以賽促教，在整個參賽過程中，不僅會使其化學理論知識得以拓寬，而且能增強其實驗技能。

五 結語

非化學專業的《物理化學實驗》課程教學存在一些不言而喻的困難，針對這些教學問題，本文進行了深入思考，在剖析課程的基礎上強調從實驗預習、安排專業實驗和利用創新項目的角度去嘗試解決這些教學困難，期望能提高教學效果。