对非化学专业《物理化学实验》课程的思考

2020-03-01吴静刘煊赫

教育现代化 2020年103期

吴静,刘煊赫

（中国地质大学（北京）数理学院，北京）

一引言

化学是一门以科学实验和实践为基础的学科。化学实验的教学内容是以化学理论知识为基础，进行实验技能的训练；化学实验的教学形式通常都是教师讲解基本实验原理和进行必要步骤的示范，学生进行实验操作、实验记录、实验数据的分析并进行思考总结；化学实验的教学目的意在巩固和加强理解化学基本理论和原理、传授化学实验基础知识和训练基本技能，同时培养学生发现问题、分析问题和解决问题的思路和方法，加强培养学生严谨规范的科研精神、实事求是的科研态度，注重养成学生分工合作的团队精神、坚忍不拔的科研品质和勇于探索的创新精神。可见，化学实验课程无论是在化学人才的培养过程中还是在非化学专业的本科教育中都起着基础性的关键作用。当今世界范围内新一轮的产业革命、科技革命和迅猛发展的经济对高等教育人才培养提出了新要求，要求所培养出的人才必须具备全面的理论知识、丰富的专业技能、熟练的实践操作和卓越的创新能力，而化学实验课程是培养大学生创新能力的重要途径之一[1-3]。实验教学是对本科生进行实践教育的最基础、最易得、最频繁的平台，利用好这一平台无论是对于化学专业还是非化学专业的学生而言，对其实践和创新能力的培养和发展都具有铺垫和导向作用[4-6]。

《物理化学》作为化学学科的一个分支，其中实验课程的设置同样必不可少，它对于巩固学生在课堂上所学的理论、深入理解逻辑性较强的知识点、培养学生的动手实践、综合应用、分析问题和解决问题的能力有着不可替代的作用[7,8]。我校作为一所以地质为特色的高校，《物理化学实验》课程都是面向非化学专业学生开设，其教学过程有其独特的特点和困难之处，在教学过程中，针对如何提高非化学专业的《物理化学实验》课程的教学效果，我们在对非化学专业《物理化学实验》课程进行剖析的基础上，作出了深入思考。

二非化学专业《物理化学实验》课程教学的困难

化学专业的《物理化学实验》课程通常都设置在修完无机化学实验、分化化学实验和有机化学实验之后，学生已具备一定的实验技能，动手能力较强，《物理化学实验》课程的进展也就会比较顺利，而非化学专业的《物理化学实验》课程由于是面向非化学专业的学生，则有其特殊的教学困难，具体分析如下：①非化学专业学生的物理化学理论知识基础薄弱。非化学专业开设的《物理化学》课程的学时数通常都比较少，而这门课程的知识点多、逻辑性强，导致非化学专业的学生对很多知识点都是浅尝辄止，不能进行深度探究。此外，非化学专业学生的其他化学知识也铺垫不足。化学作为非化学专业的公共基础课，一般不会将无机化学、有机化学、分析化学和物理化学等课程全部开设，学生的前期知识铺垫可能只有无机化学或者是大学化学，化学整体背景知识的欠缺也会对《物理化学实验》课程的开展造成不利影响；②非化学专业的《物理化学实验》课程课时数少。《物理化学实验》课程作为非化学专业的公共基础课，同样面临课时数少的问题，尤其在地质类学校中，地质专业或近地质专业的学生需要将大量时间投入地质实习中，如何在少量课时中有效开展教学是该门课程必须解决的难题；③非化学专业学生的实验技能欠缺。在学习《物理化学实验》课程之前，非化学专业开设的化学实验课程通常只有《大学化学实验》，学生的实验技能未得到充分训练，因而动手能力较弱。《物理化学实验》课程在教学方法上通常采用实验原理和操作技术要领结合讲解的形式，理论知识的不足会对导致学生对实验原理不能完全理解，而前期基础实验技能铺垫不足，则会使得学生难以掌握操作技术要领，因而对实验课程的开展造成困难。

针对非化学专业《物理化学实验》课程存在的上述教学困难，如何解决教学困难、提高教学效果，我们在对非化学专业《物理化学实验》课程进行剖析的基础上，做出深刻思考，提出了一系列解决措施，希望能够引发非化学专业《物理化学实验》课程的改革，得到一些有益效果。

三非化学专业《物理化学实验》课程剖析

高等学校教育的专业人才培养目标应该是培养具有高度社会责任感、科学文化素养良好、牢固掌握专业基础知识、基本理论和基本技能，具备创新意识和实践能力，能够在本专业及相关学科领域内从事科学研究、技术开发和教育教学等工作的人才[9]。为了达到该人才培养的目标，含化学实验在内的各类课程的教学目标都应做相应调整。非化学专业的《物理化学实验》课程教学目标因此可建议调整为：通过物理化学实验的教学，使学生掌握物理化学实验的基本知识、基本技能和物理化学的基础理论，并以此为基础培养学生的动手实践能力、科学素养、解决复杂问题和创新能力。这意味着物理化学实验教学不再仅仅重视“三基”，还应在培养科学素养、解决问题的能力和创新能力中发挥重要作用，要从“知识和技能导向型”课程向“能力和素质导向型”课程转变。非化学专业的《物理化学实验》课程教学目标的调整意味着该课程的教学体系、教学内容和教学形式都要重新进行思考和设计，以契合教学目标的要求，培养出符合现代社会需要的人才。传统的非化学专业的《物理化学实验》课程的教学内容是以验证原理、学习操作、训练技能为主，其教学形式也是学生照着教师示范或是课本内容“依样画葫芦”地去走完整个实验的流程。学生在该课程中可能可以实现“三基”的掌握，但是，难以实现更深层次的目标。教学目标的提升要求非化学专业的《物理化学实验》课程的教学内容要向设计型、综合型和创新型实验转变，同时将实验安全教育、小型仪器设备的使用等纳入课程，并注重兼容随科技发展而出现的新原理、新方法和新实验，教学形式上也要推陈出新，强调学生在教师指导下的自主学习，采用“线上线下”的混合教学方式，注重设计型和综合型实验教学，这样才有望培养出具备安全、环保和可持续发展意识，掌握必要的实验技能，能进行流畅表达、交流和团队协作，具备自主探索、创新意识，能解决问题并实现自我发展的各类专业人才。

四非化学专业《物理化学实验》课程教学的思考

面对非化学专业的《物理化学实验》课程中存在的教学困难，除了对该课程进行剖析之外，提出行之有效的解决措施是关键，因此，我们进行深入思考，提出了科学设疑以提高预习效果、结合专业来合理安排实验和用创新实验在课外增强技能等措施，期望能在一定程度上解决非化学专业的《物理化学实验》课程中存在的教学问题，有效提高该课程的教学效果（图1）。

图1 非化学专业《物理化学实验》课程存在的问题及应对策略

（一）科学设疑，提高预习效果

针对非化学专业学生化学理论知识缺乏，专业基础弱的问题，思考从预习的角度去解决这一问题。传统的实验教学方法是教师对实验原理、仪器使用、实验步骤、数据处理和注意事项等全部进行灌输式的详细讲解[10]，对于基础薄弱的非化学专业学生来说，在这种教学模式下，他们只能被动地依照实验步骤将实验重复一遍，教学效果甚微。我们思考采用“课前预习+独立实验+教师指导”的教学模式，强调预习在教学过程中的地位和作用。在预习这一环节，在教材之外还给学生提供教学视频，并在视频中设置几个与实验密切相关的问题，让学生在预习过程中解答，教师则在实验之前检查学生的预习报告和思考题的回答情况，实验中学生是自己独立进行实验，教师对其错误操作进行纠正或关键步骤进行指导。古代先哲亚里士多德曾说过：“思维自惊奇和疑问开始”，疑问会让人感到困惑和产生认知冲突，从而引起知识探究的欲望，思维也就应运而生。在预习时设置关键疑问，可以激发学生的学习动机，提高他们的学习主动性，即使学生的专业知识基础薄弱，也有充分的时间去查阅相关书籍和资料，这在一定程度上就可以弥补背景理论知识欠缺的不足。此外，利用教学视频进行预习，相对于单纯依靠教材进行预习具有以下优点：（1）易于引起学生兴趣。视频相对于教材更加有趣、生动，很容易让学生产生兴趣，积极预习而不是应付了事；（2）设疑的形式可以灵活多样。在视频中可以任务点的形式设置与实验相关的疑问，学生只有完成任务点之后才能继续观看视频，这样的形式可以有效提升预习效果，也方便教师线上检查学生的预习情况；（3）预习可以随时随地进行。由于教学视频是线上投放，学生可以利用手机随时随地进行预习，有利于他们对碎片时间的利用，也能在一定程度上缓解他们的课业压力。

（二）结合专业，合理安排实验

面向非化学专业开设的《物理化学实验》课程，除了巩固课堂所学理论知识之外，培养学生将物理化学实验技能应用于解决本专业问题也是该课程的目的之一。因此，在课时少的现状下，《物理化学实验》可采取“基础实验+专业需求”的模式设置实验项目，学生在巩固物理化学理论知识的同时，又为开展专业实验进行了铺垫[11]。其中，基础实验部分可以安排一些训练基本操作、熟悉常用仪器的实验，为后续的综合性的专业实验奠定基础。专业实验部分可以根据学生专业，设置如地学、能源、材料等多个方向的实验，让学生根据自己的专业进行选择，这样不仅可以解决课时少的问题，学生还可以直接感受所学的实验技能可用于本专业问题的解决，很大程度上激发了学生的积极性，甚至可以调动他们的创造性，在课程后期可以让学生结合自己的专业背景，设计出一个带有自己专业特色的综合性实验。通过“基础实验-综合实验-专业研究性实验”多层次教学体系的构建，实现“一体化”实验教学。

（三）创新实验，课外增强技能

大学生创新项目目前已在各大高校广泛开设，学生的参与度也很高，教师可引导学生根据自己的兴趣、结合自身专业背景开展一些与物理化学相关的创新项目，这样相当于拓展了《物理化学实验》课程的课堂，可以利用更多的课外时间和机会去锻炼学生的实验技能。此外，还可与大学生化学实验竞赛相结合，即使是非化学专业的学生，同样可以动员他们参与到化学竞赛中来，尤其是实验形式的化学竞赛，以赛促教，在整个参赛过程中，不仅会使其化学理论知识得以拓宽，而且能增强其实验技能。