培養應用技術型人才的物理化學教學改革探究*

張 婷

(湖北工業大學工程技術學院，湖北 武漢 430000)

《中國教育現代化2035》中明確指明發展職業教育，并持續推動地方本科院校向應用技術型大學轉型。2022年1月，國務院新聞辦公室舉行《“十四五”職業技能培訓規劃》的吹風會上，湯濤、哈增友和劉康指出，未來國家需要的是創新型、應用型、技能型的人才。截止2021年9月，我國高等學校共計3012所，其中普通高等院校2758所，各種形式的高等教育在學人數約有4183萬人，本專科生人數約占92.5%。如何培養這部分學生，使其具有創新性并成為應用技術型人才，值得教育者思考。為響應國家政策，順應學校發展，物理化學作為理、工、醫、農科的專業基礎必修課程，更應首當其沖的改變教學方法，使其適用于應用技術型人才的培養，讓學生在物理化學課程中學會創新思維，掌握實用技術。基于應用技術型人才培養下的物理化學課堂改革的具體方法，文獻少有提及，這種方法的摸索，成為了物理化學教育工作者的新任務。

1 培養應用技術型人才的教學改革

我國作為制造大國，重工業是國策，“新工科”的推進已然指明工科教育改革的方向，培養具有工匠精神和工程倫理意識的技術型人才是勢在必行的趨勢[1]。我校物理化學教學為配合應用技術型人才培養，融合了線上線下混合式、案例式、任務驅動式[2]及項目導向式等多種教學方法，結合課程內容設計由小到大，由易到難的項目，并結合學生特點和社會需求實時更新項目設計。下面淺談一下改革中實際實施的方案。

1.1 線上線下混合式教學的開展--改變傳統教學模式

本校在開展基于應用技術型人才培養模式下的物理化學課程的教學改革時，摒棄了傳統的線下教學，采用了線上線下相混合的教學模式，具體的開展方式如下。教師需提前一周，在學習通發布下次課的課本內容、教學PPT、教學視頻、預習作業、待討論的話題和待完成的項目等任務(此部分應避免與開展的物理化學實驗重復)。學生在領到線上任務后，利用課余時間提前完成線上學習和討論，并將學習時的疑問及時發到討論區。學習本課程的學生可以根據自己預習和掌握的知識，嘗試去回答討論區中其他學生的提問。同時老師應該在線上引導及維護討論區的發言環境，幫助學生建立起良好的線上學習氛圍。課前教師通過追蹤學生的線上學習數據，掌握每位學生的學習情況和薄弱點，有針對性的開展線下課程的授課準備。線上預習的開展，能讓學生帶著問題進課堂，讓老師心中有數上講臺，避免大篇幅講解學生已經掌握的知識。線下課堂，用更多的時間解決學生提出但未解決的疑難問題，啟發學生思考課前布置項目的設計方案，討論生活現象中包含的物理化學知識。這樣的規劃能增添課堂趣味性，增強教學效果，提升教學效率，真正的改變線下課堂持續講解的教學模式。

課后，學生需開展項目的實踐活動，將方案變為現實。在項目實踐環節，若要求全年級學生同時參與同一個項目，容易引起學生反感，違背因材施教原則，無法推進教學改革。為解決這一問題，我校采用項目自由選擇模式。每學期設計開展10個難易程度不同的項目，簡易的有生活趣味小實驗，將知識轉化為產品，培養學生動手能力，向應用型人才方向培養；綜合的有小型項目實驗方案設計并制造，培養學生的創新思維，向創新性人才方向培養；難度較大的是接觸工程項目，體驗項目的進展過程，培養學生的工程意識，向技術型人才方向培養。每學期初始，在線上公示本學期即將開展的項目名稱、內容、時間和限定人數，由學生根據自己時間和自身需求進行初選1～2個，在課程進展過程中可根據自己學習情況再做調整。項目選定后，線上公示每個項目的學生名單，組織學生組隊，隨著課程進度的推進，引導學生著手開展對應的項目。項目開展后，學生需撰寫項目報告和制作項目分享PPT，其中項目報告應包括：項目基本信息、項目設計思路及實施方案、項目開展后的結果和收獲，以及分析項目中所包含的物理化學知識點。制作的項目分享PPT，經過老師篩選和修改，在講授對應物理化學課程的課堂上，由該項目小組的學生進行展示分享。學生在項目中的參與度和完成度，將計入本學期物理化學期末成績。線下項目導向式教學模式的開展，能夠幫助學生提高動手能力，引導學生獨立思考且舉一反三，帶領學生了解工程項目，并提高其工程意識。在項目開展過程中著重培養學生的創新型和技術能力。在每章學習結束后，引領學生分組進行思維導圖繪制，包括知識點、知識點之間的關聯、知識點在各領域的應用及下一學年可以開展的項目設計等。讓學生加入項目設計的任務中，可以使其反客為主，成為物理化學課堂真正的主人，同時以學生的角度設計的項目會更加貼合學生關注的專業方向和社會熱點，有利于學生觀察和創新。以上的實踐內容，教師根據學生的完成情況及時給予評價和評分，所得成績計入課程期末的總成績。只有改變考核方式，才能改變培養模式。該方法已經應用到本校18到20級的本科生物理化學的教學中，相關專業的學生，學習積極主動性明顯提升，他們開始關注更多的生活現象和更多有可能在物理化學課堂上實現的小項目，任何好的教學都應該是“授人以魚，不如授人以漁”。

1.2 項目設計——培養應用技術型人才

物理化學公式多、邏輯性強，學生學習有難度，特別是對于基礎較差的學生，容易引起畏難情緒，從而脫離課堂，如果能在章節學習開始前就引入一些有意思的趣味實驗，作為小項目進行導向，能夠引起學生關注，提高學習興趣，牽引學生進入物理化學的課堂。等課程開展到第三章，學生有了一定的物理化學基礎，此時可以加深項目難度，提升課程學習的挑戰度，逐漸讓學生學會檢索自身知識體系，用于解決實際問題。下面列舉一下，項目導向式在本校物理化學課堂改革中進行的情況。

項目舉例一：制作斯特林熱機。本項目的要求為：學生查找制作資料并列舉制作材料、采買所需材料并通過小組協作完成熱機制作，讓自制的斯特林熱機工作發電，最終點亮連接在斯特林熱機上的LED小燈泡。熱力學的公式多、概念多、邏輯性強，基礎差的學生多次反映熱力學的傳統課堂枯燥、乏味且收獲少，希望教師能夠引入動手項目，提高課堂趣味性并聯動知識點。這個項目的開展，能讓學生主動的去探索熱力學第一定律、熱力學第二定律、斯特林熱機和卡諾熱機的區別和聯系，從而挖掘卡諾熱機的設計思路、工作原理、效率計算及卡諾定理和卡諾定理的推論等相關知識。學生通過動手制作斯特林熱機，以及想辦法讓斯特林熱機轉動起來的過程，會明白卡諾熱機公式說明中的，要想提高熱機效率，應該提高高溫熱源和低溫冷源，而不是改變熱機內的工作介質或者減少熱機摩擦等方法。設計制作斯特林熱機的項目，將公式繁多的熱力學變得生動有趣。本項目結束后，還能及時引入課程思政，科學是需要探索的，實踐出真知。該項目的設計可以增強學生的動手能力和知識點的應用能力，為實現應用型人才培養模式打基礎。

項目舉例二：精油皂的制作。項目要求：利用蒸汽提取薰衣草、洋甘菊和馬鞭草等植物中的芳香成分，通過冷凝回流得到對應的油水二相混合物--精油和純露，結合表面活性劑知識及課外拓展制作精油皂。精油的提取能讓學生更愿意翻閱相圖知識，讓冰冷的課本變得“有溫度、有香氣”。肥皂的制作讓學生理解表面活性劑的概念，依照標準QB/T 2623.4-2003《肥皂中水分和揮發物含量烘箱法》和GB/T 6368-2008《表面活性劑水溶液pH值的檢測電位法》，讓學生檢測皂基的水分、揮發物含量和pH值，找到合適的皂基配方[3]。最終根據學生的喜好加入精油，完成精油皂的制作。制作成功的精油皂可以聯合學生的創新、創業項目，在校園和多個平臺進行售賣，通過消費者的意見反饋在進行優化和拓展。這個小項目的引入，能夠拉近學生和物理化學之間的距離，理解技能寶貴，快速進入以應用技術型人才培養的學習模式。

項目舉例三：電池開發。項目要求為：制作能夠提供1 V以上的電池。項目設計應逐步由簡到難，重視學生創新思維的培養。在學習完電化學章節后，由學生開展電池設計并制作的項目，讓學生逐漸脫離教師，根據課本知識和課外資料，自己計算所設計的電池的理論電壓。在教師的看護下完成電池制作，并利用電壓表粗略測定自制電池的實際電壓(若電壓較小可利用對消法測定)，最后將多個同款電池串聯，點亮LED燈泡或讓電子手表走動起來。項目的開展，伴隨著學生實驗的一次次失敗，教師再此期間盡可能看護學生實驗的安全，引導學生思考項目失敗的原因，但不要一語道破，留些空間學生思考，幫助學生形成自主思考問題，討論問題，解決問題的能力，并提高學生的逆商。學生通過一次次的努力，最終完成鹽水電池、簡易空氣電池、硬幣電池、水果電池、銅鋅原電池的設計和制作。項目的成功增強了學生實操的信心，培養了學生的工匠精神。

項目舉例四：陰極保護項目。本項目的要求為：在教師指導下參與城市基礎設施的防腐工程中。物理化學教學改革，除了應引入一些有趣的小實驗，引領學生快速進入物理化學課程，還需要設計一些復雜的工程項目，利用校企合作，產教融合，讓學生逐步過渡到所學知識應該用于國家工業發展的意識上。在學習電化學中的電極極化章節時，可設計一個“如何保護西氣東輸的長距離輸送管道？”的項目。學生查閱資料做出相關設計方案，教師批閱并引導學生思考后，帶領學生去到實施管道保護的公司，進行短暫培訓學習，并跟進項目，觀看施工過程，回實驗室開展便攜式硫酸銅電極的制作。讓學生明白物理化學中的電化學的相關技術可以作為一種金屬防止腐蝕的保護措施，其中的陰極保護技術通過對被保護的金屬設施施加足夠的陰極保護電流，從而使金屬設施的腐蝕速率大幅度減小，甚至是完全的停止[4]。管道在陰極保護技術下取得了可觀的成效，所以該技術也廣泛用于城市燃氣管道、油氣儲罐、鋼筋混凝土建筑等城市基礎設施的保護中。在學生通過該項目了解以上現狀后，還可安排本組實踐的同學跟著管道檢測的工作人員，利用PCM儀進行日常探查管道走向和涂層破損點的工作，讓學生深入工程項目，接觸企業，明白勞動光榮，創造偉大的理念，理解電極極化知識在工業上的貢獻不可小覷，早日成為技術型人才。

本校開展的項目還有很多，例如在教授相律時，引領學生制作黃油，將淡奶油用打發器打發，打到奶油油水分離，將油脂全部聚攏分離出來，就得到了黃油，固定成型進行冷凍。學生在項目實踐中，自然就明白了看似一相的液體也并非真為一相的道理，同時還能教會他們黃油的家庭制作方法，將學生培養為應用型人才。在教學真實氣體液化條件時，帶領學生探究二氧化碳超臨界萃取的方法提取蝦青素[5]；教學節流膨脹效應時，組織學生拆卸廢舊的冰箱和分體式空調；教授稀溶液的依數性時，指導學生制作并分食凍梨，引導學生設計牛奶純度檢測的方法及冬天混凝土建筑施工的方案等。這些小項目的設計，既有趣還實用，即培養學生的動手能力，還引導學生積極思考，思考是創新的最大前提。

2 結 語

國家為了不斷壯大應用技能型及創新性的人才隊伍，營造更好的社會氛圍，在《中國教育現代化2035》中明確提出了完善應用技術型人才培養體系，堅持就業導向，提高工作能力的教育特色。《專業技術人才知識更新工程實施方案》決定壯大高水平工程師隊伍，推進分類分層的專業技術人才繼續教育體系的建設。以培養高層次、急需緊缺的生物技術、新材料、新能源、綠色環保、航空航天等戰略性新興產業領域的人才，而這些專業的學生均需要學習作為專業基礎課的物理化學課程。在物理化學課程中引入任務驅動式、項目導向式的教學方法，有利于促進應用技術型人才培養方案的實施，能幫助學生舉一反三、觸類旁通，更好的適應未來快節奏的工作環境[6]，更早的成為國家需要的技術型人才。物理化學教學的改革，能引領學生用物理化學的眼光探索生活和世界，提高學生學習的主觀能動性，培育學生形成“勞動光榮、技能寶貴、創造偉大”[7]的價值觀。隨著物理化學教學改革的開展，我校學生對物理化學的學習熱情逐漸高漲，成績逐步攀升，學生評教分數也逐年增加，數據悄無聲息的變化，正是對物理化學教學改革的肯定。工業4.0的到來，“新工科”建設的推進，又將推起物理化學教學改革的一個新浪潮。