教學“新基建”背景下物理化學課程改革探索

王偉濤 陳香李 何珍紅 王歡

摘? 要：物理化學是化學化工類專業必修的基礎理論課程之一，其教學內容理論性強，概念抽象。傳統的授課僅是圍繞物理化學教材內容，沒有將物理化學課程的基礎理論性、實踐應用性、高階挑戰性及思政育人形成完整授課體系，難以適應新時代發展需求。在教學“新基建”背景下，該文針對物理化學課程授課中存在的問題，從課程內容、課程實驗、教學方法和思政協同育人等方面入手，探討課程“新基建”的建設方案，提出“基礎性、實踐性、高階性、思政育人”的“四位一體”的物理化學課程建設方案，對物理化學及其他課程的改革提供一定的借鑒作用。

關鍵詞：物理化學；教學“新基建”；教學改革；協同育人；四位一體

中圖分類號：G640? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）02-0139-04

Abstract： Physical Chemistry is one of the basic theoretical courses for chemical engineering majors. Its teaching content is theoretical and abstract. The traditional teaching only focuses on the content of the textbooks， and does not form a complete teaching system for the basic theory， practical application， high-level challenge， ideological and political education of Physical Chemistry， which is difficult to meet the development needs of the new era. Under the background of "new infrastructure construction" in teaching， this paper discusses the "new infrastructure construction" proposal of the course from the aspects of course content， course experiment， teaching methods and ideological and political collaborative education， on basis of the problems existing in the teaching of Physical Chemistry. The "four in one" physical chemistry course construction scheme of "basic， practical， high-level and ideological and political education" was proposed. This provides a certain reference for the reform of Physical Chemistry and other courses.

Keywords： Physical Chemistry; new infrastructure construction in teaching; teaching reform; collaborative education; quaternity

中國教育正在由高速發展轉向高質量發展。高質量人才的培養是高等教育高質量的根本和核心。教育部高等教育司原司長吳巖同志指出，課程作為人才培養的四項“新基建”（專業、課程、教材、技術）之一，是人才培養的核心要素；課程是教育中最微觀的問題，但是解決的是教育的根本問題，教學改革改到深處就是課程。只有把課程建好建強，才能真正使提升人才培養質量得到最根本、最堅實的保障。

物理化學主要是應用物理原理和數學工具來探討化學運動中最具有普遍性的基本規律，因此其研究對象、知識結構，尤其采用的研究方法不同于學生以前學習的大學物理、高等數學、無機及分析化學等課程。物理化學課程是化工類的基礎必修課，也是環境、食品、制藥、生物、地質和材料等學科的理論基礎必修課；在化學（化工類）課程體系中處于樞紐地位[1]，上承基礎課程，下接相關專業的專業課程。物理化學課程在本科人才培養過程中的作用不僅是為其他課程服務打好基礎，同時具有培養創新能力的功能[2]，具有極為重要的戰略地位[3]。在教學“新基建”背景下，物理化學課程不再是單獨的一門課程，應該是包含多方面的課程體系，需要將價值塑造、知識傳授和能力培養緊密融合[4]。因此，本文針對物理化學授課過程中存在的問題，結合陜西科技大學物理化學課程建設情況，提出“基礎性、實踐性、高階性、思政育人”四個方面統一在物理化學課程體系中的“四位一體”課程建設方案，以實現人才的高質量培養。

一? 物理化學授課過程中存在的問題

物理化學具有概念抽象、公式繁多、應用復雜等特點，如何通過課程的學習實現學生創新能力和實踐能力的培養，建立科學的思維方式和邏輯推導能力是物理化學課程關注的重點和難點，在授課過程中具體表現在以下三個方面。

第一，物理化學課程理論性強，導致學生在學習過程中理解困難。在熱力學三大定律的章節中，特別是熱力學第二定律的理解較為抽象，同時不同的公式對應附帶有不同的使用條件，容易使學生產生畏難的情緒。

第二，由于課時有限，針對物理化學的實際生活和生產實例應用及相關課外知識的擴展不足，不能將物理化學知識靈活轉化為解決實際問題的能力；物理化學課程的傳統內容不能針對實際應用提高課程知識的高階性和挑戰性，導致學生的創新能力和實踐能力不足，不能應用物理化學的基本理論和知識來解決復雜工程問題。

第三，單純的課堂授課很難使得學生理解，授課方式亟需改革。物理化學為化學類專業基礎課程，陜西科技大學的物理化學課程針對化工大類的五個學院開設，一般是大班上課，難以實現針對學生的授課個性化需求；同時，學習交流平臺的缺失，不能實現個性化的學習，導致教學效果不理想的問題長期存在。

二? “四位一體”物理化學課程體系的構建

針對以上問題，通過課程內容、課程實驗、教學方法和思政協同育人等方面的改革和實踐，構建理論課程、實踐課程、課外提升、課程思政等方面完整的物理化學多層次梯度課程體系。如圖1所示。

（一）? 線上-線下教學資源的建設和教學模式實踐，貫徹過程化考核，保障人才具有堅實知識基礎

建立物理化學和物理化學實驗課程的在線教學視頻、教學資料、教學題庫等，并分別在“學銀在線”和“學習通”平臺實現上線教學，物理化學已經完成了三期在線同步教學。在線課程視頻以知識點作為課程內容，單個授課視頻在5～15 min，能夠使學生最大限度集中精神在知識點的學習上；同時可以使學生針對知識點進行個性化的學習。利用線上資源講授基礎知識概念和重點，通過對學習過程的監測，發現學生學習過程中存在的難點、易錯點；實現個性化跟蹤指導。在線課程平臺能夠實時跟蹤學生學習時間段、學習完成情況、習題完成情況及課程討論完成情況，能夠及時發現學習過程中的問題，在線下進行面對面有針對性地講解學生易錯點、難點，提高課程授課的針對性和有效性。線下課堂面授課，開展翻轉課堂授課，培養獨立思考能力。學生在線上完成基礎的課程知識學習后，在課堂面授課中就可以有效開展翻轉課堂，發掘學生在相關知識點的理解深度和理解難點，同時能夠培養學生獨立創新的思考能力。同時，線上課程能夠跟蹤學習的各個環節，從而能夠監控各個教學環節和教學知識點的掌握情況，從而有利于教師優化教學過程管理，提高教學質量，提升教師業務水平。

將過程化考核引入課程學習效果的評價中，在課堂前通過在線視頻自學和發放討論案例，促使學生在課前自主學習并發現自身的學習難點；在課堂上重點講授易錯點和難點，并啟發討論案例；在課后發放課堂知識測驗題和課外拓展知識等，鞏固所學知識。例如，過程化考核包括：課前的視頻預習和討論話題、課堂中的習題測驗、課后的習題和討論話題、期中測驗和課堂筆記等，從而實現“課堂前、課堂中、課堂后”全過程覆蓋物理化學學習。對物理化學實踐教學，將物理化學實驗學習分為“實驗前-實驗中-實驗后”三個階段。對每一個實驗項目中所訓練的實驗能力，針對性地設計了實驗目的、預習要求、知識準備、實驗操作、注意事項和實驗思考等環節，有效地將實驗的線上和線下環節有機結合起來，形成完美的融合和互補，解決了物理化學實驗預習不到位、實驗操作不準確、實驗安全不注意和實驗思考不深入等問題。線上考核和線下考核的融合考核方式，能夠促進全體學生參與到教學的各環節中，提高教學活動的參與性，從而促進學習的興趣和積極性。

（二）? 課程內容更新、虛擬仿真實驗、課外知識擴展的建設，提供知識學習的高階性和挑戰性，提升創新能力培養

教學科研相互促進，以科研的思維去探索和發現課程內容在最新更新和應用，并及時引入課程內容中，促使學生能夠及時掌握最新的相關科學知識，激發學習和對科研的興趣，刺激學生繼續深造的愿望。筆者就通過科研的思維探索物理化學課程中的知識難點，發表了《由反應速率方程推測反應機理的經驗規則》《彎曲表面附加壓強基本公式及其應用舉例》《固體在液相中吸附熱力學參數計算介紹》等教學文章[5-7]，拓展相關的知識點，提升了知識的認識深度。筆者同時將物理化學知識應用在科研中獲得科研最新成果，反哺教學。例如，將連續反應的動力學知識應用在苯直接氧化制備苯酚的反應中，獲得其連續反應的動力學參數[8]；將吸附熱量的測定應用于吸附強弱的判斷[9]，并將吸附的強弱和催化反應的選擇性活性關聯[10]；通過反應過程的熱動力學研究，確定反應的級數，并結合量化計算確定反應機理[11]；等等。將這些科研實例又應用于課堂教學中，提升學生對物理化學知識的深入認識，激發學生的科研熱情。

通過虛擬仿真實驗的建設，能夠在虛擬仿真條件下實現物理化學中涉及大型儀器的實驗，更能夠實現對解決復雜工程問題的實踐應用；通過線上虛擬實驗可以實現隨時隨地進行物理化學實驗的在線虛擬操作。通過建立虛擬仿真實驗“納米材料溶解焓的測定計算及與粒徑關系的分析”，通過構建熱力學循環，利用微量熱儀實現不同粒徑納米材料的摩爾生成焓的測定，不僅能夠使學生充分理解熱力學循環的構建及應用，掌握微量熱儀的原理和操作，同時還可以從熱力學方面使學生理解粒徑對納米材料性質的影響。

通過微信公眾號來補充課堂時間不足，通過與課程相關的科研動態、實踐復雜案例，使學生有針對性個性化實現知識的升級，實現課程內容的高階性和挑戰性；同時能充分利用學生的碎片化時間來學習，將相關知識點化整為散，學生在玩手機、刷朋友圈的同時可以學習物理化學課程知識。例如，筆者針對不同的知識點進行深入的擴展和應用舉例，在“物理化學學習”的微信公眾號中先后撰寫了“補胎時為什么要銼胎面？”“手機為什么發燙？”“為什么不直接用氫氣做熱機燃料而開發燃料電池？”“火鍋中的物理化學”等切合實際生活的文章；也有“肥皂泡幫助科學家看到神秘的‘光學分支流’”“‘可燃冰’籠形化合物介紹”等前沿科研成果介紹；“能斯特到底有多能？”“我國物理化學的起源”“中美物理化學實驗教材內容的區別”等人物介紹、學科歷史等介紹。以微信公眾號作為支撐，以相關知識點作為出發點，拔高所學的知識點，實現課程內容在課外的高階性和挑戰性，提升創新能力培養。

（三）? 課程思政大綱的制定和實踐，通過課程思政協同育人，促使人才全面發展

根據物理化學課程特點，從課程培養能力和素質的角度出發，凝練課程立德樹人教育目標。制定新教學大綱時，充分結合目標，深入挖掘課程蘊含的思政教育資源，明確蘊含的正確世界觀、人生觀、價值觀與職業道德等思政內容，培養學生能夠用正確的世界觀、人生觀、價值觀以及科學的思維模式和方法分析和解決問題，實現“知行合一”[12]。在諾貝爾的獲獎者中，有60%的獲獎者集中在物理化學領域[2-3]。因此，在物理化學課程中擁有豐富的可以挖掘的科學家的故事，通過物理化學家充滿正能量的故事培養學生科學精神、家國情懷和艱苦奮斗的創業精神。

物理化學課程理論性強，被譽為“化學中的哲學”[13]。據辯證唯物主義原理，世界是物質的，運動是物質的存在方式，物質按照自身的固有規律在運動。無論宏觀世界還是微觀世界，都會遵循一些共同的變化規律，研究并發現變化規律，方能構思未來的發展前景。物理化學恰恰如此，物理化學是研究所有物質體系的化學行為的原理、規律和方法的科學[14]。因此，應挖掘物理化學課程中豐富的理論實踐案例，提升學生哲學思辨層次。例如，根據熵增原理，隔離系統中的熵增總是趨于自發增大的，熵值增大就意味著混亂度增大，而混亂度增大往往意味著系統某種能力的喪失。由此我們引導學生思考俗語“人往高處走，水往低處流”。所謂人往高處走，意味著成功必定不是自發的過程，需要有理想、信念和毅力的驅動，需要付出許多艱辛的努力和汗水，只有這樣才能不斷進步，不斷取得人生成就。自發的“躺平”人生，注定不會成功。

物理化學與實際生活緊密相聯系。利用有關的物理化學原理應用現狀引導學生肩負社會責任和科普化學知識。筆者就在新冠感染疫情期間，結合物理化學膠體知識點在“物理化學學習”微信公眾號上撰寫了“什么是氣溶膠？我們如何做好預防？”科普相關物理化學知識，并且介紹新冠的預防措施；撰寫“活性炭為什么能除味？”“雪花為什么是六個瓣”等科普知識。從實際的各種生活和生產實例出發，科普相關的物理化學知識，引導學生樹立全局觀念，培養社會責任感。

三? 物理化學課程建設效果

本課程團隊一直注重物理化學課程的教學改革與實踐，堅持將生活與生產實踐的應用案例引入教學過程中，以學生為中心，以能力培養為核心，以應用為導向，啟迪學生學習興趣，提升學生能力培養。通過這些措施，學生獲得了堅實的物理化學知識基礎。物理化學課程期末考試一次通過率極大提高，提升了學生學習物理化學的興趣，并積極地應用物理化學知識分析實際中的問題，提升了學生的實踐能力和創新能力。物理化學課程在線點擊次數超過323萬次，互動次數超過1 900次；物理化學實驗課程在線學習次數超過194萬次；提供的相關知識話題討論，學生的參與率達到80%以上?！拔锢砘瘜W學習”微信公眾號發表文章超過150篇，關注人數超過18 000人，收到來自湖北大學、遼寧師范大學、商洛學院等高校師生的多篇投稿，受到國內師生的廣泛好評，在國內“物理化學”課程微信公眾號中的排名第一，已經成為物理化學學習和考研復習必關注的公眾號。

四? 結束語

教育“新基建”是以新發展理念為引領，以信息化為主導，面向教育高質量發展需要。課程作為人才培養的四項“新基建”之一，是人才培養的核心單元和核心要素。新發展理念和人才高質量培養的要求下，物理化學課程已經不再是單一簡單的一門課程，要從課程的“基礎性、實踐性、高階性、思政育人”四個方面出發，構建理論課程、實踐課程、課外提升、課程思政的多層次梯度課程體系，將價值塑造、知識傳授和能力培養緊密融合，從而實現人才的高質量培養。

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