材料物理化學教學改革與實踐

何朋，桂凱旋

（安徽工程大學材料科學與工程學院，安徽蕪湖 241000）

材料物理化學是化學學科的理論基礎，也是材料學科的一門學科基礎課。材料物理化學主要綜合運用數學、物理等基礎科學的理論和實驗方法來研究物質變化及與化學變化相關的物理變化中所遵循的規律和基本原理，是材料科學與工程學院相關專業的一門重要課程，在材料科學與工程專業課程體系的教學中起到了承前啟后的作用，是聯通專業核心課和基礎課程的重要樞紐，同時也是培養本科生分析和解決相關工程領域問題的重要關節[1-4]。

安徽工程大學是入選國家首批卓越農林人才教育培養計劃、國家級大學生創新創業訓練計劃的高校，一直以來被稱為“工程師的搖籃”。然而，隨著科技與時代的發展，全球化趨勢的日益加劇，國家創新性戰略的實施，社會對高校人才培養提出了更高、更全面的要求。這也使物理化學的教學模式需要做進一步的調整和改進以順應時代的發展和滿足社會的要求。

一、材料物理化學教學存在的問題

迄今為止，已經開展的物理化學課程雖然滿足學院的基礎教學任務，但由于長期以來，在物理化學的教學中已經形成了固定的教學模式和教學觀念，上述觀念和模式并沒有推陳出新，已然使材料物理化學課堂教學顯露出了一定的問題。

（一）教學內容不夠“新”

傳統“材料物理與化學”教學大綱和教學內容相對比較老舊，與時代特色和科技前沿結合度不高，甚至有的內容已經嚴重與時代脫節，無法滿足解決當今的工程應用問題的實況。同時，物理化學這門課程也面向全校多個院系，而教材和大綱并沒有針對不同的專業做出相應的改進和優化。同時，一本落后的教材，很多知識和內容無法跟上時代發展的腳步，特別是教材中知識點在現今高新領域的應用和結合難以體現，造成學生對自己所學的東西認同感低，并難以做到學以致用。同時，如今各類軟件普及，很多知識點可以通過軟件進行模擬應用，因此可以將教材中的內容與軟件模擬結合，進一步提高學生的應用能力。而單一老舊的教材很難達到上述效果。

（二）教學手段相對落后

目前材料物理化學課堂教學還是多媒體與板書結合的形式。多媒體教學雖然在視覺上給予學生一定的愉悅感，具有提高學生學習興趣的作用。但是另一方面，由于其缺少板書的邏輯推導和細致解釋的功效，因此很容易造成學生缺乏對于知識進一步思考和推演，從而造成學生的獨立思考和創新思維培養存在缺憾。而物理化學教材中大部分是公式的推導和相關定理的證明，這些推導和證明只能通過板書的形式完成，形式的單一和內容的枯燥造成學生的聽課積極性不高，同時也造成學生難以掌握公式背后的物理內涵和化學含義。同時，近些年來，相關教學改革要求對于課時量進行一定壓縮。傳統的課堂教學模式，為了追趕課程進度往往不得不在短時間內向學生“填鴨式”地灌輸大量的知識內容，從而導致學生“消化不良”產生厭學心理。只有培養學生自主學習的習慣，才能從本質上改變上述惡劣后果。

（三）教學班人數過多

由于高等學校擴招，學校學生人數逐年遞增，全國高等學校錄取人數是以前的數倍之多，但是高等學校的教師卻沒有得到相應倍數的增多。這便導致了全國大多數高等學校普遍存在教師數量嚴重不足的現象[5-6]。因此，很多大學不少課程都是大班教學。但大班教學的存在也出現很多問題，大班教學導致教室人數過多，不便于管理。同時，班級學生人數過多和受一些思想的影響，很多學生會選擇班級靠后的位置，這樣可以脫離老師的視線，從而會導致這些坐在后排的學生實現“放飛自我”，做跟課堂無關的事情，或者玩手機，或者看小說。因此，大班教學往往造成學生的學習效果不佳，教學成效不顯著。

（四）教學效果評價體系不完善

考核環節不完善，選取的“成績評價體系”難以達到對學習效果的全方位檢測。現有的考試體系通常是通過期末考試和平時成績相綜合，平時成績占30%，平時成績主要是由出勤率、課后作業和課堂表現組成。學生只要正常出勤，期末考試的成績則決定了該課程的最終成績，因此也造成了學生對于物理化學知識點的應用不夠重視，將精力主要放在期末考試。然而，這樣的評價體系忽略了培養學生用材料物理化學的知識解決相關實際工程問題的能力，從而難以達到客觀公正地查驗教學成效的目的。

二、材料物理化學課程的教學改革措施

此次教學改革為了適應社會的發展，時代進步，以及現代科技技術進步對于人才培養的全新要求，徹底扭轉理論課教學中存在的弊端，結合上述分析的有關材料物理化學教學過程中存在的四個方面的問題，本文將針對材料物理化學課程教學的改革，提出具體的改進方案和措施，如圖所示。

圖1 “四位一體”的教學改革模式

（一）教學內容的前瞻性

教學內容需要將時代特色與科學先進性結合在一起，同時體現出解決工程問題的實際應用特色，并具有一定的學科交叉性。為了滿足不同層次的培養要求，材料物理化學教學內容應當具有一定的層次性與整體性。所謂的層次性，就是因力導勢，最大限度地讓教學內容合理化。例如，對于材料物理化學中有關熱力學基礎的部分，這部分內容復雜，知識點多，證明繁瑣。因此，這部分應當以教師為主導，適當加入一些課程思政內容；而對于熱力學循環分析、電化學等部分，則體現了較強的實際應用屬性，因而這一層次在組織內容上可以考慮模塊化設計，在教學上可以以學生為主導，引入翻轉課堂，設計較多的項目教學。整體性則要求教師能夠統籌教學內容，在內容和邏輯主體上做到統一性，學生能夠從整體上把握課本內容。在把握上述兩點的基礎上，要合理地選用教材。教材作為引導學生學習的一種學習工具，對教材的內容及時更新，不能讓一些舊而不相關的知識點與現今時代技術相掛鉤，要讓教材的內容跟上時代的步伐，讓教師利用教材創造出一個好的課堂，讓教材引導學生進行良好學習。

（二）教學手段的多樣性

隨著時代和科技的發展，現代社會要求大學生能夠具備批判性思維、有效交流、系統思維、數據決策、協同合作等技能。而傳統的教學手段比較單一，特別是物理化學課程，枯燥的講解幾乎從始至終貫穿整個課程教學。因此，有必要改變“填鴨式”的“知識型教學”模式，采取以培養獨立思考，并具有創新性思維人才的“研究型教學”模式。研究型教學模式側重互動式教學，包括探究式，啟發式等教學方式方法[7-13]。特別指出，在物理化學教學中，互動式教學對提高學生積極性達到了很好的效果。例如，講授熱力學能為什么是溫度的函數，筆者會問為什么？這個結論是如何得到的，有沒有錯誤。針對上述問題，筆者以提問和學生討論互動的形式，最后給出結論。大體上遵循“交流—質疑—辯論—總結”的模式，讓學生在積極的課堂氛圍下進行批判性和創新性思維鍛煉，如圖2所示。

圖2 互動教學的設計模式

（三）小班教學的必要性

解決大班教學的弊端就是要普及小班教學，設立小班教學可以讓老師對學生的管理更為集中和專注。此外，小班教學也更能讓老師的信息傳達給學生，老師上課更有針對性。小班教學另一個優勢就是有充裕的時間讓學生投入學生主導的教學中，更容易進行啟發式、探究式等教學方式，加以課程思政，學生的積極性和主動性將得到顯著的提升。此外，在小班教學當中，老師需要面對的學生是比較少的，減少了一定的外界干擾因素，即便有的學生在上課的時候走神或者做小動作，老師只需去提醒一個學生就夠了，不需要關注整個班級的情況。

（四）教學效果評價機制的全面性

學生主動學習能力的培養是未來教學的一種必然趨勢，也是新工科建設的發展要求。因此，材料物理化學的課堂教學改革應當著重培養和鍛煉學生對于課本知識的實際運用能力，設計互動討論課程，展開科學研究等，啟發學生主動學習，全面發揮學生的主觀能動性和創造性，顯著增強學生的實踐探索能力和獨立思考能力。這樣的教學模式必須有相對應的評價機制，才能保證教學模式的高效實施。因此，從某種意義上說，全面和完善的評價機制是確保學生能夠充分發揮自我學習天賦的必要保障和前提基礎。同時，這樣的評價機制不僅激發學生的學習潛力，促進學生的全面發展，還能潛移默化地塑造學生強大的自信心，同時發掘學生的自我認知價值，提高學生的課堂積極性，擴大師生交流溝通渠道。

筆者從事的材料物理與化學課程教學評價依據：“總分數=期末考試分數（70%）+平時分數（10%）”。其中平時分數=書面作業（30%）+出勤（20%）+大作業（30%）+課堂表現（20%）。大作業是期中的時候，安排學生教一個小論文，論文主要是結合物理化學知識解決工程應用問題，此外還要準備一個PPT上臺演講。而課堂表現則是學生課堂上對于相關知識點的了解程度和一些例題的掌握情況的具體表現，以及相關的研究型課題的完成情況。

三、結束語

大學課堂教學改革是培養學生銜接新時代的重要一步。習近平總書記曾這樣強調，“廣大青年要肩負歷史使命，堅定前進信心，立大志、明大德、成大才、擔大任，如理成為堪當民族復興重任的時代新人，讓青春在為祖國、為民族、為人民、為人類的不懈奮斗中綻放絢麗之花”。而面對新人的成才培養，教師肩負重大的使命，面對如此重任，習近平總書記這樣指出，“教師是人類靈魂的工程師，是人類文明的傳遞者，承載傳播知識、傳播思想、傳播真理、塑造靈魂、塑造生命、塑造新人的時代重任”。教師是大學課堂教學改革的締造者，在成為締造者之前，教師應著力提升專業教師自身思想政治，作為教育主體的教師，其主觀認知在教學工程及教育結果上具有指導和調節的作用，只有教師的思想政治素質達到一定高度，專業教學水平具備較高的實踐能力，才能將專業教學能力更好地融入專業課堂教學中。本文以材料物理化學教學為藍本，對教學過程中存在的問題提出相應的改革措施，從課堂教學主要涉及的各方面內容，設計提出更符合時代特征和科技發展的教育教學理念和舉措，在上述基礎上提出“四位一體”教學改革模式，形成以學生為主體，以激發學生學習主動性為目的，培養學生潛在自主學習能力，更客觀全面評價學生的學習成效，從而提高課堂教學質量。