材料物理化学教学改革与实践

何朋，桂凯旋

（安徽工程大学材料科学与工程学院，安徽芜湖 241000）

材料物理化学是化学学科的理论基础，也是材料学科的一门学科基础课。材料物理化学主要综合运用数学、物理等基础科学的理论和实验方法来研究物质变化及与化学变化相关的物理变化中所遵循的规律和基本原理，是材料科学与工程学院相关专业的一门重要课程，在材料科学与工程专业课程体系的教学中起到了承前启后的作用，是联通专业核心课和基础课程的重要枢纽，同时也是培养本科生分析和解决相关工程领域问题的重要关节[1-4]。

安徽工程大学是入选国家首批卓越农林人才教育培养计划、国家级大学生创新创业训练计划的高校，一直以来被称为“工程师的摇篮”。然而，随着科技与时代的发展，全球化趋势的日益加剧，国家创新性战略的实施，社会对高校人才培养提出了更高、更全面的要求。这也使物理化学的教学模式需要做进一步的调整和改进以顺应时代的发展和满足社会的要求。

一、材料物理化学教学存在的问题

迄今为止，已经开展的物理化学课程虽然满足学院的基础教学任务，但由于长期以来，在物理化学的教学中已经形成了固定的教学模式和教学观念，上述观念和模式并没有推陈出新，已然使材料物理化学课堂教学显露出了一定的问题。

（一）教学内容不够“新”

传统“材料物理与化学”教学大纲和教学内容相对比较老旧，与时代特色和科技前沿结合度不高，甚至有的内容已经严重与时代脱节，无法满足解决当今的工程应用问题的实况。同时，物理化学这门课程也面向全校多个院系，而教材和大纲并没有针对不同的专业做出相应的改进和优化。同时，一本落后的教材，很多知识和内容无法跟上时代发展的脚步，特别是教材中知识点在现今高新领域的应用和结合难以体现，造成学生对自己所学的东西认同感低，并难以做到学以致用。同时，如今各类软件普及，很多知识点可以通过软件进行模拟应用，因此可以将教材中的内容与软件模拟结合，进一步提高学生的应用能力。而单一老旧的教材很难达到上述效果。

（二）教学手段相对落后

目前材料物理化学课堂教学还是多媒体与板书结合的形式。多媒体教学虽然在视觉上给予学生一定的愉悦感，具有提高学生学习兴趣的作用。但是另一方面，由于其缺少板书的逻辑推导和细致解释的功效，因此很容易造成学生缺乏对于知识进一步思考和推演，从而造成学生的独立思考和创新思维培养存在缺憾。而物理化学教材中大部分是公式的推导和相关定理的证明，这些推导和证明只能通过板书的形式完成，形式的单一和内容的枯燥造成学生的听课积极性不高，同时也造成学生难以掌握公式背后的物理内涵和化学含义。同时，近些年来，相关教学改革要求对于课时量进行一定压缩。传统的课堂教学模式，为了追赶课程进度往往不得不在短时间内向学生“填鸭式”地灌输大量的知识内容，从而导致学生“消化不良”产生厌学心理。只有培养学生自主学习的习惯，才能从本质上改变上述恶劣后果。

（三）教学班人数过多

由于高等学校扩招，学校学生人数逐年递增，全国高等学校录取人数是以前的数倍之多，但是高等学校的教师却没有得到相应倍数的增多。这便导致了全国大多数高等学校普遍存在教师数量严重不足的现象[5-6]。因此，很多大学不少课程都是大班教学。但大班教学的存在也出现很多问题，大班教学导致教室人数过多，不便于管理。同时，班级学生人数过多和受一些思想的影响，很多学生会选择班级靠后的位置，这样可以脱离老师的视线，从而会导致这些坐在后排的学生实现“放飞自我”，做跟课堂无关的事情，或者玩手机，或者看小说。因此，大班教学往往造成学生的学习效果不佳，教学成效不显著。

（四）教学效果评价体系不完善

考核环节不完善，选取的“成绩评价体系”难以达到对学习效果的全方位检测。现有的考试体系通常是通过期末考试和平时成绩相综合，平时成绩占30%，平时成绩主要是由出勤率、课后作业和课堂表现组成。学生只要正常出勤，期末考试的成绩则决定了该课程的最终成绩，因此也造成了学生对于物理化学知识点的应用不够重视，将精力主要放在期末考试。然而，这样的评价体系忽略了培养学生用材料物理化学的知识解决相关实际工程问题的能力，从而难以达到客观公正地查验教学成效的目的。

二、材料物理化学课程的教学改革措施

此次教学改革为了适应社会的发展，时代进步，以及现代科技技术进步对于人才培养的全新要求，彻底扭转理论课教学中存在的弊端，结合上述分析的有关材料物理化学教学过程中存在的四个方面的问题，本文将针对材料物理化学课程教学的改革，提出具体的改进方案和措施，如图所示。

图1 “四位一体”的教学改革模式

（一）教学内容的前瞻性

教学内容需要将时代特色与科学先进性结合在一起，同时体现出解决工程问题的实际应用特色，并具有一定的学科交叉性。为了满足不同层次的培养要求，材料物理化学教学内容应当具有一定的层次性与整体性。所谓的层次性，就是因力导势，最大限度地让教学内容合理化。例如，对于材料物理化学中有关热力学基础的部分，这部分内容复杂，知识点多，证明繁琐。因此，这部分应当以教师为主导，适当加入一些课程思政内容；而对于热力学循环分析、电化学等部分，则体现了较强的实际应用属性，因而这一层次在组织内容上可以考虑模块化设计，在教学上可以以学生为主导，引入翻转课堂，设计较多的项目教学。整体性则要求教师能够统筹教学内容，在内容和逻辑主体上做到统一性，学生能够从整体上把握课本内容。在把握上述两点的基础上，要合理地选用教材。教材作为引导学生学习的一种学习工具，对教材的内容及时更新，不能让一些旧而不相关的知识点与现今时代技术相挂钩，要让教材的内容跟上时代的步伐，让教师利用教材创造出一个好的课堂，让教材引导学生进行良好学习。

（二）教学手段的多样性

随着时代和科技的发展，现代社会要求大学生能够具备批判性思维、有效交流、系统思维、数据决策、协同合作等技能。而传统的教学手段比较单一，特别是物理化学课程，枯燥的讲解几乎从始至终贯穿整个课程教学。因此，有必要改变“填鸭式”的“知识型教学”模式，采取以培养独立思考，并具有创新性思维人才的“研究型教学”模式。研究型教学模式侧重互动式教学，包括探究式，启发式等教学方式方法[7-13]。特别指出，在物理化学教学中，互动式教学对提高学生积极性达到了很好的效果。例如，讲授热力学能为什么是温度的函数，笔者会问为什么？这个结论是如何得到的，有没有错误。针对上述问题，笔者以提问和学生讨论互动的形式，最后给出结论。大体上遵循“交流—质疑—辩论—总结”的模式，让学生在积极的课堂氛围下进行批判性和创新性思维锻炼，如图2所示。

图2 互动教学的设计模式

（三）小班教学的必要性

解决大班教学的弊端就是要普及小班教学，设立小班教学可以让老师对学生的管理更为集中和专注。此外，小班教学也更能让老师的信息传达给学生，老师上课更有针对性。小班教学另一个优势就是有充裕的时间让学生投入学生主导的教学中，更容易进行启发式、探究式等教学方式，加以课程思政，学生的积极性和主动性将得到显著的提升。此外，在小班教学当中，老师需要面对的学生是比较少的，减少了一定的外界干扰因素，即便有的学生在上课的时候走神或者做小动作，老师只需去提醒一个学生就够了，不需要关注整个班级的情况。

（四）教学效果评价机制的全面性

学生主动学习能力的培养是未来教学的一种必然趋势，也是新工科建设的发展要求。因此，材料物理化学的课堂教学改革应当着重培养和锻炼学生对于课本知识的实际运用能力，设计互动讨论课程，展开科学研究等，启发学生主动学习，全面发挥学生的主观能动性和创造性，显著增强学生的实践探索能力和独立思考能力。这样的教学模式必须有相对应的评价机制，才能保证教学模式的高效实施。因此，从某种意义上说，全面和完善的评价机制是确保学生能够充分发挥自我学习天赋的必要保障和前提基础。同时，这样的评价机制不仅激发学生的学习潜力，促进学生的全面发展，还能潜移默化地塑造学生强大的自信心，同时发掘学生的自我认知价值，提高学生的课堂积极性，扩大师生交流沟通渠道。

笔者从事的材料物理与化学课程教学评价依据：“总分数=期末考试分数（70%）+平时分数（10%）”。其中平时分数=书面作业（30%）+出勤（20%）+大作业（30%）+课堂表现（20%）。大作业是期中的时候，安排学生教一个小论文，论文主要是结合物理化学知识解决工程应用问题，此外还要准备一个PPT上台演讲。而课堂表现则是学生课堂上对于相关知识点的了解程度和一些例题的掌握情况的具体表现，以及相关的研究型课题的完成情况。

三、结束语

大学课堂教学改革是培养学生衔接新时代的重要一步。习近平总书记曾这样强调，“广大青年要肩负历史使命，坚定前进信心，立大志、明大德、成大才、担大任，如理成为堪当民族复兴重任的时代新人，让青春在为祖国、为民族、为人民、为人类的不懈奋斗中绽放绚丽之花”。而面对新人的成才培养，教师肩负重大的使命，面对如此重任，习近平总书记这样指出，“教师是人类灵魂的工程师，是人类文明的传递者，承载传播知识、传播思想、传播真理、塑造灵魂、塑造生命、塑造新人的时代重任”。教师是大学课堂教学改革的缔造者，在成为缔造者之前，教师应着力提升专业教师自身思想政治，作为教育主体的教师，其主观认知在教学工程及教育结果上具有指导和调节的作用，只有教师的思想政治素质达到一定高度，专业教学水平具备较高的实践能力，才能将专业教学能力更好地融入专业课堂教学中。本文以材料物理化学教学为蓝本，对教学过程中存在的问题提出相应的改革措施，从课堂教学主要涉及的各方面内容，设计提出更符合时代特征和科技发展的教育教学理念和举措，在上述基础上提出“四位一体”教学改革模式，形成以学生为主体，以激发学生学习主动性为目的，培养学生潜在自主学习能力，更客观全面评价学生的学习成效，从而提高课堂教学质量。