“四新”建設背景下的物理化學教學改革與實踐

余　煒　楊　蓉　屈麗娜　鄒一鳴　樊　花　

“四新”建設背景下的物理化學教學改革與實踐

余煒1楊蓉2屈麗娜3鄒一鳴1樊花1

（1.西安理工大學理學院，陜西 西安 710048；2.西安理工大學材科學與工程學院，陜西 西安 710048；3.西安理工大學保密辦公室，陜西 西安 710048）

在“四新”建設背景下，物理化學教學秉承“以學生為中心，以目標為導向”的教學理念，采用雨課堂與三課融合的線上線下混合式教學模式；以學生的“知識、能力、素質”協同發展為目標，把教學內容整合成基礎知識、實際應用、內容拓展三大模塊；針對不同的教學內容采用適用的教學方法，并通過繪制思維導圖、撰寫小組報告、課程論文、文獻研讀報告等形式對教學評價形式進行改革，構建系統的知識體系，培養學生的自學能力、創新意識、科學思維方法和團隊協作精神。

物理化學；教學改革；改革措施

引言

新時代高等教育發展必須適應“三新一高”要求，即“立足新發展階段、貫徹新發展理念、構建新發展格局、推動高質量發展”[1]。2016年全國高校思想政治工作會議提出“落實立德樹人根本任務，必須將價值塑造、知識傳授和能力培養三者融為一體、不可割裂”[2]。2017年國家教育部正式推出新工科建設計劃[3,4]；2018年起全面推出新工科、新農科、新醫科、新文科，實施“四新”建設[5]；2021年習近平總書記在清華大學考察時強調，要用好學科交叉融合的“催化劑”，加強基礎學科培養能力，打破學科專業壁壘，對現有學科專業體系進行調整升級，瞄準科技前沿和關鍵領域，推進新工科、新醫科、新農科、新文科建設，加快培養緊缺人才[6]。在“四新”建設背景下，秉承“以學生為中心，以目標為導向”的教學理念[7,8]，深入開展了物理化學課程創新設計與教學方法改革。

1 課程簡介及學情分析

物理化學是用物理學的原理和實驗方法來研究化學變化普遍規律的學科，被譽為“化學中的哲學”，是化學、化工、能源、材料、環境、冶金、地質、農林、醫藥等諸多專業的必修骨干課程，在人才培養方案中處于核心地位。

物理化學是西安理工大學應用化學、制藥工程、新能源材料與器件等專業的核心專業基礎課，有80學時，開課學期為大二下學期。學生前期已修過高等數學、無機化學、大學物理、有機化學等課程，具備相應的預備知識，為后續的化工原理、工業催化、材料化學等課程的學習奠定理論基礎。

大二的學生已經具有一定的知識儲備和思考、解決問題的能力，但仍存在以下五方面不足：（1）由于學時限制，導致該課程內容的深度、廣度不足，學生只局限于教材內容的學習，視野窄；（2）學生自主學習積極性不足，再加上物理化學中有很多抽象的概念與定理、難記的公式，導致學生只是忙于應付作業，所學知識零散；（3）學生過分注重知識的接收與學習，學科相關的思想、科學方法訓練不足；（4）學生接觸不到最新的研究成果，創新思維、意識、學科精神訓練不足；（5）學生工程意識與能力、聯系實際能力不足，不能做到學以致用。

針對物理化學的課程特點和學生具體情況，對物理化學課程的教學模式、教學內容、教學方法和評價體系進行改革創新，教學策略是以學生為中心，開展引領式學習。

2　課程改革措施

2.1　教學模式改革：利用現代教育技術，實現線上、線下混合教學模式

采用智慧教學工具“雨課堂”與“三課”（優質的微課視頻、網絡慕課[9]等互聯網資源以及翻轉課堂，以下稱為“三課”）相融合，將傳統的單一課堂教學變為“基本概念、易理解和應用性較強的內容進行線上教學；知識脈絡、重點難點、拓展內容進行線下教學”線上、線下混合式教學模式，具體做法如下：

（1）課前導學，了解學情。課前通過雨課堂布置預習任務，將預習課件（包括基本概念、易理解和應用性較強的內容）、相關自測題和慕課視頻等預習資料推送給學生，讓學生充分利用MOOC平臺優質學習資源和雨課堂預習課件，進行自主學習，并通過雨課堂自測題對學習效果進行檢測，讓教師課前了解學情，在上課時做到心中有數，從而實現精準教學。

（2）課堂教學，探究深化。①對于重、難知識點的講解，采用問題引導的方式，進行啟發式教學，學生可以通過雨課堂進行實時答題和彈幕討論，不但可以使學生注意力高度集中，增強學生參與感和主動學習的積極性，還可以夯實專業基礎知識，培養專業素養；②在講解定律和概念時，通過講解其發展歷史和學科現狀、介紹最新前沿知識，使學生了解其發展趨勢和需要解決的關鍵科學問題，可以拓展知識面，培養科學思維能力和創新意識；③通過典型案例的分析討論，幫助學生理論聯系實際，培養學生融會貫通、學以致用，具備解決實際問題的能力；④組織學生分組研討前沿科研文獻[10]，拓寬學生視野，培養學生的創新意識[11]、科學精神及其團結協作精神；⑤在講解物理化學發展史、基本概念、定律時，融入課程思政理念，幫助學生培養愛國情懷、奉獻精神和科學精神，提高道德修養、環保意識。

（3）課后輔導，鞏固提升。①指導學生繪制思維導圖，構建系統的知識體系。幫助學生理清知識脈絡，對物理化學的概念、原理和方法進行歸類、分析、對比并建立相互聯系，使學生的零散知識系統化，形成系統的知識框架，鞏固提升專業知識。②把各章節的復習課、習題課、典型題精講、學生作業點評等錄制成微課小視頻，通過雨課堂推送給學生，幫助學生利用課余時間鞏固專業知識。③組織學生完成小組作業、撰寫小組報告和課程論文，培養創新意識和團隊合作精神。使學生能夠從科學研究和生產、生活中發現科學現象，提出科學問題，利用物理化學原理和方法進行解釋、研究、分析和判斷，培養學生發現問題的能力和團隊合作精神。④組織學生撰寫文獻研讀報告[12]、科研進展報告，了解學科現狀和最新前沿知識，培養學生用科學語言論述問題的能力和團隊合作精神。⑤組織學生分組撰寫課程思政小論文，培養學生愛國情懷、科學精神和團隊合作精神。

采用“雨課堂”與“三課”相融合方式，進行物理化學課的線上、線下混合式教學，并通過“課前測、隨堂練、課后鞏固提升”三個教學階段，在基礎、提高、應用、創新四個層次上，將物理化學的理論知識與生產實踐、科學前沿、課程思政相融合，突出課程的“應用性”和“科學性”，并以學生為中心，實現價值塑造、能力培養、知識傳授三位一體的人才培養模式[2]。

2.2 教學內容改革：規劃教學內容，采用“三模塊”教學模式

教學內容改革創新，就是要不斷更新教學內容，拓展已有原理的創新應用，適時引入適合本科教學的新概念、新原理和新方法，使課程教學與科研和應用前沿對接[13,14]。圍繞人才培養的“知識、能力、素質”三大目標，為將“專業教育”與“思政教育、創新創業教育、信息素養教育”有效融合[15,16]，將物理化學教學內容進行了重新梳理，規劃成三大模塊：

（1）基礎知識模塊。這一模塊就是物理化學的基本知識點，是教學中心，它包括物理化學的概念、原理和公式等基礎知識和基本原理。通過這一模塊的學習，可以夯實學生的專業基礎知識，培養學生的專業知識和技能，即專業素養，對應畢業要求的知識目標。

（2）實際應用模塊。這一模塊是物化專業知識點的外延，它包括專業課程中的延伸、物化原理在工程上的應用，物化理論和化工生產、生活實際的聯系。通過這一模塊的學習，使學生能夠從科學研究和生產、生活中發現科學現象，提出科學問題，利用物理化學原理和方法進行解釋、研究、分析和判斷。培養學生的工程意識，訓練其理論聯系實際能力，做到學以致用，對應畢業要求的能力目標。

（3）內容拓展模塊。這一模塊是物化專業知識點的擴展，包括與知識點相關的發展歷史、科學家生平及貢獻；歸納和演繹的科學方法；物化知識在科研中的體現和聯系；相關研究熱點、最新前沿知識介紹等內容，并在這一模塊深度融入思政元素，通過這一模塊的學習，培養學生的科學精神、創新思維，對應畢業要求的素質目標。

教學內容進行了重新整合規劃后，將基本概念、易理解和應用性較強的內容安排學生利用課余時間通過雨課堂、中國大學MOOC平臺自學自測，節約出來的課時用于詳解知識脈絡、重點難點及進行翻轉課堂、案例分析、分組討論等形式的教學活動，以此培養學生的自學能力、分析解決實際問題能力、創新能力和語言表達能力。

2.3 教學方法改革：針對不同教學內容，采用相應教學方法

為提高教學質量和效果，保證學生“知識、能力、素質”協同發展，針對不同的教學內容采用不同的教學方法，物理化學教學過程中常采用以下幾種教學方法。

（1）講授式教學。通過簡明、生動、通俗易懂的口頭語言向學生傳授知識，著重培養學生的學科思維。物理化學課程中公式推導多，在論證定理和公式時，通常采用講授式的教學方式，同時注重引導學生分析和認識問題。

（2）演示式教學。通過展示實物、網絡上的視頻實例等，讓學生通過直接觀察獲取感性認識。例如，播放水沸騰和爆沸的視頻，讓學生了解可逆和不可逆相變化。

（3）任務驅動式教學。設計探究性的學習任務，組織學生以小組為單位，進行探究學習并完成任務，從而獲得或鞏固知識。著重培養學生分析問題和解決問題的能力、合作精神和獨立探究的科學態度，激發學生的學習興趣。例如，講授熱力學第二定律時，通過討論理想氣體等溫過程中熱功相等，明確“熱功轉換不可逆”性的內涵。

（4）案例式教學。為了能夠將物理化學所學知識與應化、制藥、能材等化學工程領域緊密結合起來，會采用與生活、化工生產相關的一些實例結合所講授內容，提高學生的學習興趣，加深理解。同時對于一些比較抽象的概念定義，多采用舉例類比的方式，通過一些生活中常見的現象作類比幫助學生加深理解和記憶。

（5）問題探究式教學。為了避免學生被動式、機械式地接受新知識，會在每堂課中提出探究性的問題。學生在問題的解決過程中進行整理、完善、總結新學到的知識點，同時給以必要的啟發、指導和幫助。這里應著重總結發現問題和解決問題的思路、方法，學生如果有不同的解法，可以進行比較，指出各自的優缺點。

（6）自主學習法。每章的教學過程中，布置1-3道思考題，讓學生自主學習尋求答案，并以小組作業形式提交思考討論結果，培養學生自主學習的能力、團隊合作精神，鍛煉學生的綜合素質。

2.4 評價方式改革

2.4.1多元評價體系構建

傳統的理論課程考核方式是閉卷考試，而課程成績則由平時成績（考勤成績、課后習題成績）和考試成績兩部分組成?？记诔煽円话阌缮险n老師或班長通過點名方式獲得，班級人數多時，就很浪費時間，也無法及時準確掌握學生到課情況；而課后習題答案學生可以輕松地在輔導書或網上搜到，僅憑課后習題已經無法反應其對知識掌握的程度，不能評判學生真實的學習效果，同時也無法解決“專業知識零散、視野窄；工程意識不足；創新思維、學科精神和科學方法訓練不足；理論聯系實際能力不足，不能做到學以致用”等問題。

為此，將評價方式在傳統的“考勤+課后作業+期末考試”基礎上，逐漸形成包括繪制思維導圖[17]，撰寫小組報告、課程論文[18]、文獻研讀報告、科研進展報告、思政小論文等多種形式在內的多元評價體系[19-21]。

（1）繪制思維導圖：指導學生繪制思維導圖，幫助學生把零散的專業知識系統化，構建系統的知識體系，做到融會貫通。

（2）撰寫小組報告：課堂上組織學生對生產、生活中的典型案例和現象進行分析討論，課后要求學生撰寫小組報告，讓學生從物理化學基本理論出發，對工程案例、生產/生活實際現象進行分析、討論，解釋宏觀過程及其現象。讓學生理論聯系實際、融會貫通、學以致用，具備解決實際問題的能力和團隊合作精神。

（3）完成課程論文：通過撰寫課程論文，讓學生對現有的物理化學概念、原理和方法進行批判性思考和綜合分析，說明其成功與不足，應用條件及局限性，并提出個人觀點和問題解決方案，培養其發現問題、解決問題能力、創新意識和團隊合作精神。

（4）撰寫文獻研讀報告、科研進展報告：學生可以通過互聯網+形式獲取與“物化知識點相關的發展歷史、科學家生平及貢獻、物化知識在科研中的體現和聯系、相關研究熱點、最新前沿知識”等內容相關的有效信息，并通過對文獻資料的研讀、分析和研究，分組撰寫文獻研讀報告、科研進展報告，學會用科學語言論述問題能力，培養自主學習能力、科學精神和團隊合作精神。

（5）撰寫課程思政小論文：在課堂上講解物理化學發展史、基本概念、定律時，融入課程思政理念，課后要求學生通過互聯網獲取相關信息，分組撰寫課程思政小論文，幫助學生培養愛國情懷、奉獻精神和科學精神，提高道德修養、環保意識和團隊合作精神。

2.4.2課程成績評定

課程成績由平時成績（50%）和期末考試成績（50%）兩部分組成。

平時成績由考勤（10%）、雨課堂練習題（15%）、小組作業（15%）、課后作業（10%）構成，其中考勤、雨課堂練習題成績由雨課堂后臺提供，小組作業成績由教師評分和小組互評成績構成，課后作業成績由教師批改作業給出個人成績。

教師評分：分組完成的思維導圖、小組報告、課程論文、文獻研讀報告、科研進展報告、思政小論文等項目作業由小組長按組提交給老師，根據小組完成情況，老師給出小組成績。

小組互評：按照個人對小論文或小組報告等的貢獻，小組成員互評，給出個人成績，各組員的個人成績平均分等于教師評分。

期末考試成績：由教師批改給出個人成績。

3　結束語

通過對物理化學課程的教學模式、教學內容、教學方法和評價方式的改革，從課前、課堂、課后三個學習階段全方位地幫助學生形成系統的理論知識框架，掌握學科思維方式和解決問題的思路和方法，能夠分析和提出問題，并對問題進行綜合分析，提出解決問題的方案，并對方案的可行性和局限性進行評價，形成評判精神、創新意識和應用能力，培養學生的愛國情懷、奉獻精神，提高道德修養、環保意識和團隊合作精神。此種教學改革適應了四新背景下，“三新一高”對工程技術人才的新要求。

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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

西安理工大學教育教學改革研究項目“基于雨課堂的《物理化學》混合式教學模式探究”（xjy2052）；西安理工大學“課程思政”專題教學改革研究項目“縱向貫穿、橫向覆蓋、全面融合—制藥工程專業系列思政課程體系建設”（xsz2002）。

余煒（1971—），女，陜西漢中人，西安理工大學理學院副教授，研究方向為應用化學。