基于问题导向的《物理化学》课程改革探索

侯得健，谭娟娟，李洪亮，黄锐，董建宏

（韩山师范学院 材料科学与工程学院，广东潮州 521041）

《物理化学》作为四大基础化学之一，是一门研究物理与化学性质相互影响规律的学科。物理化学的知识体系涵盖了热力学、动力学、电化学、表面理论、胶体等内容，与能源、材料、环境等多个学科密切相关。因其地位的重要性，物理化学常被称为“化学的灵魂”[1-2]、“化学中的哲学”[3]。《物理化学》课程是我校材料科学与工程专业的核心课程，该课程不仅是后续相关专业知识学习的基础，更是解决实际工程问题的重要理论基础。

《物理化学》课程与学生前期接触到的其他化学类课程有较大区别：一方面，该课程包含的内容和公式繁多、概念更加抽象，同时又涉及较多物理学、高等数学与其他基础化学的相关知识；另一方面，《物理化学》课程内容的逻辑性强、推理严谨，推导过程相对复杂，使用的都是定量的语言[4]。以上特点导致《物理化学》课程对于大部分学生来说晦涩难懂，学生缺乏学习兴趣，经常面临“老师难教、学生难学”的尴尬境地[5]。尤其自2017年以来，教育部开始大力推进新工科建设，旨在探索中国工科教育的新模式[6]。新工科建设促进高校培养符合新形势和新业态的创新应用型工程技术人才[7]，对高校的教育理念、 人才培养模式、 教育质量等都提出了新的、更高的要求[8]。因此，课程教学活动的目标在于使学生在有限的时间内逐渐了解、领会、掌握物理化学的理论知识和方法，并能迁移和灵活运用到生活、学习及生产实践中，同时培养学生的探索精神和科学素养。然而，学生对学习的课程知识一知半解，难以内化和灵活运用是目前普遍存在的问题，需要教师在教学过程中不断尝试和探索。

1 目前课堂教学存在的问题

以韩山师范学院为例，在过去的几年，本校材料专业的《物理化学》课程主要采用传统课堂讲授的方式进行教学。总结分析过去几年传统讲授的教学模式下学生的课堂学习和课程知识掌握情况，发现存在以下问题：由于课时有限，为了将课程内容介绍全面，课堂上经常以教师讲解占主体，教师和学生之间的互动范围较小，学生对课堂的参与度较低，缺少良性互动，大部分学生整个学期都处在被动听讲的状态； 对于重点难点没有足够的时间辅以课堂练习来巩固知识，学生的学习情况没有得到及时反馈。尤其是教学班级人数增加后，以上现象更为突出。传统课堂教学不利于教师了解和掌握学生的学习情况，使学生对本就抽象晦涩的理论知识感到更加枯燥乏味，缺乏学习兴趣，难以调动其学习的主观能动性和学习热情。因此，导致教师不能及时对课堂教学做出调整，学生对内容不理解，普遍靠死记硬背应付考试，易挂科，不能达到预设的教学目的。《物理化学》甚至成为部分学生眼中畏惧的课程，有排斥心理，这在一定程度上偏离了培养方案中对本课程设置的培养目标。

2 多方式协同改革探索

针对本校材料专业《物理化学》课程教学过程中发现的一些问题，以问题为导向，笔者尝试从以下方面进行课程教学改革探索。

2.1 课程内容的逐步优化

《物理化学》课程的内容比较繁杂，抽象的概念多、公式多，还涉及复杂的公式推导过程。随着高校教学改革、培养方案的调整，该课程的课时普遍在缩减[9]。以本专业为例，课时由最初的90 学时减到64 学时。为了使学生在有限时间内对物理化学知识有整体的把握、提高学生的学习兴趣，对课程内容进行优化。首先，对一些重点知识内容进行调整，适当地减少了一些烦琐的数学推导，例如减少偏摩尔量、化学势、活度、吸附等相关的一些公式推导，仅通过典型案例帮助学生理解其内在的含义。这可以避免数学基础薄弱的学生不理解公式的推导，以致产生厌学的情况。其次，更注重课程内容与专业、科学研究、生产实际的关联，提升课程内容的实用性。例如在相图部分，将相图与潮州的特色产业陶瓷相结合，介绍通过相图知识指导先进功能陶瓷材料的设计与合成；在电化学章节，结合文献介绍燃料电池和锂/钠离子电池最新的研究进展。这可以提高学生对课程的学习热情，深刻认识到学有所用，感受到物理化学与时代发展进步的密切联系。此外，在讲授一些晦涩的概念和过程时，以动画的形式直观生动地进行展示，不仅让学生对知识内容更容易理解掌握，而且使课堂变得更加生动有趣，更好地调动学生的积极性。通过以上的调整措施，不仅减少了枯燥的理论内容，突出了重点难点，避免学生被动学习，还一定程度上激发了学生对课程知识的学习兴趣，开阔了学生的视野，开拓学生的科学思维并增强进取意识，对新时代创新型人才培养有一定的促进意义。

2.2 学习通辅助教学

由于传统的课堂讲授缺乏师生互动，笔者近两年将超星学习通逐渐融入《物理化学》的课程教学中。利用互联网收集优秀的教学资源，根据学生的基础和情况进行筛选，建立资源库，供学生课前预习和课后复习使用。通过设置任务点，能做到信息的及时反馈，掌握学生课前和课后的学习情况。

在课堂上，教师可以利用学习通开展签到、随机点名、抢答、随堂练习和讨论等教学活动。学习通辅助教学有利于管理和统计学生的成绩，教师无须手动记录，避免了记错、记漏等情况出现，提高效率，减少了工作量。设置允许学生查看成绩后，学生能够在课程中查看自己的成绩，通过分数对比激励学生更积极地参与课堂活动，更主动地进行学习。在课堂的随机点名、抢答等环节中，鼓励学生多发表自己的意见，并对不同的见解进行讨论，最后由教师进行分析总结。这不仅提高了学生的参与度和活跃度，增强课堂的互动性与趣味性，同时还能在讨论中及时获得学生对知识点掌握情况的反馈。此外，通过学习通发布课堂练习也能够及时了解学生对相关知识的掌握程度，如图1所示。发布选择题和判断题后，系统中记录了学生的参与情况和答题情况，由此可以进行针对性分析，学生也能及时在手机端得到信息反馈。

图1 学生课堂练习的情况反馈

在课后，学生可以在学习通上反复回看教师上传的课件进行知识的复习与巩固，复习过程中遇到问题通过学习通与教师交流，能够及时得到解决。学生之间也可以利用学习通平台进行问题的讨论、交流，相互学习，产生思想的碰撞，同时促进学生主动思考，培养学生解决问题的能力。经过两个学期的“学习通”辅助课堂教学探索，发现学生对原本他们畏惧的物理化学知识有了更高的学习热情，学习的积极性和主动性明显提高，逐渐形成了较为良好的学习氛围。教师能够更全面更及时地掌握学生的学习情况，教学效果有了一定程度的提高。

2.3 思政促教学

通过总结课堂教学的情况发现，在对理论内容讲授超过15min 后，很多学生就会出现注意力不集中的情况，教师如果不及时调整，课堂教学效果会越来越差。因此，课堂上可以准备一些与课程知识相关的化学史、人物传记、小故事等，穿插在理论内容的讲授过程中。比如“侯氏制碱法”与化学平衡、金展鹏院士与相图的故事，比如从热力学第二定律、热机引入中国高铁的故事等。穿插化学史、小故事可以吸引学生的注意力，活跃课堂气氛，有利于学生对知识的理解和掌握，同时还能一定程度激发学生们的使命担当、家国情怀、民族自豪感，起到思想引领的作用，引导树立正确的理想信念，并培养探索精神和科学素养。因此，在课堂适当加入化学史、人物传记和小故事等，将思政元素融入了课程教学中，对教学效果有正向的促进作用，有利于培养品学兼优的新时代大学生。

3 结语

针对近几年《物理化学》课程教学的现状及存在的问题，结合新形势下对高校人才培养提出的更新、更高的要求，笔者根据本专业的实际情况，从教学内容优化、学习通辅助教学和思政促教等方面尝试改革探索。通过一系列的改革措施，一定程度上激发了学生对《物理化学》的学习热情，更好地调动了学生的学习积极性和主观能动性，增强了课堂的互动性与趣味性，学生不再畏惧《物理化学》，对抽象晦涩的知识更容易理解掌握，同时将德育融于课程的教学中，培养学生的科学意识和探索精神，引导树立正确的世界观、人生观和价值观。教学效果有了显著的改善。对培养符合新形势、适应新时代的理工科创新型人才起到促进作用。但在新工科建设背景下，教师仍需要进一步深化课堂改革，才能达到提升人才培养质量的目标。