“四新”建设背景下的物理化学教学改革与实践

余　炜　杨　蓉　屈丽娜　邹一鸣　樊　花　

“四新”建设背景下的物理化学教学改革与实践

余炜1杨蓉2屈丽娜3邹一鸣1樊花1

（1.西安理工大学理学院，陕西 西安 710048；2.西安理工大学材科学与工程学院，陕西 西安 710048；3.西安理工大学保密办公室，陕西 西安 710048）

在“四新”建设背景下，物理化学教学秉承“以学生为中心，以目标为导向”的教学理念，采用雨课堂与三课融合的线上线下混合式教学模式；以学生的“知识、能力、素质”协同发展为目标，把教学内容整合成基础知识、实际应用、内容拓展三大模块；针对不同的教学内容采用适用的教学方法，并通过绘制思维导图、撰写小组报告、课程论文、文献研读报告等形式对教学评价形式进行改革，构建系统的知识体系，培养学生的自学能力、创新意识、科学思维方法和团队协作精神。

物理化学；教学改革；改革措施

引言

新时代高等教育发展必须适应“三新一高”要求，即“立足新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展”[1]。2016年全国高校思想政治工作会议提出“落实立德树人根本任务，必须将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体、不可割裂”[2]。2017年国家教育部正式推出新工科建设计划[3,4]；2018年起全面推出新工科、新农科、新医科、新文科，实施“四新”建设[5]；2021年习近平总书记在清华大学考察时强调，要用好学科交叉融合的“催化剂”，加强基础学科培养能力，打破学科专业壁垒，对现有学科专业体系进行调整升级，瞄准科技前沿和关键领域，推进新工科、新医科、新农科、新文科建设，加快培养紧缺人才[6]。在“四新”建设背景下，秉承“以学生为中心，以目标为导向”的教学理念[7,8]，深入开展了物理化学课程创新设计与教学方法改革。

1 课程简介及学情分析

物理化学是用物理学的原理和实验方法来研究化学变化普遍规律的学科，被誉为“化学中的哲学”，是化学、化工、能源、材料、环境、冶金、地质、农林、医药等诸多专业的必修骨干课程，在人才培养方案中处于核心地位。

物理化学是西安理工大学应用化学、制药工程、新能源材料与器件等专业的核心专业基础课，有80学时，开课学期为大二下学期。学生前期已修过高等数学、无机化学、大学物理、有机化学等课程，具备相应的预备知识，为后续的化工原理、工业催化、材料化学等课程的学习奠定理论基础。

大二的学生已经具有一定的知识储备和思考、解决问题的能力，但仍存在以下五方面不足：（1）由于学时限制，导致该课程内容的深度、广度不足，学生只局限于教材内容的学习，视野窄；（2）学生自主学习积极性不足，再加上物理化学中有很多抽象的概念与定理、难记的公式，导致学生只是忙于应付作业，所学知识零散；（3）学生过分注重知识的接收与学习，学科相关的思想、科学方法训练不足；（4）学生接触不到最新的研究成果，创新思维、意识、学科精神训练不足；（5）学生工程意识与能力、联系实际能力不足，不能做到学以致用。

针对物理化学的课程特点和学生具体情况，对物理化学课程的教学模式、教学内容、教学方法和评价体系进行改革创新，教学策略是以学生为中心，开展引领式学习。

2　课程改革措施

2.1　教学模式改革：利用现代教育技术，实现线上、线下混合教学模式

采用智慧教学工具“雨课堂”与“三课”（优质的微课视频、网络慕课[9]等互联网资源以及翻转课堂，以下称为“三课”）相融合，将传统的单一课堂教学变为“基本概念、易理解和应用性较强的内容进行线上教学；知识脉络、重点难点、拓展内容进行线下教学”线上、线下混合式教学模式，具体做法如下：

（1）课前导学，了解学情。课前通过雨课堂布置预习任务，将预习课件（包括基本概念、易理解和应用性较强的内容）、相关自测题和慕课视频等预习资料推送给学生，让学生充分利用MOOC平台优质学习资源和雨课堂预习课件，进行自主学习，并通过雨课堂自测题对学习效果进行检测，让教师课前了解学情，在上课时做到心中有数，从而实现精准教学。

（2）课堂教学，探究深化。①对于重、难知识点的讲解，采用问题引导的方式，进行启发式教学，学生可以通过雨课堂进行实时答题和弹幕讨论，不但可以使学生注意力高度集中，增强学生参与感和主动学习的积极性，还可以夯实专业基础知识，培养专业素养；②在讲解定律和概念时，通过讲解其发展历史和学科现状、介绍最新前沿知识，使学生了解其发展趋势和需要解决的关键科学问题，可以拓展知识面，培养科学思维能力和创新意识；③通过典型案例的分析讨论，帮助学生理论联系实际，培养学生融会贯通、学以致用，具备解决实际问题的能力；④组织学生分组研讨前沿科研文献[10]，拓宽学生视野，培养学生的创新意识[11]、科学精神及其团结协作精神；⑤在讲解物理化学发展史、基本概念、定律时，融入课程思政理念，帮助学生培养爱国情怀、奉献精神和科学精神，提高道德修养、环保意识。

（3）课后辅导，巩固提升。①指导学生绘制思维导图，构建系统的知识体系。帮助学生理清知识脉络，对物理化学的概念、原理和方法进行归类、分析、对比并建立相互联系，使学生的零散知识系统化，形成系统的知识框架，巩固提升专业知识。②把各章节的复习课、习题课、典型题精讲、学生作业点评等录制成微课小视频，通过雨课堂推送给学生，帮助学生利用课余时间巩固专业知识。③组织学生完成小组作业、撰写小组报告和课程论文，培养创新意识和团队合作精神。使学生能够从科学研究和生产、生活中发现科学现象，提出科学问题，利用物理化学原理和方法进行解释、研究、分析和判断，培养学生发现问题的能力和团队合作精神。④组织学生撰写文献研读报告[12]、科研进展报告，了解学科现状和最新前沿知识，培养学生用科学语言论述问题的能力和团队合作精神。⑤组织学生分组撰写课程思政小论文，培养学生爱国情怀、科学精神和团队合作精神。

采用“雨课堂”与“三课”相融合方式，进行物理化学课的线上、线下混合式教学，并通过“课前测、随堂练、课后巩固提升”三个教学阶段，在基础、提高、应用、创新四个层次上，将物理化学的理论知识与生产实践、科学前沿、课程思政相融合，突出课程的“应用性”和“科学性”，并以学生为中心，实现价值塑造、能力培养、知识传授三位一体的人才培养模式[2]。

2.2 教学内容改革：规划教学内容，采用“三模块”教学模式

教学内容改革创新，就是要不断更新教学内容，拓展已有原理的创新应用，适时引入适合本科教学的新概念、新原理和新方法，使课程教学与科研和应用前沿对接[13,14]。围绕人才培养的“知识、能力、素质”三大目标，为将“专业教育”与“思政教育、创新创业教育、信息素养教育”有效融合[15,16]，将物理化学教学内容进行了重新梳理，规划成三大模块：

（1）基础知识模块。这一模块就是物理化学的基本知识点，是教学中心，它包括物理化学的概念、原理和公式等基础知识和基本原理。通过这一模块的学习，可以夯实学生的专业基础知识，培养学生的专业知识和技能，即专业素养，对应毕业要求的知识目标。

（2）实际应用模块。这一模块是物化专业知识点的外延，它包括专业课程中的延伸、物化原理在工程上的应用，物化理论和化工生产、生活实际的联系。通过这一模块的学习，使学生能够从科学研究和生产、生活中发现科学现象，提出科学问题，利用物理化学原理和方法进行解释、研究、分析和判断。培养学生的工程意识，训练其理论联系实际能力，做到学以致用，对应毕业要求的能力目标。

（3）内容拓展模块。这一模块是物化专业知识点的扩展，包括与知识点相关的发展历史、科学家生平及贡献；归纳和演绎的科学方法；物化知识在科研中的体现和联系；相关研究热点、最新前沿知识介绍等内容，并在这一模块深度融入思政元素，通过这一模块的学习，培养学生的科学精神、创新思维，对应毕业要求的素质目标。

教学内容进行了重新整合规划后，将基本概念、易理解和应用性较强的内容安排学生利用课余时间通过雨课堂、中国大学MOOC平台自学自测，节约出来的课时用于详解知识脉络、重点难点及进行翻转课堂、案例分析、分组讨论等形式的教学活动，以此培养学生的自学能力、分析解决实际问题能力、创新能力和语言表达能力。

2.3 教学方法改革：针对不同教学内容，采用相应教学方法

为提高教学质量和效果，保证学生“知识、能力、素质”协同发展，针对不同的教学内容采用不同的教学方法，物理化学教学过程中常采用以下几种教学方法。

（1）讲授式教学。通过简明、生动、通俗易懂的口头语言向学生传授知识，着重培养学生的学科思维。物理化学课程中公式推导多，在论证定理和公式时，通常采用讲授式的教学方式，同时注重引导学生分析和认识问题。

（2）演示式教学。通过展示实物、网络上的视频实例等，让学生通过直接观察获取感性认识。例如，播放水沸腾和爆沸的视频，让学生了解可逆和不可逆相变化。

（3）任务驱动式教学。设计探究性的学习任务，组织学生以小组为单位，进行探究学习并完成任务，从而获得或巩固知识。着重培养学生分析问题和解决问题的能力、合作精神和独立探究的科学态度，激发学生的学习兴趣。例如，讲授热力学第二定律时，通过讨论理想气体等温过程中热功相等，明确“热功转换不可逆”性的内涵。

（4）案例式教学。为了能够将物理化学所学知识与应化、制药、能材等化学工程领域紧密结合起来，会采用与生活、化工生产相关的一些实例结合所讲授内容，提高学生的学习兴趣，加深理解。同时对于一些比较抽象的概念定义，多采用举例类比的方式，通过一些生活中常见的现象作类比帮助学生加深理解和记忆。

（5）问题探究式教学。为了避免学生被动式、机械式地接受新知识，会在每堂课中提出探究性的问题。学生在问题的解决过程中进行整理、完善、总结新学到的知识点，同时给以必要的启发、指导和帮助。这里应着重总结发现问题和解决问题的思路、方法，学生如果有不同的解法，可以进行比较，指出各自的优缺点。

（6）自主学习法。每章的教学过程中，布置1-3道思考题，让学生自主学习寻求答案，并以小组作业形式提交思考讨论结果，培养学生自主学习的能力、团队合作精神，锻炼学生的综合素质。

2.4 评价方式改革

2.4.1多元评价体系构建

传统的理论课程考核方式是闭卷考试，而课程成绩则由平时成绩（考勤成绩、课后习题成绩）和考试成绩两部分组成。考勤成绩一般由上课老师或班长通过点名方式获得，班级人数多时，就很浪费时间，也无法及时准确掌握学生到课情况；而课后习题答案学生可以轻松地在辅导书或网上搜到，仅凭课后习题已经无法反应其对知识掌握的程度，不能评判学生真实的学习效果，同时也无法解决“专业知识零散、视野窄；工程意识不足；创新思维、学科精神和科学方法训练不足；理论联系实际能力不足，不能做到学以致用”等问题。

为此，将评价方式在传统的“考勤+课后作业+期末考试”基础上，逐渐形成包括绘制思维导图[17]，撰写小组报告、课程论文[18]、文献研读报告、科研进展报告、思政小论文等多种形式在内的多元评价体系[19-21]。

（1）绘制思维导图：指导学生绘制思维导图，帮助学生把零散的专业知识系统化，构建系统的知识体系，做到融会贯通。

（2）撰写小组报告：课堂上组织学生对生产、生活中的典型案例和现象进行分析讨论，课后要求学生撰写小组报告，让学生从物理化学基本理论出发，对工程案例、生产/生活实际现象进行分析、讨论，解释宏观过程及其现象。让学生理论联系实际、融会贯通、学以致用，具备解决实际问题的能力和团队合作精神。

（3）完成课程论文：通过撰写课程论文，让学生对现有的物理化学概念、原理和方法进行批判性思考和综合分析，说明其成功与不足，应用条件及局限性，并提出个人观点和问题解决方案，培养其发现问题、解决问题能力、创新意识和团队合作精神。

（4）撰写文献研读报告、科研进展报告：学生可以通过互联网+形式获取与“物化知识点相关的发展历史、科学家生平及贡献、物化知识在科研中的体现和联系、相关研究热点、最新前沿知识”等内容相关的有效信息，并通过对文献资料的研读、分析和研究，分组撰写文献研读报告、科研进展报告，学会用科学语言论述问题能力，培养自主学习能力、科学精神和团队合作精神。

（5）撰写课程思政小论文：在课堂上讲解物理化学发展史、基本概念、定律时，融入课程思政理念，课后要求学生通过互联网获取相关信息，分组撰写课程思政小论文，帮助学生培养爱国情怀、奉献精神和科学精神，提高道德修养、环保意识和团队合作精神。

2.4.2课程成绩评定

课程成绩由平时成绩（50%）和期末考试成绩（50%）两部分组成。

平时成绩由考勤（10%）、雨课堂练习题（15%）、小组作业（15%）、课后作业（10%）构成，其中考勤、雨课堂练习题成绩由雨课堂后台提供，小组作业成绩由教师评分和小组互评成绩构成，课后作业成绩由教师批改作业给出个人成绩。

教师评分：分组完成的思维导图、小组报告、课程论文、文献研读报告、科研进展报告、思政小论文等项目作业由小组长按组提交给老师，根据小组完成情况，老师给出小组成绩。

小组互评：按照个人对小论文或小组报告等的贡献，小组成员互评，给出个人成绩，各组员的个人成绩平均分等于教师评分。

期末考试成绩：由教师批改给出个人成绩。

3　结束语

通过对物理化学课程的教学模式、教学内容、教学方法和评价方式的改革，从课前、课堂、课后三个学习阶段全方位地帮助学生形成系统的理论知识框架，掌握学科思维方式和解决问题的思路和方法，能够分析和提出问题，并对问题进行综合分析，提出解决问题的方案，并对方案的可行性和局限性进行评价，形成评判精神、创新意识和应用能力，培养学生的爱国情怀、奉献精神，提高道德修养、环保意识和团队合作精神。此种教学改革适应了四新背景下，“三新一高”对工程技术人才的新要求。

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Reform and Practice of Physical Chemistry Teaching under the Background of "Four New" Construction

Under the background of the "four new" construction, physical chemistry teaching adheres to the teaching philosophy of "student-centered and goal oriented", adopting a mixed Online and offline teaching mode that integrates rain classroom and three courses; with the goal of collaborative development of students' knowledge, abilities, and qualities, integrate teaching content into three major modules: basic knowledge, practical application, and content expansion; adopting suitable teaching methods for different teaching contents, and reforming the teaching evaluation form through drawing mind maps, writing group reports, course papers, literature research reports, etc., constructing a systematic knowledge system, cultivating students' self-learning ability, innovative consciousness, scientific thinking methods, and teamwork spirit.

physical chemistry; teaching reform; reform measures

G642

A

1008-1151(2023)07-0148-04

2022-08-29

西安理工大学教育教学改革研究项目“基于雨课堂的《物理化学》混合式教学模式探究”（xjy2052）；西安理工大学“课程思政”专题教学改革研究项目“纵向贯穿、横向覆盖、全面融合—制药工程专业系列思政课程体系建设”（xsz2002）。

余炜（1971—），女，陕西汉中人，西安理工大学理学院副教授，研究方向为应用化学。