新工科背景下化工專業物理化學實驗教學改革與探索*

魏 嫻，呂夢嵐

(貴州理工學院化學工程學院，貴州 貴陽 550003)

為主動應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展、“中國制造2025”等一系列重大國家戰略，我國高等工程教育積極推進“新工科”建設，先后形成了“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”，著力探索形成領跑全球工程教育的中國模式、中國經驗，助力高等教育強國建設[1-3]。在新工科建設的背景下，我院化學工程與工藝專業以培養應用型高素質人才為宗旨，大力推動專業內涵建設，有計劃、有步驟的加快人才培養方案、課程設置、實踐教學環節的改革創新。物理化學實驗是物理化學的實踐課程，作為連接基礎實驗與專業實驗的橋梁，在培養學生的實驗操作技能和理論聯系實際能力上具有舉足輕重的作用，是化工專業重要的基礎實驗課程[4]。所以，結合新工科建設的要求，為培養應用創新型化工專業人才，對物理化學實驗的教學改革勢在必行。

1 課程思政的有機融入

“課程思政”是指以構建全員、全程、全課程育人格局的形式，將各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應，把“立德樹人”作為教育的根本任務的一種綜合教育理念[5]。在新工科建設的背景下，要培養中國特色社會主義建設的有用之才，不僅要重視傳授學生專業理論知識及實踐操作技能，更不能忽視對學生道德情操及職業素養的培養[6]。在物理化學實驗的教學中，嘗試將課程思政融入到教學的全過程，培養全面發展，德才兼備的新型化工人才。

在具體的物理化學實驗教學中，堅持以立德樹人為根本，牢牢把握課程思政的內涵，以相關的實驗內容為載體，充分發掘實驗中的思政元素，將課程思政融入到實驗的各個環節。在進入物理化學實驗室前，根據物理化學實驗的特點，必須要對學生進行實驗室安全知識培訓，提高學生對實驗室安全的重視程度，牢牢樹立“安全第一”的理念，培養新型化工人才安全生產的基本職業素養[7]。在引入實驗內容的環節，結合具體實驗內容，向學生介紹相關化學家的感人故事，培養學生的愛國情懷和對科學孜孜不倦的探索精神。在實驗操作及數據處理階段，注重對學生一對一的指導，敦促學生規范操作步驟，認真觀察現象，如實記錄數據，科學處理數據，培養學生嚴謹誠信的科研作風。在結果討論環節，重點培養學生發現問題，分析問題，解決問題的能力，并有意識的列出實驗中一些易被學生忽視的細節問題，指導學生通過查閱文獻進行集體討論，例如：“溶解熱的測定”中，通常的實驗教材使用的是硝酸鉀，我們為什么要改為使用氯化鉀？“燃燒熱的測定”中，為什么要使用蔗糖而不是使用萘？“二組分液相完全互溶系統的沸點組成圖的繪制”中，實驗后的乙醇-環己烷廢液應該如何收集？是否可回收利用？如何回收利用？通過這樣操作，旨在引導學生思考是否能對現有實驗項目進行綠色化改進，降低實驗對環境的污染，激發學生的社會責任感。通過對傳統實驗教學的改革，堅持將實驗教學與思政元素相結合，有助于培養出既有專業素質又有理想信念的化工專業應用型人才。

2 引入現代教學手段

我院化工專業傳統的物理化學實驗教學存在的主要問題有：(1)由于實驗原理相對抽象且篇幅較長，并且指導教師由于時間有限，對預習的檢查以抽查為主，因此大部分學生對實驗項目的預習有逃避心理，只是機械的抄寫指導書上的相關內容，并沒有進行思考，造成實驗預習效果不好。(2)由于實驗儀器構造通常較為復雜，部分學生僅憑指導書上的步驟及指導教師的課堂集中講解無法完全掌握操作，在實驗過程中通常會有無從下手的情況，指導教師需要對這部分學生不斷重復指導，對其余學生的實驗操作可能會有疏于管理的情況。(3)由于經費及場地的限制，不可能及時對儀器進行更新換代，不利于學生了解本實驗課程的前沿技術。

為解決以上問題，嘗試將現代教學手段引入物理化學實驗教學過程。(1)在實驗預習階段引入雨課堂。根據實驗項目的實驗目的和實驗原理設置相應的預習習題，利用填空、選擇、判斷等題型考察學生的預習效果，既能夠節省學生抄寫的時間，又能使教師全面評價學生的預習情況。學生可根據自身答題情況，在課堂上帶著問題聽講，有助于學習效率的提高。(2)利用微課碎片化，可視化的特點[8]，實驗指導教師對實驗項目的實驗原理進行梳理，提煉，將其中的每個重點及難點分別錄制為10～15分鐘時長的微課，例如對“溶解熱的測定”中微分溶解熱、積分溶解熱、微分稀釋熱、微分稀釋熱的概念及計算推導過程進行講解錄制，在實驗前提前發送給學生進行預習，可以幫助學生克服畏難心理，有針對性的進行預習，將重難點逐個擊破。同時，還可以利用微課將復雜的實驗操作合理拆分后分步錄制或針對實驗操作中的難點進行錄制，例如在“燃燒熱的測定”中，將測定前的復雜準備工作拆分為待測物的壓片、裝入氧彈、充氧等步驟進行操作錄制，在“溶液表面張力的測定”中針對自動表面張力測定儀發出蜂鳴警報聲的處理方法進行錄制，在“液體飽和蒸氣壓的測定”中針對測定裝置、穩壓包、循環水式真空泵的各接口如何接連和如何檢漏進行錄制，方便學生在課前對儀器操作能有初步了解，或在實驗過程中有基本操作問題時可以有針對性的自行觀看解決，提高了實驗的效率和操作準確度。(3)利用慕課資源及虛擬仿真技術，將物理化學實驗通過線上線下配合，虛實結合的方式，幫助學生了解課程前沿技術，提高實驗教學效果。

3 開設創新性實驗

新工科建設需要應用型創新人才，應用型本科院校在實踐教學中要加強學生創新實踐能力的培養[1,9]。我院化工專業的物理化學實驗課程，結合化工專業特點，嘗試開設三個層次的實驗類型。第一層次：教學大綱要求開設的實驗課程必修項目，以驗證性實驗為主，增加少量綜合性實驗，以提升學生實驗操作技能及啟發學生運用所學知識解決問題為目標。第二層次：以開放實驗室為依托，開展設計性實驗項目(選修)，由指導教師指定實驗目的，學生查閱文獻資料后，基于現有的教學實驗室條件，自行確定實驗原理，實驗藥品儀器及實驗步驟，將實驗設計方案上交指導教師審批并經過課程組教師集體論證可行性后，進入實驗室開展實驗。通過進行設計性實驗項目的訓練，以期培養學生獨立發現問題，分析問題，解決問題的能力，提升學生綜合運用所學理論知識的能力。第三層次：經過前兩個層次培養合格后，可進入科研實驗室，加入教師科研團隊，結合教師科研項目，以大創項目或畢業設計(論文)的形式，開展創新性實驗訓練。通過創新性實驗的訓練，培養學生團隊協作意識，創新科研意識和科學思維方法，激發他們投身化學工業研究的熱情。

目前，我國正在大力推進“新工科”建設，對于應用型地方本科院校，培養實用型、綜合型、創新型的工程技術人才是新工科人才培養的重點。為實現這一目標，我院化工專業物理化學實驗課程積極進行改革探索，通過將課程思政引入教學，積極使用現代教學技術，為學生進行設計性、創新性實驗提供必要支持等手段，提升學生的專業知識，創新能力，科研精神，職業素養，為國家培養符合社會需求的新型化工人才。