“三融合，四突出”教學路徑探索
——物理化學C課程教學創新

楊威，王輝，陳飛武，袁文霞，范慧俐，韋美菊

北京科技大學化學與生物工程學院，北京 100083

物理化學C是為北京科技大學礦物加工工程、安全工程和新能源科學與工程等專業二年級下學期和三年級上學期本科生開設的一門以物質體系化學行為內在原理、規律和方法為研究對象[1,2]的重要公共基礎課程。物理化學教學中長期存在一些“痛點”問題：以教師為中心，課堂互動不充分，學生學習興趣不高；重視知識傳授，缺乏對學生的價值引領；與專業的融合度不高，前沿性、時代性有所欠缺[3]；課程考核方法單一，重成績輕過程。團隊教師針對這些“痛點”問題，采用教學“融思政，融科研，融專業于一體；突出學生為中心，突出全員參與，突出榜樣力量，突出過程評價”的“三融合，四突出”創新舉措，從教學目標、教學內容、教學過程和考核評價等方面進行改革創新。運用現代教育信息技術和平臺，協調統一教學各要素，綜合解決“痛點”問題[4–8]。旨在夯實專業課的理論基礎，提高學生發現問題和解決問題的能力，承接本校礦物加工工程和安全工程“國家級一流本科專業”創新型人才的培養目標，助力于新工科的建設，服務于培養國家一流人才[9]！

1 革新教學理念，優化教學目標，突出知識、能力和價值三位一體

課程秉承“以立德樹人為根本，以學生發展為中心，以目標產出為導向”的教學理念[10,11]，強調師生互動、生生互動，教學相長，發揮師生合力，協同創新，持續改進，構建師生學習共同體。在此基礎上優化教學目標(圖1)，以布魯姆認知模型為理論指引[12,13]，達到知識、能力和價值三位一體。

圖1 優化教學目標

2 創新教學內容，優化教學資源，提高課程的高階性、創新性和挑戰度

2.1 知識教學與思政融合

深入挖掘課程的思政元素，建立物理化學課程思政案例庫(圖2)，將思政元素融入知識教學中，解決重視知識傳授，缺乏對學生價值引領的“痛點”問題。借助影音資源、圖片和實物，豐富教學載體。通過生活實例和名人軼事，為學生創設思政情境，多角度、多方面和多層次地對學生進行價值引領。例如：在學習可逆電池章節時，以電池界泰斗——諾貝爾化學獎獲得者約翰·古迪納夫(John Goodenough)教授早年坎坷的經歷為切入點，與學生暢談其研究生第一次考試“掛科”的經歷，引發學生的興趣并產生共鳴；再引用習總書記“山再高，往上攀，總能登頂；路再長，走下去，定能到達”的論述[14]，達到榜樣教學和“如鹽入水”的思政育人效果，實現顯性教育與隱性教育的有機結合。

圖2 思政案例庫舉例

教師是行走的課程思政載體，教師嚴謹求實的科學素養、潛心教書育人和身正為范的人格魅力是最好的課程思政育人元素。團隊教師堅守教育初心，用實際行動分別獲得“感動北科”十大新聞人物和院級先進工作者6人次，通過言傳身教，將思政元素浸潤于整個教書育人的全過程，真正做到春風化雨、潤物無聲。

除了厚植愛國情懷，愛校之情也是團隊教師進行課程思政建設的重要部分。通過引入我校教師結合物理化學原理為國助力的科研實例，激發學生對母校的自豪感和榮譽感，加深學生對母校的熱愛。譬如在講解第十三章界面化學中的吸附原理時，引入我校能源與環境工程學院劉應書老師運用吸附原理開發了高海拔制氧技術，成功解決了高原工程缺氧這一世界性難題，使得國家重大工程青藏鐵路建設得以順利完成。在講到毛細現象一節時，引入我校化生學院李正平老師利用毛細效應開發了可視化快速檢測新冠病毒核酸試劑盒，在大規模核酸檢測時期為國家提供了新的助力。在講到具有高比表面積的納米材料時，引入材料學院張躍老師把研制出的高比表面積一維氧化鋅陣列冷陰極應用于高功率感應加速器，提升了我國核爆模擬裝備研制水平。通過展示我校教師對國家的這些貢獻，使學生深刻體會到科技對生產力的推動作用，增強了民族自信心。學生愛國愛校之情也由此得到陶冶。

課后，讓學生圍繞思政素材，結合知識點，進行情景劇創作，制作成小視頻。譬如“法拉第升職記”“阿雷尼烏斯的畢業答辯”“能斯特猜想記”等都出自學生的手筆。學生以幽默詼諧的方式，展現了科學家在追求真理的過程中，遇到重重困難，最后以堅韌的毅力和不懈的拼搏克服困難走向成功。在這個過程中，既夯實了學生的物理化學基礎，又激發了學生學習物理化學的興趣，使其感同身受，共情共鳴，內化于心。充分發揮了課程思政的感染力、價值力和吸引力。在知識傳授、能力培養和情感價值觀養成等方面實現了有機融合！

2.2 教學與科研融合

針對課程內容時代前沿性不足的“痛點”問題，從科研報道、前沿成果、熱點話題和社會焦點等方面入手，多渠道拓展內容，情景化、時代化、前沿化、多樣化地融合物理化學知識情境，注重內容的深度和廣度，拓寬學生視野，培養學科交叉思維。通過多種形式讓科研支持教學，以科研強化教學，調動本科課堂的學術氛圍，提高課程的高階性、創新性和挑戰度。譬如在講解第八章電解質溶液的導電機理時，拓展講述新冠基因組解碼過程，強調疫情中的“中國速度”。而新冠基因組的解碼得益于電化學傳感器——納米孔單分子測序儀，其關鍵核心就是利用離子導電性不同實現的。整個過程既潛移默化厚植了愛國情懷，又引入了前沿科研成果，完成了教學與思政和科研的雙重有機結合。

2.3 基礎課與專業課深度融合

物理化學團隊教師主動與礦物加工工程、安全工程和新能源科學與工程的專業課教師探討專業對物理化學知識的需求，了解相關專業知識，甚至走進學生專業課課堂親身體會。根據學生專業對物理化學知識的要求，制訂物理化學課程的教學目標、教學內容、教學重點和難點，打破學科固定思維，交叉融合多學科教學理念。讓物理化學課程為專業課賦能，達到基礎理論課促進專業素養，專業課反哺基礎課的目標；增強了學生深度學習的信心，解決了基礎課與專業課融合度低的“痛點”問題。譬如面對安全工程和新能源科學與工程專業的學生時，團隊教師重構教學內容，加入了動力學中爆炸原理的講解，加重了熱力學教學比例，刪減了與專業契合度低的區域冶煉部分，來迎合學生未來開設的“工程熱力學”和“燃燒與爆炸學”專業課。而面對礦物加工工程專業的學生，則加大了界面化學章節的比例，甚至設計成翻轉課堂，讓學生走上講臺，闡述如何應用表面活性劑進行發泡、消泡，可以怎樣設計高效發泡劑、消泡劑，既為他們下學期開設的“礦物浮選”專業課奠定了堅實的理論基礎，又培養了學生的高階創新能力。

2.4 優化教學資源

為了充分有效地在物理化學C的教學活動中利用現代化信息手段，教研室錄制了與優化目標和創新內容相適應的本課程八章內容的47個視頻(882分鐘)，內含294道隨堂測試題，完成了線上MOOC課程的建設[15]；并整理了物理化學雜志期刊索引，建設了豐富的線上資源，供學生拓學使用，使學生課前預習，課后復習事半功倍！

3 整合信息手段，優化教學過程，打造有溫度、有高度、有挑戰度的課堂

3.1 創新教學模式與方法

強化教學三個環節，一是強化課前探學，二是強化課中研學，三是強化課后拓學。課前，通過發布學習清單和重難點，指引學生通過預習構建基本知識框架。課中，以M.戴維·梅里爾(M. David Memill)教授的“首要教學原理”為模型[16]，以“聚焦問題、解決問題”為導向進行教學，培養學生在不同層次上解決問題的能力，并在學習和能力遷移上實現有意義的學習；以問題為牽引，層層遞進，通過啟發引導，以小組討論的方式解決重難點；強化互動，借助學習通“搖一搖”和“搶答”模塊，增加課堂學習氛圍，調動學生學習積極性。課后，同學們整合知識，反思提高，完成高階的附加任務。教師線上隨時答疑，利用學習通信息技術手段，發放調查問卷，收集學生學習數據及教學評價，分析學生的學習收獲和教學目標完成度，及時進行教學的反饋反思和持續性改進(圖3)，構建課前–課中–課后完整閉環，驅動學生由“被動受教”向“主動學習”進行轉變。

圖3 教學模式和方法創新示意圖

3.2 教學活動創新

為營造“主動參與”的教學氣氛，團隊教師精心設計了各種教學活動，突出學生為中心，突出全員參與，突出榜樣力量，激發學生學習的積極性。讓學生主動參與到師生互動、生生互動中，解決課堂互動不足，學生學習興趣不高的“痛點”問題。具體措施如下：

(1) 實驗演示：充分發揮學科優勢，利用小實驗，在課堂中讓學生全員參與，調動學生“五感”，讓學生從單一聽講，轉變為用手操做、用耳聆聽、用眼觀察、用腦思考、用嘴討論的“五感學習”。譬如在講解附加壓力一節時，以拔掉膠帽的滴管能否吸上液體的問題導入，以問題為驅動，通過讓學生動手操作，觀察滴管中液面上升，對彎曲液面進行受力分析。再通過學生的動手操作比較水在不同粗細滴管中上升的高度，推導毛細管中液面上升的高度公式。使晦澀難懂的定義和公式具體化、形象化，以利于學生深刻理解現象內在的本質和原理。

(2) 榜樣力量：邀請獲得各類大學生競賽獎勵的本專業高年級學生，針對獲獎作品運用的物理化學原理進行講解，發揮朋輩榜樣的力量，既堅定了學生學習物理化學課程的信心，又激發了學生的創新激情。

(3) 小組PK賽：課堂中進行小組PK賽，增加課堂的趣味性和競技感，以賽促學，提升學習效果。鼓勵小組每輪比賽派出不同成員進行競技，培養學生的團隊協作精神，實現全員輻射教學效果。

(4) 小組辯論賽：以“發現和應用表面活性劑對人類是有益還是有害”“能量和熵誰是宇宙演化的本源”“張小泉菜刀拍蒜斷裂是否合理”等物理化學話題以及和物理化學相關的社會熱點新聞開展辯論賽，促進學生深入學習，提高知識融會貫通能力、專業表達能力和思辨能力。

(5) 情景短劇：讓學生根據課堂中講過的名人故事結合物理化學知識點編排情景劇演出，培養學生的團隊合作精神，還原物理化學知識的創建情景。在此過程中，學生可體會到科學研究的艱辛和科學家堅韌不拔的意志，使學生的思想政治素養在潛移默化中得到提升，最終達到思政教育“共情內化”的效果。

(6) 設計產品：讓學生運用課堂所學，結合專業知識設計開發新的產品。譬如讓學生閱讀文獻[17]，結合物理化學界面化學章節知識，設計將毛細作用應用到病原菌DNA檢測。鼓勵他們和不同專業學生交叉融合創造，進行多學科思維碰撞，激蕩出全新的火花；主動將“吸收知識”變為“運用知識”，實現學有所用，培養學生高階思維和創新能力，促進學生全面發展。

通過豐富的教學活動，打破“無聲”課堂，提高課程的高階性、創新性和挑戰度，激發學生的學習興趣，努力做到“互動啟迪智慧、趣味滲透課堂、思政彰顯價值”。讓學生感覺學習物理化學“有趣、有料、有用”，讓學生眼中有睿智，臉上有笑容，心中有責任！

3.3 突出過程評價，重塑評價體系

物理化學C分為上下兩學期內容，下學期包括8學時實驗課程。團隊教師注重學生學習的過程管理，將學習評價與教學活動有機融合，突出過程評價，建立“全過程”的評價體系。包括生生互批作業、教師點評、師生共同討論點評、組間互評和組內互評，達到以評促學的目的，實現全過程考核有機融合(圖4和圖5)，全面有效地提升學習效果。同時，利用學習通進行問卷調查，實時獲得學生的反饋信息，及時進行教學反思，優化教學設計，促使反饋改進常態化，讓學生、教師、課程共同成長、共同發展！

圖4 組內、組間互評表

圖5 “全過程”評價體系

4 創新效果

(1) 教學目標達成度顯著提高：自2018年開始，團隊教師逐步進行教學改革與創新，不斷迭代升級，持續性改進。學生學習物理化學課程的興趣大幅度提高，在評教系統里對課程給予了高度贊揚。此外，教授過的多名學生運用物理化學原理結合專業知識，獲得了“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽特等獎、全國高等學校礦物加工工程專業學生實踐作品大賽一等獎、“互聯網+大學生創新創業大賽”二等獎等多項榮譽。

(2) 教師自身的教學能力得到了提高：以改促教，教師自身的教學能力也得到了很大的提高。團隊教師多次獲得校級“青年教師基本功大賽”理科二等獎、“最受學生歡迎獎”、“最佳課堂演示獎”

等榮譽稱號；獲得了3項校級課程思政特色示范課程建設項目、1項校級本科教育教學改革重大項目和1項校級本科教育教學改革面上項目支持。同時，團隊教師也榮獲了第二屆北京高校教師教學創新大賽(中級組)優秀獎，得到了校內外專家的認同。

5 結語

綜上所述，在新工科建設和中國高等教育“全面提質創新”的時代背景下，物理化學C課程緊緊圍繞培養一流人才的主旨，通過“三融合，四突出”的教學創新路徑，從教學理念、教學內容、教學過程和教學評價等方面進行了科學探索和實踐，解決傳統物理化學課程的“痛點”問題，為打造“兩性一度”金課奠定了基礎！在對學生綜合素質的培養和教師教學質量的提高方面取得了較好的效果。