應用型本科高校生物工程專業(yè)物理化學課程教學改革實踐

陳灼娟

（福州大學至誠學院，福建福州 350002）

為了適應經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新形式，應對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命，教育部、發(fā)改委和財務部于2015年10月頒布了《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》，大力推進創(chuàng)新型、應用型人才培養(yǎng)。應用型人才既要具備牢固的理論基礎和專業(yè)素養(yǎng)，又能將理論應用于實踐生產(chǎn)，愿意服務于基層社會[1]。物理化學研究化學反應的普遍規(guī)律，有助于培養(yǎng)科學思維、邏輯推理能力，提高學生分析問題和解決問題的能力，為學生的科研實踐打下基礎[2]。物理化學是我校生物工程等相關專業(yè)的基礎課程，64學時，分兩個學期學習，為生物工程相關專業(yè)課程的學習奠定化學基礎。該課程理論性強，概念抽象，公式定律多，數(shù)學推導繁雜，計算量大，相對枯燥[3]。作為非化學專業(yè)的學生，化學基礎相對薄弱，加之學時限制，學生普遍感到吃力，產(chǎn)生畏難情緒，學習效果不佳。另外，經(jīng)典的物理化學教材涉及生物領域的內(nèi)容少，理論與專業(yè)實踐結合弱，導致學生學習興趣不高，創(chuàng)新能力不足，缺乏工程實踐能力。教學團隊采用線上線下相結合的教學模式，以培養(yǎng)科學素養(yǎng)和工程能力為目標，改革教學方法和課程考核方式，以滿足“新工科”工程應用型人才培養(yǎng)的需求。

1 立德樹人，挖掘課程思政案例

立德樹人是國家教育的根本任務，課程教育不僅要培養(yǎng)學生的專業(yè)能力和科學精神，還要進行價值塑造，激發(fā)學生的愛國情懷和責任擔當，達到潤物細無聲的育人效果。根據(jù)《高等學校課程思政建設指導綱要》中的指導意見[5]，課程團隊梳理和補充課程內(nèi)容，實現(xiàn)思想政治教育和知識體系教育的有機統(tǒng)一，進而達到育人和育才的統(tǒng)一。物理化學課程在教學設計中，不僅要注重學生思想品德素質的塑造，還應該著重培養(yǎng)學生的學科創(chuàng)新思維、科學素養(yǎng)、解決分析問題的能力和終身學習的能力[6]。物理化學理論的發(fā)展過程中，涌現(xiàn)出如焦耳、阿倫尼烏斯、范特霍夫、吉布斯、克勞修斯等杰出的科學家，他們追求真理的探索精神、嚴謹?shù)目蒲袘B(tài)度、百折不撓的驚人毅力，是進行價值熏陶、品格培養(yǎng)的良好素材。物理化學各章節(jié)理論知識中也蘊含著豐富多樣的思政案例。在講授熱力學知識時，用第一類永動機的實例，提升學生的哲學思辨能力；運用馬克思主義原理理解熱力學原理，提升學生科學思維能力；利用能量守恒定理，闡述生態(tài)文明、綠色發(fā)展的理念，提高學生的民族自豪感和認同感。化學動力學學習過程中，介紹納米材料的研究進展及應用，讓學生認識到學習物理化學的重要性。表面化學章節(jié)學習中，引用詩人描寫露珠的美妙詩句，引申出其背后蘊含的表面物理化學原理，陶冶學生情操。膠體化學部分的知識，可以解釋新冠病毒在氣溶膠中傳播的原理，了解疾病預防的相關知識，引發(fā)學生思考。結合生活現(xiàn)象與專業(yè)知識講授物理化學，緊跟時事熱點，追蹤前沿技術，適應時代需求，培養(yǎng)新世紀高素質的應用型人才。

2 采用線上、線下有機結合的教學模式

建設多元化的教學模式，將線下課堂教學、線上網(wǎng)絡教學有機結合。充分發(fā)揮線下課堂的主戰(zhàn)場作用，采用案例教學、啟發(fā)式教學、翻轉課堂等教學手段，確保學生對物理化學基本概念、知識和原理的牢固掌握，幫助學生理清學科線索，打好堅實的理論基礎。線上網(wǎng)絡教學作為線下課堂教學的重要補充，提供豐富多樣的學習資源，夯實知識，拓寬眼界，滿足學生的個性化需求。建設超星線上教學資源庫，分享教學大綱、教學PPT、慕課視頻、科普視頻、教學圖片、科研文獻等教學資源，設置線上作業(yè)、單元小測、討論話題等模塊，實現(xiàn)線下課堂與線上課堂互補，創(chuàng)造“隨時”“隨身”的學習環(huán)境[4]。教師布置課前線上預習任務，鼓勵學生自主預習、獨立思考。學生通過線上作業(yè)與單元小測鞏固知識，發(fā)現(xiàn)知識缺漏。教師及時監(jiān)控學生學習情況，進行教學計劃調整。線上與線下教學深度融合、優(yōu)勢互補，提高了學習效率和學習效果，促進學生實踐能力和綜合創(chuàng)新素質的全面提升。

3 改革教學方法

3.1 案例式教學，激發(fā)學習熱情

物理化學理論知識不僅可以解釋各種生活現(xiàn)象，還為后續(xù)專業(yè)課程的學習奠定基礎。案例式教學不僅可以提高學生的學習興趣，還可以提升工程實踐能力。積雪融化溫度降低、粉塵爆炸、人工降雨、結冰要撒鹽、液滴呈球形等具體事例，可以激發(fā)學生學習物理化學理論知識的興趣。物理化學與生物化學、化工原理、生物反應工程、發(fā)酵工程、生化分離工程等專業(yè)課程結合緊密，在教學過程中引入專業(yè)課知識，加深學生對專業(yè)知識的理解，激發(fā)學生學習物理化學的熱情。例如在講授電化學這一章節(jié)時，可以介紹生物傳感器的研究和應用，了解生物領域的發(fā)展前沿。在學習相平衡理論知識時，結合生化分離工程課程的色譜分離、生物物質萃取、蛋白質結晶的應用展開討論。在講述界面現(xiàn)象時，介紹表面活性劑在生物分離過程中的應用。化學動力學章節(jié)中，光反應可以與光合作用中的光反應結合講授；生物酶催化的原理則可以應用催化反應的相關理論進行解釋。膠體化學的知識則可以解釋蛋白質的膠體現(xiàn)象，并了解鹽析的分離原理。將理論與專業(yè)實踐相結合，可以解決理論課程教學與專業(yè)脫鉤、應用性不強、內(nèi)容相對枯燥等問題，幫助學生了解物理化學的應用，拓展學生知識面，激發(fā)學生探究精神，提升實踐應用能力。

3.2 翻轉課堂，學生為中心

信息技術的快速發(fā)展，為教育改革和發(fā)展提供了有利的條件。以教師為中心單向輸出的傳統(tǒng)教育模式難以調動學生學習的積極性。MOOC 等優(yōu)質教育資源的開發(fā)和共享，為學生自主學習提供了有利條件[7]。翻轉課堂將課堂的主體由老師轉移給學生，學生在課前完成自主學習，與小組成員展開研究討論，形成研究成果，并進行展示。翻轉課堂有助于培養(yǎng)學生的自主學習能力，實現(xiàn)知識內(nèi)化，提高學生素養(yǎng)，提高創(chuàng)新品質[8]。在物理化學教學過程中，翻轉課堂以兩種形式組織開展：①學生制作思維導圖，進行分享。思維導圖可以幫助學生理清知識點之間的邏輯關系，構建系統(tǒng)地理論知識框架，利用圖形工具實現(xiàn)快速記憶，提高學習效率。思維導圖的課堂分享，可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，提高思辨能力。②圍繞生命科學中的常見問題，例如DNA 雙螺旋模型；人體代謝中的糖酵解反應，中間產(chǎn)物和酶濃度呈周期性變化的現(xiàn)象；酶失活；溶血現(xiàn)象；蛋白質微乳分離技術等課題展開小組研究討論和PPT 展示，引發(fā)學生深度思考，開拓學生思維，實現(xiàn)高階性的發(fā)展。將物理化學中的知識點與生物科學領域的現(xiàn)象案例相結合，通過查閱文獻資料、整理加工、消化總結，分析陳述，提升了知識的應用能力。

4 考核方式改革

心理學家列夫?維果茨基認為，教師要了解學生的潛在發(fā)展水平，尋找最佳發(fā)展區(qū)，促進學生的發(fā)展。大學生處于人生發(fā)展的關鍵階段，是世界觀、人生觀、價值觀形成、發(fā)展和成熟的關鍵階段。有效合理的考核方式，可以促進學生的全面發(fā)展。傳統(tǒng)教學中僅以期末考試成績作為依據(jù)，難以激發(fā)學生的學習熱情，無法全面評價學生對知識、技能的掌握情況。通過教學改革，改變單一化的評價方式，建立多元化、多維度的綜合評價體系。注重過程考核，督促學生在課堂上積極參與課堂活動，及時鞏固知識、通過小組任務，增強查閱文獻、整理資料、團隊協(xié)作、語言表達及科研創(chuàng)新等方面的能力。利用超星數(shù)字化平臺，對學生學習的主動性、持續(xù)性、課堂參與度、思維能力、交流協(xié)調能力及知識掌握程度，進行個性化的綜合評價，將教學考核評價分解到課程教學的全過程中，充分發(fā)揮考核對學生學習的引領作用。

5 教學改革成效

在新工科背景下，對接福建省生物、醫(yī)藥、食品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，物理化學課程通過教學改革，采取靈活多樣的教學方式，增加課堂的活躍度，逐步推進翻轉課堂教學模式，將學習的主動權交給學生，激發(fā)學生學習自主性和積極性，使學生在掌握理論知識的同時，增強實際應用能力。經(jīng)過多輪的教學改革實踐，取得了較好的改革成效。

1）學生對物理化學的基礎知識有了較系統(tǒng)的掌握，課堂活躍度明顯提高，思維能力、創(chuàng)新能力提升，物理化學課程的期末考試成績較往年有所提高。

2）翻轉課堂、任務驅動、探究性學習等應用于課堂，充分調動了學生的課堂參與性。學生分析問題、提出問題、解決問題的能力得以鍛煉，專業(yè)知識得以鞏固，專業(yè)綜合知識的運用能力提升，較好地完成了應用型人才培養(yǎng)目標。

3）學生實踐創(chuàng)新能力提升。在深度理解物理化學知識的基礎上，將物理化學靈活應用于專業(yè)課程及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動。將化學動力學、表面化學、界面化學、電化學等知識與生物分子結構、微生物發(fā)酵、生物分離純化、生物分子的表征等實踐應用相結合。鼓勵學生積極參與教師科研、互聯(lián)網(wǎng)+大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等實踐活動，培養(yǎng)新時期有能力、有素質、有理想、有抱負的高素質工程人才。