與時俱進，不斷開創物理化學課程建設新局面

彭昌軍，徐首紅，剛洪澤，殷天翔，胡軍，尚亞卓，劉洪來，黑恩成

華東理工大學化學系，上海 200237

1 引言

在工科化學課程體系中，物理化學處于樞紐地位，是相關專業知識體系的核心課程之一，也是引導學生由理解“已知”到探究“未知”轉變的關鍵課程。初次學習該課程時，大多數學生往往就會因概念抽象、公式繁多而喪失學習的熱情和信心。圍繞這一現狀，國內多所高校均開展了課程教學改革，提出了能促進自主學習習慣養成等的研究型教學法[1]和能提高問題解決能力的問題式教學法[2]，實踐了“線上-線下”混合式教學模式[3]，探索了理論課教學內容和實驗課教學內容的融合模式[4]。教學中，物理化學方法和發展史的教學得到重視[5]，物理化學在社會發展中的作用有所突出[6]。但如何培養學生解決復雜問題的綜合能力，促進知識、能力與素質三方面和諧發展，始終是課程建設要解決的核心問題。多年來，我們堅持以學生為中心，圍繞課程內涵建設(見圖1)，與時俱進開展了物理化學課程改革與創新實踐，取得了新的認識和積極成果。

圖1 課程內涵建設

2 嚴要求打造一流教學團隊

長期以來，研究型大學重科研輕教學的傾向很大程度上影響了教學隊伍的穩定和教師從事教學的積極性。為此，我們積極響應胡英院士倡導的“教學科研一起抓，兩個拳頭同時出擊”，創建了教學團隊發展長效機制，其核心是強化教研室建制，堅持走教學與科研一體化團隊建設之路，并秉持“四個堅持”打造團隊。

2.1 堅持教學科研協調發展

骨干成員必須站在科研與教學高地，能同時承擔重要教學和科研項目，營造以科研創新驅動教學創新的良好氛圍。2013年以來，新增各類國家級等科研項目30余項，新增教育教學研究項目10多項。在教學與科研一體化團隊建設中，形成了拼搏進取的團隊作風。

2.2 堅持教授主講本科課程

教授必須發揮在本科教育中的示范作用。目前，包括“長江學者”在內的8名教授均站在課堂教學第一線，并領銜教育部首屆“黃大年式教師團隊”。實踐證明，教授的人格魅力與學術影響力是增強學生求知欲的重要引擎。學生坦言：“劉洪來老師雖然身為長江學者，但是沒有任何的架子，簡直是熱力學的頂級專家。”

2.3 堅持教學科研互動研討

團隊成員必須在研討中凝練可服務本科教學的互動成果，持續保持教學活力。近些年，團隊每年從科研項目中提煉教學素材近50項。這些互動研討成果不但應用于課堂教學、實驗教學、畢業論文、大學生創新創業計劃等環節，也被恰當融入到出版的教材與參考書中。

2.4 堅持傳幫帶培養新教師

青年教師必須將科研創新熱情與活力延伸到本科教學中。我們充分利用國家和上海市教學名師的有利條件，開展了“拜師結對”和“一幫一”活動。同時依托學院教師培訓基地，通過觀摩學習、教學競賽、教學研討等措施提升青年教師的教學能力，為團隊穩定發展注入新活力。

保持建制的教研室先后榮獲“上海市勞動模范集體”“上海市教育先鋒號”等榮譽，2008年被評為國家級教學團隊。物理化學課程先后入選國家級精品課程、網絡教育國家級精品課程、國家級雙語教學示范課程、國家級精品資源共享課和上海市優質在線課程。

3 高標準建設一流教學資源

3.1 教材資源

20世紀末，胡英院士積極推動并主持全國性面向 21世紀的工科化學教學改革，首創了物理化學課程內容“三個層次、兩個部分、三種方法”的邏輯框架。即：物理化學可分為宏觀層次、從微觀到宏觀層次和微觀層次(三個層次)；每個層次又可分為物質特性和普遍規律(兩個部分)；物質特性可通過實驗方法、半經驗方法和理論方法(三種方法)得到。作為改革的重要成果，胡英院士主編了國家“九五”重點教材《物理化學》第 4版[7]。該教材在“邏輯框架的構筑、內容的推陳出新以及突出實際應用”等三個方面與國際接軌。隨后，胡英院士根據國內外教育發展趨勢，先后編寫了《物理化學》第5版[8]和第6版[9]。教材除保持大框架外，還新增小脈絡，以便學生歸納和總結。此外，團隊成員的若干研究成果在教材中也有體現，如離子液體、量子糾纏態、雙子表面活性劑等。

以教材為龍頭，我們進行了立體化教材建設。《物理化學教學與學習指南》[10]可引領學生閱讀與理解，提高解決問題的能力。科學版“名師導讀系列”《物理化學導讀》[11]、《物理化學釋疑》[12]、《物理化學——理解·釋疑·思考》[13]著重對基本概念和原理的發展、爭議進行剖析與思考。《物理化學參考》[14]可幫助和引領讀者理解和掌握物理化學的精髓，追蹤現代化學的發展。國內首部英文版《物理化學》[15]教材替代了國外教材，對全英語課程建設具有重要意義。

3.2 信息資源

建有“國家級物理化學精品課程”和“國家級精品資源共享課”網站。2016年，我們開始建設在線開放課程。在課程設計中，“三個層次、兩個部分、三種方法”的邏輯框架進一步得到夯實。視頻講解按“以問開篇，懸疑結尾”的原則較好理順了不同知識點間的關系。為引導學生提升將碎片化信息融合成系統化知識的能力，設計了每章的“內容導讀”，提供了教學課件以及“典型問題”等資源。為評估成效，設置了1000多道進階式章節測試題、12套單元綜合測試卷，并建成線上考試題庫。

4 多舉措激發課堂活力

4.1 貫徹“少而精、博而通”的教學思想

對于一門課程，希望學生學習之后能知道哪一類知識在知識框架中的哪個位置，以便今后深入考查和鉆研。同時希望通過典型章節的學習，體會字里行間蘊藏著的科學內涵與科學方法。鑒于這種思考，我們基于構建的“三個層次、兩個部分、三種方法”的邏輯框架，率先實踐了“少而精、博而通”的教學思想。“少而精”是指突出重點、教深教透，使學生觸類旁通；“博而通”是指廣博的知識面，在解決問題時思維活躍、能融會貫通。我們已將這一思想融入教學環節的各個方面，從而正確處理了教材內容與教學內容的關系，使教學保持“常教常新、常教常精”的狀態[16]。

4.2 創新知識導入模式

學科的進步要么是為滿足社會與經濟發展的重大需求，要么是為解決科學瓶頸問題，發展的成果也為解決實際問題提供了方法和原理。順著這一脈搏，我們在教學設計中引入了不同風格的課堂導入實例[17]。

一是對能引起學生興趣的科學家的逸聞趣事采取故事般的敘述。如講授“焦耳-湯姆遜效應”之前，先讓學生回憶焦耳對科學的貢獻。然后問，湯姆遜是誰？為何開爾文就是湯姆遜？開爾文曾反對焦耳的熱功當量實驗，那他又為何和焦耳一起合作呢？這種故事般的引入自然引起學生興趣。

二是對能啟發學生思考的科學問題，通過了解其發展史，理順發展的邏輯關系，巧妙引出疑問。如講授“熱力學第三定律”，首先引出問題，物質在指定溫度下的標準摩爾熵如何獲得？0 K時反應的標準摩爾熵等于零嗎？然后在問題的驅動下，逐一講解定律發現過程中不同科學家的貢獻。

三是以“身邊人·身邊事”穿插于課堂。多年來，我校已形成若干優勢學科，培養了一批卓越人才，這些都是引入課堂的生動素材。我們將華理人、華理成就、成果中蘊含的學科知識點擇機穿插于課堂，取得良好效果。這種“身邊人·身邊事”不僅能提升學生的專注度，還可有效提高對學科價值的認知度。

四是講好中國故事。如學習“三相點”時，介紹物理化學宗師——黃子卿教授在水的三相點實驗研究方面的杰出貢獻。學習狀態方程時，介紹著名化工專家侯虞鈞院士在馬丁-侯狀態方程中的突出貢獻。

4.3 實施“啟發式、探究式”教學方法

“啟發式、探究式”的核心是培養學生獨立思考和創新思維能力，保持在學習全過程中的主動性[18]。我們充分利用教學科研一體化的團隊優勢，從實踐中提煉出實施“啟發式、探究式”教學的保障措施：一是將教學成果轉化為教學資源，名師導讀三部曲正是這些教學資源的總結[11–13]；二是將科研成果設計成學而不忘的教學片斷，例如，通過解析863課題“二氧化碳的吸附法捕集技術”，了解介孔材料設計的知識，理解界面科學的理論；三是堅持教研活動不斷線，定期對課程重點難點進行解析，各抒己見，從中獲取駕馭“啟發式、探究式”教學的能力。

課堂實施則按四步遞進方案(見圖2)：① 以“少而精”為原則，精化課堂內容，確保“啟發式、探究式”教學的空間；② 對一般性的內容難點，采取“討論式”教學，為“啟發式、探究式”教學做好鋪墊；③ 將凝練的“啟發式、探究式”案例引進課堂，互動激發創新思維；④ 學生總結學習成果，引導步入“博而通”軌道。

圖2 “啟發式、探究式”教學四步遞進方案

4.4 穩步推進混合式教學

依托在線課程，開展了以學生為主的混合式教學模式探索。我們從“知識內容、學習方式、導學提示、問題思考、線上議題、線下議題”等角度設計了詳細的學習方案，讓學生明確學習任務與具體要求。

對于一般性內容，要求學生完全自主學習。教師則通過平臺了解學習進度，督助學生有序學習，及時回復線上提問。學習效果由線上階段考核與線下課外作業進行評估。

對于重點難點內容，按“課前預習、課中互動、課后鞏固”方式進行。

“課前預習”要求學生依據“導學提示”初步了解所學知識“解決何問？如何解決？有何啟發？”。教師則根據學生的反饋信息完善“課中互動”環節的教學重點及互動專題。

“課中互動”環節中，教師首先圍繞重點難點，引導學生在“三個層次、兩個部分、三種方法”的邏輯框架中找到內容的落腳點。其次，以問題為導向，鋪墊知識點的目的、應解決的問題。再次，通過設計的“知識點的邏輯框架圖”(一章一圖，統計熱力學部分見圖3)，圍繞問題層層推進，幫助學生理順知識點的邏輯關系。最后，對照“知識點的邏輯框架圖”回頭看，檢查是否解決了問題，是否引出新的問題。在此基礎上，針對研究型或應用型人才培養要求，量身定制了課堂討論專題，然后分組講解、討論與質疑，在互動中實現師生的同頻共振。

圖3 統計熱力學“知識點邏輯框架圖”

“課后鞏固”環節除完成必要的梯進式習題外，還穿插有“踮一踮才能摸得著”的考查內容以強化學生對自然現象本質的認識，如，商品“暖寶寶”的發熱原理。為體現知識的時代性，配有必要的探究思考題，如：巧克力的奧秘(相變化中的遲滯)，神奇的荷葉(微納結構表面潤濕性)等。

5 結語

我們的改革成果最終使學生受益。在歷年的學生評教中，團隊教師平均分均在95分以上。團隊成員每年指導近20名學生開展大學生創新訓練類項目，指導近40名學生開展科訓II活動和畢業論文，每年均有本科生署名的論文發表。實施混合式教學的學生坦言：“慕課的線上視頻預習與老師的課堂講解極大提升了我理解知識的效率和質量”。線下討論“甚至于要提前模擬一些問題以應對講演時其他同學的提問”。在多輪次的課程改革與實踐中，團隊至今已有8名教師獲寶鋼優秀教師獎(其中1人獲特等獎)，1人獲“國家教學名師”、2人獲“上海市教學名師”、1人評為“上海市教育功臣”等榮譽稱號。與時俱進的改革成果獲國家級教學成果一等獎1項、二等獎2項。連續五屆獲上海市教學成果獎，其中特等獎1項，一等獎4項。

隨著我國“雙一流”“雙萬計劃”等相繼啟動建設，基于目標導向和產出導向，從知識、能力和素質三個方面更加明確了課程目標以及目標與支撐畢業要求指標點的對應關系[19]。為誰培養人、培養什么樣的人更加突出了課程思政的緊迫性[20,21]。我們將牢記使命，努力將課程打造成“金課”，為一流人才培養、一流本科建設添磚加瓦。