《物理化學實驗》教學改革與課程建設初探

李 猛 蒙麗麗

（南寧師范大學化學與材料學院 廣西·南寧 530001）

基礎教育是國家富強、民族振興的基石，是培養(yǎng)創(chuàng)新型科技人才的基礎。一個創(chuàng)新能力缺乏的民族難以屹立于世界強國之列[1]。培養(yǎng)一批基礎理論扎實、專業(yè)技能過硬和動手能力強的學生，是師范類院校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的核心任務。鑒于此，學院自1979年招收第一屆本科生開始，即將《物理化學實驗》課程設置為一門主干專業(yè)基礎課程。作為一門以基礎性實驗為主的課程，《物理化學實驗》能夠幫助學生鞏固和加深物理化學理論和方法，提高學生的實驗操作和創(chuàng)新能力。助力創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，形成理論與實踐并舉的教學模式，全面提高學生的實驗技能和綜合素質。

自1550年，德國物理學家威廉米利用旋光儀研究了蔗糖的水解轉化反應速度，物理化學實驗的發(fā)展至今已經(jīng)歷了近500年的歷史。實驗內容理論性強，應用廣泛，與實踐教學、工農業(yè)及人們的日常生活均密不可分。因此，該課程針對所有化學師范和非師范專業(yè)（高分子材料與工程專業(yè)和應用化學專業(yè)）學生開設，以期通過本課程的學習，學生能夠掌握物理化學實驗技術和研究方法，具備利用物理化學的基礎理論對現(xiàn)實生活和科學研究中的物理化學現(xiàn)象進行科學解釋的能力。鑒于化學師范專業(yè)和非師范專業(yè)人才培養(yǎng)目標的差異，本文根據(jù)過往教學經(jīng)驗，擬從以下三個方面探討教學改革和課程建設的具體措施。

1 優(yōu)化課程內容

1.1 科學剪裁教學內容

物理化學實驗課程包括化學熱力學、化學動力學、電化學、表面與膠體化學和結構化學五方面內容。與理工科類院校不同，我校高分子材料與工程專業(yè)和應用化學專業(yè)為工科類，化學專業(yè)為師范類。課程內容方面，本校物理化學實驗課程的先修基礎實驗課程包括無機化學實驗、有機化學實驗和分析化學實驗等。本課程結束后，學生將面臨進入實習崗位，因此在課程內容設計上，除了動手能力的培養(yǎng)，師范類專業(yè)應側重培養(yǎng)學生的教育觀和對中學化學教育工作的認同感，實驗報告中的總結與反思可將實驗內容與中學教學相關聯(lián)。非師范類專業(yè)應側重于培養(yǎng)學生實踐應用能力，實驗報告中的總結與反思應側重實驗內容如何應用于工業(yè)生產。

在課程教學內容制定上，化學專業(yè)學生的實驗內容設置應充分考慮中學教學內容，而非師范類專業(yè)學生并未開設《結構化學》課程，因此在實驗內容上應避免開設偶極矩的測定、磁化率的測定和Cr(Ⅲ)配合物八面體晶體場分裂能的測定等結構化學相關實驗。

教材選擇方面，由于物理化學實驗目前還沒有針對師范類院校學生的教材，因此選擇參考教材時應結合實際情況對教材內容做適當修改，如電極制備及電池電動勢的測定，教材中全面講解了如何完整制備鋅電極和銅電極，如鋅電極的制備需在飽和 Hg2(NO3)2溶液中浸泡。但 Hg2(NO3)2是一種有劇毒的無機物，學生操作不當，容易造成實驗安全問題。因此，實際實驗操作可以略去該步驟，簡化實驗內容。

1.2 引入課程思政元素

本校物理化學實驗課程的教學目標包括知識目標、能力目標和情感目標三個方面，旨在培養(yǎng)出學科素養(yǎng)高、溝通合作能力強和專業(yè)認同感深厚的創(chuàng)新型人才。然而，在實際實驗教學中，時常出現(xiàn)學生不重視實驗預習，實驗原理和操作內容缺乏條理，實驗報告完全按照講義或教材原版復制，實驗操作不熟悉和小組成員并非人人參與等情況，導致實驗報告內容重復性很高，組內一人出錯，小組全錯。歸其原因是沒有有效將課程思政元素引入課堂，只有做好立德樹人，引導學生樹立正確的世界觀、人生觀和教師觀，才能培養(yǎng)出具有較強主觀能動性的創(chuàng)新性人才[2][3]。學生只有明確認識到自己的社會責任和歷史使命，在實驗預習、操作和報告撰寫過程中才會潛移默化的開始獨立思考。通過將實驗教學與思想政治教育有機契合，可以在無形中規(guī)范學生的行為[4]。

1.3 科研成果融入實驗教學

以研促教，以教帶研。從“教研興校”提出以來，將科研成果融入實驗教學中已成為高校可持續(xù)發(fā)展的不竭動力，也是國家基礎教育發(fā)展壯大的基石。隨著前沿科學的不斷發(fā)展，物理化學實驗的內容也應與時俱進，不斷更新，在經(jīng)典實驗的基礎上，引入與前沿理論緊密結合的實驗，才能更好的促進創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，幫助學生形成創(chuàng)新型思維模式。因此，教師應積極結合自身科研方向和各化學專業(yè)本科生培養(yǎng)方案，設計適合用于本科生教學的基礎物理化學實驗。讓學生從實驗中了解物理化學科研方向，形成基本的科研思路，養(yǎng)成良好的科學素養(yǎng)，熟悉物理化學前沿理論在實驗中的應用。

在引入前沿成果到實驗中，應充分考慮師范和非師范專業(yè)培養(yǎng)方案的差異性。對于師范類專業(yè)學生，應強調基礎理論與前沿知識的關聯(lián)性，引導學生如何在教學中有效介紹前沿知識。對于非師范類專業(yè)學生，應注重前沿理論的應用，教師可根據(jù)與自身科研方向相關的互聯(lián)網(wǎng)加項目，介紹該前沿理論的應用。只有將教學和科研緊密結合，前沿成果與實踐相結合，才能促進教學的良好發(fā)展，才能促進學生對新觀點、新方法的思考和探索，將有助于學生更快熟悉學科前沿研究，對學科方向有更深的了解。

2 改革教學方法

2.1 合理選擇教學方法

本課程作為師范類院校化學相關專業(yè)的一門核心專業(yè)必修課，可提高學生學科素養(yǎng)和溝通合作能力，促進學生樹立正確的科學精神和社會責任意識，幫助學生為今后從事教學、科研和生產打下理論基礎。因此在注重基礎機理和規(guī)律的同時，不能忽略對學生能力的培養(yǎng)，應充分發(fā)揮教師的主導作用，調動學生學習積極性。

針對師范類學生，應注重教育教學能力培養(yǎng)，教學方法可靈活選擇啟發(fā)式教學和互動討論式教學，引導學生充分利用網(wǎng)絡資源，查閱相關課程內容的國內外研究現(xiàn)狀。在課堂上設置分組討論環(huán)節(jié)，以學生為主體，充分發(fā)揮學生的主觀能動性。在課后可設置實驗內容在中學教學中的應用問題，促使學生主動思考，將所學應用到中學教學中。對于非師范類學生，應注重應用技能的培養(yǎng)，多采用案例教學法，引入實驗內容應用的最新進展，將知識點與前沿應用相結合。設置課后實驗在行業(yè)相關應用的開放性思考題，讓學生了解本專業(yè)在化學相關行業(yè)中的應用。這就要求教師在實驗教學過程應以多媒體教學為主，充分收集素材，適當引入教學視頻，提高課堂的生動性，激發(fā)學生興趣[5]。

2.2 引入線上線下混合式教學模式

實驗類課程的特殊性決定其通常以小組形式開展，傳統(tǒng)的講授和演示教學模式雖能讓學生現(xiàn)場學習，但大部分學生忙于記筆記和模仿操作內容，缺乏對實驗原理和實驗操作的思考，實驗過程中也常出現(xiàn)一些細節(jié)上的錯誤，最終導致實驗結果不準確[6]。同時，物理化學實驗數(shù)據(jù)處理大多較為煩瑣，需借助origin等專業(yè)軟件完成。因此，我們引入了線上線下混合式教學模式，利用MOOC和虛擬仿真搭建線上資源，將實驗原理、儀器介紹、實驗步驟和數(shù)據(jù)處理等制作成每段10分鐘以內的視頻資源，同步上傳課件和擴展學習資源，增加課前預習題和討論題。將教師為中心的教學模式轉變?yōu)橐詫W生為中心的教學模式，教師通過后臺學習數(shù)據(jù)、學生互動題參與度和預習題回答情況了解學生學習情況。混合式教學的引入，能夠有效提高課堂效率，教師只需在課堂點評學生預習情況，隨機提問，并講解和演示實驗的難點，為課堂學生實驗操作留出更多時間，大大提高了實驗課的效率。

3 完善考核評價機制

課程考核是檢驗任課教師教學效果和學生對課程掌握程度的重要手段，有針對性的課程評價體系，能夠促進教學質量的提高。物理化學實驗課作為實踐性較強的課程，應注重將課程目標達成度的評價結果與實際教學相結合[7]，注重過程性評價考核，可設置其占總成績60%，終結性評價占40%。為了激發(fā)學生的主觀能動性和培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維與能力，過程性評價應該涵蓋自主學習評價、效果檢測評價和總結提升評價三部分。

自主學習評價（占總成績10%），包括在MOOC和虛擬仿真平臺學習情況（5%），線上答題（5%）。在線平臺的存在，學生可利用碎片化時間進行課前預習，課中回顧和課后復習，教師通過平臺數(shù)據(jù)掌握學生學習動態(tài)，更好把握學生的學習情況。效果檢測評價（45%），包括課堂預習檢查（5%）、實驗操作（10%）和實驗報告撰寫（30%），對于實驗報告中的總結和反思，不應局限于實驗本身的誤差，可引導學生從科學觀、教師觀和職業(yè)觀角度進行思考。總結提升評價（5%），主要為線上拓展類問題的討論，教師根據(jù)實驗內容，設置開放性思考題，學生在線回答，引發(fā)學生對實驗的思考與探究。

終結性評價應涵蓋實驗操作和理論考核，對于學時為一學年的專業(yè)，可分學期分別考核，每學期實驗操作或理論考核占總成績40%。對于高分子材料與工程專業(yè)僅第一學期學習物理化學實驗，只需重點考察實驗操作能力。對于實驗操作類考核，應選擇操作性較強的實驗，如電極制備及電池電動勢的測定和強電解質極限摩爾電導率的測定等實驗。同時，需兼顧學生物理化學課程的學習進度進行合理安排，考慮物理化學理論課進度，故實驗操作需在第一學期考核。而對于理論性較強的實驗，如溶解焓的測定、凝固點降低法測相對分子質量和循環(huán)伏安方法測定鐵氰化鉀的極化曲線等實驗，實驗過程大部分在電腦端完成，操作相對簡單，更適合理論考核。

通過累加式考核，學生可把更多的精力放在平時的積累，使學生實現(xiàn)從被動式突擊學習轉變?yōu)橹鲃邮教剿鲗W習，有利于培養(yǎng)理論基礎與前沿應用并重的創(chuàng)新型人才，有利于學生綜合素質的提高。

4 結語

對物理化學實驗教學內容、教學方法和考核評價機制的探究，是為了更有效地對師范生和非師范生進行分類培養(yǎng)，做好因材施教，提高教學質量，提高學生專業(yè)水平。在加強課程改革與建設的同時，更應加強教師能力培養(yǎng)，通過提升實驗教師的思想和理論水平，才能更好的將專業(yè)知識與德育有機融合進教學中。