基于問題導向的《物理化學》課程改革探索

侯得健，譚娟娟，李洪亮，黃銳，董建宏

（韓山師范學院 材料科學與工程學院，廣東潮州 521041）

《物理化學》作為四大基礎化學之一，是一門研究物理與化學性質相互影響規律的學科。物理化學的知識體系涵蓋了熱力學、動力學、電化學、表面理論、膠體等內容，與能源、材料、環境等多個學科密切相關。因其地位的重要性，物理化學常被稱為“化學的靈魂”[1-2]、“化學中的哲學”[3]?！段锢砘瘜W》課程是我校材料科學與工程專業的核心課程，該課程不僅是后續相關專業知識學習的基礎，更是解決實際工程問題的重要理論基礎。

《物理化學》課程與學生前期接觸到的其他化學類課程有較大區別：一方面，該課程包含的內容和公式繁多、概念更加抽象，同時又涉及較多物理學、高等數學與其他基礎化學的相關知識；另一方面，《物理化學》課程內容的邏輯性強、推理嚴謹，推導過程相對復雜，使用的都是定量的語言[4]。以上特點導致《物理化學》課程對于大部分學生來說晦澀難懂，學生缺乏學習興趣，經常面臨“老師難教、學生難學”的尷尬境地[5]。尤其自2017年以來，教育部開始大力推進新工科建設，旨在探索中國工科教育的新模式[6]。新工科建設促進高校培養符合新形勢和新業態的創新應用型工程技術人才[7]，對高校的教育理念、 人才培養模式、 教育質量等都提出了新的、更高的要求[8]。因此，課程教學活動的目標在于使學生在有限的時間內逐漸了解、領會、掌握物理化學的理論知識和方法，并能遷移和靈活運用到生活、學習及生產實踐中，同時培養學生的探索精神和科學素養。然而，學生對學習的課程知識一知半解，難以內化和靈活運用是目前普遍存在的問題，需要教師在教學過程中不斷嘗試和探索。

1 目前課堂教學存在的問題

以韓山師范學院為例，在過去的幾年，本校材料專業的《物理化學》課程主要采用傳統課堂講授的方式進行教學?？偨Y分析過去幾年傳統講授的教學模式下學生的課堂學習和課程知識掌握情況，發現存在以下問題：由于課時有限，為了將課程內容介紹全面，課堂上經常以教師講解占主體，教師和學生之間的互動范圍較小，學生對課堂的參與度較低，缺少良性互動，大部分學生整個學期都處在被動聽講的狀態； 對于重點難點沒有足夠的時間輔以課堂練習來鞏固知識，學生的學習情況沒有得到及時反饋。尤其是教學班級人數增加后，以上現象更為突出。傳統課堂教學不利于教師了解和掌握學生的學習情況，使學生對本就抽象晦澀的理論知識感到更加枯燥乏味，缺乏學習興趣，難以調動其學習的主觀能動性和學習熱情。因此，導致教師不能及時對課堂教學做出調整，學生對內容不理解，普遍靠死記硬背應付考試，易掛科，不能達到預設的教學目的。《物理化學》甚至成為部分學生眼中畏懼的課程，有排斥心理，這在一定程度上偏離了培養方案中對本課程設置的培養目標。

2 多方式協同改革探索

針對本校材料專業《物理化學》課程教學過程中發現的一些問題，以問題為導向，筆者嘗試從以下方面進行課程教學改革探索。

2.1 課程內容的逐步優化

《物理化學》課程的內容比較繁雜，抽象的概念多、公式多，還涉及復雜的公式推導過程。隨著高校教學改革、培養方案的調整，該課程的課時普遍在縮減[9]。以本專業為例，課時由最初的90 學時減到64 學時。為了使學生在有限時間內對物理化學知識有整體的把握、提高學生的學習興趣，對課程內容進行優化。首先，對一些重點知識內容進行調整，適當地減少了一些煩瑣的數學推導，例如減少偏摩爾量、化學勢、活度、吸附等相關的一些公式推導，僅通過典型案例幫助學生理解其內在的含義。這可以避免數學基礎薄弱的學生不理解公式的推導，以致產生厭學的情況。其次，更注重課程內容與專業、科學研究、生產實際的關聯，提升課程內容的實用性。例如在相圖部分，將相圖與潮州的特色產業陶瓷相結合，介紹通過相圖知識指導先進功能陶瓷材料的設計與合成；在電化學章節，結合文獻介紹燃料電池和鋰/鈉離子電池最新的研究進展。這可以提高學生對課程的學習熱情，深刻認識到學有所用，感受到物理化學與時代發展進步的密切聯系。此外，在講授一些晦澀的概念和過程時，以動畫的形式直觀生動地進行展示，不僅讓學生對知識內容更容易理解掌握，而且使課堂變得更加生動有趣，更好地調動學生的積極性。通過以上的調整措施，不僅減少了枯燥的理論內容，突出了重點難點，避免學生被動學習，還一定程度上激發了學生對課程知識的學習興趣，開闊了學生的視野，開拓學生的科學思維并增強進取意識，對新時代創新型人才培養有一定的促進意義。

2.2 學習通輔助教學

由于傳統的課堂講授缺乏師生互動，筆者近兩年將超星學習通逐漸融入《物理化學》的課程教學中。利用互聯網收集優秀的教學資源，根據學生的基礎和情況進行篩選，建立資源庫，供學生課前預習和課后復習使用。通過設置任務點，能做到信息的及時反饋，掌握學生課前和課后的學習情況。

在課堂上，教師可以利用學習通開展簽到、隨機點名、搶答、隨堂練習和討論等教學活動。學習通輔助教學有利于管理和統計學生的成績，教師無須手動記錄，避免了記錯、記漏等情況出現，提高效率，減少了工作量。設置允許學生查看成績后，學生能夠在課程中查看自己的成績，通過分數對比激勵學生更積極地參與課堂活動，更主動地進行學習。在課堂的隨機點名、搶答等環節中，鼓勵學生多發表自己的意見，并對不同的見解進行討論，最后由教師進行分析總結。這不僅提高了學生的參與度和活躍度，增強課堂的互動性與趣味性，同時還能在討論中及時獲得學生對知識點掌握情況的反饋。此外，通過學習通發布課堂練習也能夠及時了解學生對相關知識的掌握程度，如圖1所示。發布選擇題和判斷題后，系統中記錄了學生的參與情況和答題情況，由此可以進行針對性分析，學生也能及時在手機端得到信息反饋。

圖1 學生課堂練習的情況反饋

在課后，學生可以在學習通上反復回看教師上傳的課件進行知識的復習與鞏固，復習過程中遇到問題通過學習通與教師交流，能夠及時得到解決。學生之間也可以利用學習通平臺進行問題的討論、交流，相互學習，產生思想的碰撞，同時促進學生主動思考，培養學生解決問題的能力。經過兩個學期的“學習通”輔助課堂教學探索，發現學生對原本他們畏懼的物理化學知識有了更高的學習熱情，學習的積極性和主動性明顯提高，逐漸形成了較為良好的學習氛圍。教師能夠更全面更及時地掌握學生的學習情況，教學效果有了一定程度的提高。

2.3 思政促教學

通過總結課堂教學的情況發現，在對理論內容講授超過15min 后，很多學生就會出現注意力不集中的情況，教師如果不及時調整，課堂教學效果會越來越差。因此，課堂上可以準備一些與課程知識相關的化學史、人物傳記、小故事等，穿插在理論內容的講授過程中。比如“侯氏制堿法”與化學平衡、金展鵬院士與相圖的故事，比如從熱力學第二定律、熱機引入中國高鐵的故事等。穿插化學史、小故事可以吸引學生的注意力，活躍課堂氣氛，有利于學生對知識的理解和掌握，同時還能一定程度激發學生們的使命擔當、家國情懷、民族自豪感，起到思想引領的作用，引導樹立正確的理想信念，并培養探索精神和科學素養。因此，在課堂適當加入化學史、人物傳記和小故事等，將思政元素融入了課程教學中，對教學效果有正向的促進作用，有利于培養品學兼優的新時代大學生。

3 結語

針對近幾年《物理化學》課程教學的現狀及存在的問題，結合新形勢下對高校人才培養提出的更新、更高的要求，筆者根據本專業的實際情況，從教學內容優化、學習通輔助教學和思政促教等方面嘗試改革探索。通過一系列的改革措施，一定程度上激發了學生對《物理化學》的學習熱情，更好地調動了學生的學習積極性和主觀能動性，增強了課堂的互動性與趣味性，學生不再畏懼《物理化學》，對抽象晦澀的知識更容易理解掌握，同時將德育融于課程的教學中，培養學生的科學意識和探索精神，引導樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。教學效果有了顯著的改善。對培養符合新形勢、適應新時代的理工科創新型人才起到促進作用。但在新工科建設背景下，教師仍需要進一步深化課堂改革，才能達到提升人才培養質量的目標。