張海波，劉海燕

(武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院，化學(xué)國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心( 武漢大學(xué))，湖北 武漢 430072)

2018年以來，為貫徹習(xí)近平總書記關(guān)于教育的重要論述和全國教育大會精神，落實(shí)新時代全國高校本科教育工作會議精神，積極響應(yīng)教育部一流本科課程“雙萬計(jì)劃”以及淘汰“水課”、打造“金課”的要求[1]。各大高校紛紛統(tǒng)籌規(guī)劃國家級和省級一流課程培育與建設(shè)，打造高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度“金課”，為實(shí)施高等教育質(zhì)量“變軌超車”奠定更為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。新形勢下，理工科公共基礎(chǔ)課教學(xué)模式面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[2]。

物理化學(xué)是從物質(zhì)的物理和化學(xué)現(xiàn)象的聯(lián)系入手來探求化學(xué)變化基本規(guī)律的一門科學(xué)[3]，主要研究和解決物質(zhì)狀態(tài)變化和化學(xué)變化的方向和限度、化學(xué)反應(yīng)的速率和機(jī)理、物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系等方面的問題，是我?；瘜W(xué)化工類及生物、環(huán)境和藥學(xué)等相關(guān)理工專業(yè)的主干課，對培養(yǎng)學(xué)生思維能力、實(shí)踐能力、分析問題及解決問題的能力具有重要的作用。武漢大學(xué)非化學(xué)專業(yè)本科生學(xué)習(xí)的是物理化學(xué)B(72學(xué)時)、物理化學(xué)C(54學(xué)時或48學(xué)時)和物理化學(xué)D(36學(xué)時)。使用的教材有兩種：一種是顏肖慈，羅明道，周曉海編寫的《物理化學(xué)》(武漢大學(xué)出版社，2004版)，該教材內(nèi)容是針對非化學(xué)專業(yè)的，但是內(nèi)容有些陳舊，部分需要刪減，學(xué)科最新發(fā)展需要增添；另一種是武漢大學(xué)物理化學(xué)教研組編寫的《物理化學(xué)》(武漢大學(xué)出版社，2010版)，該書內(nèi)容是針對化學(xué)專業(yè)編寫的，分上下冊，內(nèi)容龐雜，非化學(xué)專業(yè)使用顯得不合適。相對于化學(xué)專業(yè)144課時外加討論課來說，非化學(xué)專業(yè)學(xué)生課程的學(xué)時較短，要求教師在有限課時內(nèi)，讓學(xué)生掌握專業(yè)必需的物理化學(xué)基本理論和后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)相關(guān)的基本技能，在教學(xué)上需要突出物理化學(xué)與相關(guān)專業(yè)課程和應(yīng)用領(lǐng)域的滲透和聯(lián)系，使學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)和科研訓(xùn)練中能主動運(yùn)用物理化學(xué)的理論去思考和解決問題[4]。但由于該課程理論深邃、邏輯嚴(yán)密、概念抽象，所涵蓋的公式眾多，對化學(xué)、數(shù)學(xué)和物理等相關(guān)基礎(chǔ)要求較高，大多數(shù)學(xué)生感到掌握起來有一定難度，在課堂聽講時感到書上的理論知識枯燥無味，與專業(yè)聯(lián)系不密切，從而提不起學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致課堂教學(xué)質(zhì)量較差[5]，因而是學(xué)生普遍反映比較難學(xué)的一門課程。因此，為了改善教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，筆者在近幾年的教學(xué)中進(jìn)行了一些有益的嘗試，取得了一定的效果和積極的反饋，下面本文將結(jié)合如何合理提升學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度、增加課程難度、拓展課程深度，切實(shí)提高課程教學(xué)質(zhì)量，結(jié)合我校非化學(xué)專業(yè)物理化學(xué)課程教學(xué)進(jìn)行的幾點(diǎn)改革措施與大家進(jìn)行交流探討。

1 緊貼專業(yè)的教學(xué)目標(biāo)定位

物理化學(xué)課程的教學(xué)要緊密把握專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)定位。我校的非化學(xué)專業(yè)《物理化學(xué)》課程是為我校的生物、藥學(xué)、環(huán)境、動機(jī)等理工科類6個專業(yè)每屆約800多名學(xué)生開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，根據(jù)我校培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、高素質(zhì)、強(qiáng)能力”的創(chuàng)新型復(fù)合人才的本科教學(xué)目標(biāo)和致力于推行“三創(chuàng)”(創(chuàng)造、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè))教育的辦學(xué)特色[6]。相關(guān)專業(yè)學(xué)生需要比較扎實(shí)的理論化學(xué)知識和較廣泛的知識層面的目標(biāo)要求，本課程教學(xué)目標(biāo)定位于使開設(shè)《物理化學(xué)》課程專業(yè)的學(xué)生，通過本課程的學(xué)習(xí)，了解化學(xué)現(xiàn)象和物理現(xiàn)象的內(nèi)在關(guān)系，牢固掌握物質(zhì)化學(xué)變化的基本規(guī)律和物理化學(xué)原理以及其行為條件與相關(guān)的理論計(jì)算方法。同時使學(xué)生獲得物理化學(xué)的研究方法訓(xùn)練和邏輯能力的培養(yǎng)，提高發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，尤其是與專業(yè)相關(guān)的物理化學(xué)原理和應(yīng)用，為其后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的化學(xué)理論基礎(chǔ)。針對本課程面向我校不同專業(yè)及其專業(yè)課程需求的情況，課程授課內(nèi)容分為兩個層次，并制定了相關(guān)的大綱及基本要求。第一層次面向環(huán)境工程和給動力機(jī)械等工科專業(yè)，要求較全面掌握物理化學(xué)課所涉及內(nèi)容的基本概念、基本知識和基本原理以及其應(yīng)用相關(guān)領(lǐng)域研究進(jìn)展新動態(tài)，夯實(shí)牢固專業(yè)應(yīng)用的化學(xué)理論基礎(chǔ)。第二層次面向生物類，醫(yī)學(xué)，藥學(xué)等專業(yè)，課程授課內(nèi)容除了加強(qiáng)基本概念、基礎(chǔ)理論外，重點(diǎn)在于化學(xué)熱力學(xué)和反應(yīng)動力學(xué)、膠體與表面化學(xué)理論及其應(yīng)用和最新進(jìn)展，以適應(yīng)其專業(yè)學(xué)習(xí)知識和應(yīng)用的需要，提高其從化學(xué)角度出發(fā)的跨學(xué)科復(fù)合的解決問題能力。

2 針對性強(qiáng)的課程設(shè)置

針對我校目前非化學(xué)專業(yè)物理化學(xué)教材不統(tǒng)一，內(nèi)容不合適等問題。我們將非化學(xué)專業(yè)物理化學(xué)課程設(shè)置從原來的物理化學(xué)B(72學(xué)時)，物理化學(xué)C(54學(xué)時或48學(xué)時)，物理化學(xué)D(36學(xué)時)改為為物理化學(xué)B(4學(xué)分，72學(xué)時，環(huán)境工程，給排水，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較好)和物理化學(xué)C(3學(xué)分，48學(xué)時，生物，醫(yī)學(xué)，藥學(xué)等)，編寫全新的教學(xué)大綱。結(jié)合培養(yǎng)單位的需求，將給排水專業(yè)的課時從原來的54學(xué)時增加到72學(xué)時，將藥學(xué)專業(yè)的課時從36課時增加至48學(xué)時。課時更加合理，有利于增加相關(guān)內(nèi)容和知識點(diǎn)，注意結(jié)合物理化學(xué)學(xué)科發(fā)展史及其典型成果應(yīng)用和研究發(fā)展動態(tài)講授課程內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和勇于進(jìn)取的精神。并在講授內(nèi)容上結(jié)合專業(yè)特色有所側(cè)重，突出重點(diǎn)，穿插生動實(shí)例和視頻。在教學(xué)過程中，根據(jù)不同專業(yè)的需要可以做到因材施教，使不同層次、不同類型的學(xué)生都得到充分的個性發(fā)展。以環(huán)境專業(yè)為例，物理化學(xué)中的溶液、相平衡、表面現(xiàn)象等內(nèi)容可以和環(huán)境專業(yè)相關(guān)的水化學(xué)、水污染等內(nèi)容融合，結(jié)合后續(xù)課程的專業(yè)特點(diǎn)，重點(diǎn)強(qiáng)化溶液、膠體化學(xué)、表面現(xiàn)象、水污染化學(xué)等教學(xué)內(nèi)容。在課時安排上，結(jié)合課程特色和專業(yè)需求各有側(cè)重。具體教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時分配見表1。

表1 教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時分配表Table 1 The allocation of teaching period

3 側(cè)重性的內(nèi)容講授

物理化學(xué)主要內(nèi)容包括：①熱力學(xué)第一定律：能量計(jì)算，包括一些物理過程和化學(xué)變化的熱力學(xué)函數(shù)計(jì)算。②熱力學(xué)第二定律：化學(xué)反應(yīng)方向和極限的判斷，即物理變化和化學(xué)變化中熵變和吉布斯自由能變化的計(jì)算；化學(xué)平衡及其影響因素。③化學(xué)動力學(xué)：化學(xué)反應(yīng)的速率和機(jī)理以及影響速率的因素，主要包括質(zhì)量作用定律、阿累尼烏斯方程及相關(guān)的基本概念。電化學(xué)，表面化學(xué)，膠體化學(xué)等其他章節(jié)均是熱力學(xué)在具體領(lǐng)域的應(yīng)用。由此可見化學(xué)熱力學(xué)在整個課程中的重要性。在課時安排上，我們對前兩章內(nèi)容有所偏重，要求教師講細(xì)講透，加強(qiáng)討論和練習(xí)，為后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。例如，在討論熵的概念時，通過播放“熵，萬物終將歸于死寂？”等短視頻引出熵是什么的討論。有的學(xué)生提出熵和溫度一樣，也是一種系統(tǒng)熱運(yùn)動激烈程度的量度；有的學(xué)生提出熵是系統(tǒng)混亂度的體現(xiàn)。有的學(xué)生還查閱了信息熵、經(jīng)濟(jì)熵等資料，拿來和熱力學(xué)熵進(jìn)行對比。課后進(jìn)行分組討論，小組同學(xué)共同撰寫并提交討論記錄和總結(jié)。教師對正確的觀點(diǎn)給予肯定；而對錯誤的觀點(diǎn)則進(jìn)行修正；尤其對提出獨(dú)特見解的學(xué)生給予特別鼓勵。

物理化學(xué)在非化學(xué)學(xué)科中的應(yīng)用側(cè)重點(diǎn)也不盡相同，后續(xù)章節(jié)則結(jié)合其專業(yè)特色略有不同。環(huán)境工程在電化學(xué)和化學(xué)動力學(xué)增加課時，生物醫(yī)藥則在膠體與表面化學(xué)增加課時。同時注意結(jié)合物理化學(xué)學(xué)科發(fā)展史及其在相應(yīng)學(xué)科的典型應(yīng)用成果，尤其融合材料科學(xué)和納米科學(xué)等最新動態(tài)來講授相關(guān)課程內(nèi)容。比如對于環(huán)境工程專業(yè)，介紹電化學(xué)技術(shù)分解污染物，納米材料在VOCs的吸附和處理中的應(yīng)用等實(shí)例；對于藥學(xué)專業(yè)，介紹中藥材超臨界萃取和藥物控釋靶向治療；對于生物專業(yè)，介紹分子自組裝，仿生學(xué)和酶催化等。

4 靈活多樣的課堂組織

由于物理化學(xué)知識點(diǎn)多且難于理解，采用多種靈活多樣的教學(xué)方式有助于增強(qiáng)課堂感染力和內(nèi)容生動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并有利于師生間的互動[7]。我們采用增加課堂隨機(jī)測試來提高學(xué)生積極性；播放相關(guān)視頻(比如記錄片“我們需要化學(xué)”)，讓學(xué)生結(jié)合課程內(nèi)容進(jìn)行討論，使課堂更生動活躍。部分章節(jié)(比如表面現(xiàn)象和膠體化學(xué))讓學(xué)生分組討論制作課件，翻轉(zhuǎn)課堂，增加學(xué)生參與感；增加討論和提問時間，針對重要的知識難點(diǎn)，教師先向?qū)W生提出問題，鼓勵學(xué)生討論，啟發(fā)學(xué)生思考，引導(dǎo)學(xué)生回答，然后再根據(jù)學(xué)生的回答，展開知識點(diǎn)。這樣課堂上既有講授，也有討論，讓學(xué)生領(lǐng)會物理化學(xué)的學(xué)習(xí)方法，對于相關(guān)知識的應(yīng)用大有裨益[8]。我們還將一些有關(guān)社會上相關(guān)熱點(diǎn)問題的資料給學(xué)生交流。如講授熱力學(xué)第二定律時，將現(xiàn)在新能源鋰離子電池的容量和安全結(jié)合能量的轉(zhuǎn)換規(guī)律進(jìn)行討論；在膠體和表面化學(xué)時，結(jié)合社會上有爭議的有關(guān)化妝品是否對人體有危害的問題，天然化妝品是否真正天然等進(jìn)行討論。通過這些大家關(guān)心的實(shí)際問題進(jìn)行探討和研究，學(xué)生對物理化學(xué)的地位和應(yīng)用的認(rèn)識，并提升了對課程學(xué)習(xí)的興趣。

同時我們將實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論課有機(jī)結(jié)合進(jìn)行統(tǒng)籌安排。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)對于深入理解和牢固掌握物理化學(xué)的理論有著重要的作用[9]，我們打破傳統(tǒng)按知識點(diǎn)設(shè)置實(shí)驗(yàn)的模式，而是按照基礎(chǔ)、專業(yè)應(yīng)用和綜合素質(zhì)培養(yǎng)精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以開放的形式開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，允許學(xué)生周末來參加物理化學(xué)開放實(shí)驗(yàn)，充分調(diào)動學(xué)生的實(shí)踐求知的能動性。同時鼓勵理論課教師參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對理論課的重點(diǎn)難點(diǎn)掌握，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的實(shí)踐能力。

5 全過程的綜合考核模式

考核模式包括平時成績(20%)、期中考試(20%)、課程論文(10%)和期末考試(50%)四部分。平時成績包括10次左右的課堂隨機(jī)測試、課后練習(xí)作業(yè)、學(xué)生自己整理一份期中考試、課堂討論表現(xiàn)和翻轉(zhuǎn)課堂課件制作和授課情況；課程論文要求撰寫不少于3000字的論文，介紹物理化學(xué)在本學(xué)科中的應(yīng)用，要求學(xué)生查閱最新資料，抓住一兩個應(yīng)用深入探討。這種全過程考核模式能夠更真實(shí)地評價學(xué)生的表現(xiàn)，避免了以往突擊一周就能獲得高分的情況，讓學(xué)生明白學(xué)好物理化學(xué)，可以準(zhǔn)確認(rèn)識自己專業(yè)所涉及現(xiàn)象的產(chǎn)生原因、能夠提供解決專業(yè)問題的實(shí)用思路和方法，體現(xiàn)了物理化學(xué)課程設(shè)置的價值所在。以環(huán)境工程專業(yè)為例，該專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真，上課幾乎全勤，遲到早退現(xiàn)象基本沒有。課后討論熱烈，經(jīng)常發(fā)郵件或者微信討論課程疑問。2016級(39人)成績分布為100-90分3人；90-80分8人；80-70分18人；70-60分10人；60分以下無；2017級(42人)成績分布為：100-90分4人；90-80分20人；80-70分18人；70-60分: 2人；60分以下無。期末考試成績均成正態(tài)分布，合格率也高于同類課程。學(xué)生在翻轉(zhuǎn)課堂活動中，積極參與，表現(xiàn)出色，PPT制作精良，講授精煉，討論激烈，既加深了對課程內(nèi)容的把握，也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。結(jié)課后依然后有同學(xué)來咨詢科研上遇到的與物理化學(xué)相關(guān)的內(nèi)容。

6 結(jié) 語

盡管物理化學(xué)一向被認(rèn)為是最難學(xué)的化學(xué)課程，但教法得當(dāng)，用心安排，通過豐富教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)等手段，改善教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生仍然可以學(xué)好并能夠在將來的實(shí)際科研工作中學(xué)以致用。這些措施也提高了我校非化學(xué)專業(yè)《物理化學(xué)》課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)了不同專業(yè)學(xué)生的綜合素質(zhì)和學(xué)科交叉意識，進(jìn)一步促進(jìn)了教學(xué)效果的提高。

通過幾年的實(shí)踐，我們也感到些許不足之處。如何平衡教學(xué)和科研，合理更新課本內(nèi)容，讓更多優(yōu)秀的教師走進(jìn)課堂，讓更多更新的科研成果走進(jìn)課堂。如何在較短的授課時間內(nèi)，探索和提升本課程的授課理念和方式，讓學(xué)生深入把握物理化學(xué)的本質(zhì)，避免淪為水課，努力達(dá)到高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度“金課”標(biāo)準(zhǔn)；如何進(jìn)一步加強(qiáng)互動，針對本學(xué)科特色有選擇性進(jìn)行相關(guān)知識的拓展和加深，引入更多信息以激發(fā)學(xué)生的興趣；如何提升學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，讓學(xué)生學(xué)會用物理化學(xué)的基本理念和思維方式，而不是僅僅會做習(xí)題和考試。這些也將是非化學(xué)專業(yè)物理化學(xué)課程持之以恒的改革方向。