唐元暉 曹俊雅
(中國礦業(yè)大學(北京) 化學與環(huán)境工程學院,北京 100083)
“物理化學”課程是高等學?;ぁ⒁苯?、環(huán)境、材料和礦物加工等工科專業(yè)學生的核心必修基礎(chǔ)課之一,它綜合運用數(shù)學、物理等學科的理論和方法研究化學和化工過程中遵循的普遍規(guī)律以及這些規(guī)律與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系,在化工專業(yè)本科課程體系中兼有提升化學理論素養(yǎng)和啟發(fā)專業(yè)課程學習的兩大功能,在培養(yǎng)學生的理論分析能力和工程思維等方面起著重要的作用[1]。我校(中國礦業(yè)大學(北京))化學工程專業(yè)本科生學習的是“物理化學B”,總學時為64,由本專業(yè)教師負責教學工作。相對于清華大學、四川大學、華北電力大學等學?;I(yè)的80個課時來說[2]-[4],我校學生“物理化學”課程的學時相對較短,這要求教師在64課時內(nèi),讓學生掌握本專業(yè)必備的物理化學基本理論和知識,具備后續(xù)專業(yè)學習必須的基本技能,在教學上需要重點強調(diào)物理化學與后續(xù)專業(yè)課程和工程思維的互滲透和相互聯(lián)系,使學生在專業(yè)學習和研究訓練中能有意識地運用物理化學的理論去思考、認識和解決問題。但由于“物理化學”課程本身具備的理論性強、公式多且限定條件苛刻,學生在學習過程中難免覺得內(nèi)容復雜抽象而難以掌握[5],[6],使得“物理化學”往往成為化工專業(yè)本科階段成績較不理想的一門。因此,為了改善教學效果,激發(fā)學生學習的主動性,筆者在近幾年的教學中進行了一些有益的嘗試,取得了一定的效果和積極的反饋,下面本文將針對短課時要求下本?;I(yè)《物理化學B》的課程教學提出了以下幾點改革措施與大家進行交流探討。
在以往的教學中,根據(jù)學校上短課時的要求并參考了國內(nèi)的同類高校,化學工程專業(yè)在教學上選擇了天津大學出版社在2004年出版的、由肖繁衍、李文斌編寫的《物理化學》(第二版)作為教材。但這本書已經(jīng)面世了15年,在實際教學中,不少老師和學生都感覺這本經(jīng)典的教材在對傳統(tǒng)大學物理化學教學內(nèi)容的刪減和編排上有些激進,大量基本概念的精簡甚至影響到教師的講授和學生的理解,比如其中將第四章反應(yīng)平衡放在第五章溶液熱力學和相平衡的前面,使得教師在實際中只能分別獨立地介紹氣體反應(yīng)、固體或液體參與的氣體反應(yīng)的平衡常數(shù),既無法讓學生體會化學勢這一重要熱力學概念應(yīng)用到化學反應(yīng)平衡常數(shù)推導中體現(xiàn)出的理論美感,又影響了學生的理解,從而降低了學習的興趣。通過調(diào)研,我們發(fā)現(xiàn)四川大學、天津大學等很多國內(nèi)教研實力雄厚的高校均采用了高等教育出版社出版的、天津大學物理化學教研室編寫的《物理化學》(系列)工科教材作為化工專業(yè)物理化學課程的教材[7],此系列教材自1961年起已經(jīng)出版到第六版,共分為上、下兩冊,是“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材,此系列教材針對短課時教學還推出了相應(yīng)的《物理化學》(精簡版)[8],2018年針對最新的第六版也推出了精簡版的第二版,同樣配備了《物理化學學習指導》作為學生學習參考資料。我們從去年開始,嘗試采用老教材為主,而《物理化學》(精簡版)教材為主要參考書的形式進行了初步的教學實踐嘗試,學生反饋新教材在內(nèi)容和難度上與老教材一脈相承,但是編排更容易理解,能夠有效提升學習效果。
除了教材的選擇,我們也注重視頻、圖片等多媒體材料對課堂教學內(nèi)容的豐富性,并強調(diào)理論和工程應(yīng)用的結(jié)合,比如在講解“界面現(xiàn)象”這一章中的表面活性劑(SAA)時,我們就通過動畫來生動的展示SAA在溶液中的分布和在洗滌過程中的作用,如圖1所示。視頻能夠直觀地展示微觀分子結(jié)構(gòu)的分布,啟發(fā)學生的思考;在介紹熱力學第二定律的時候,我們按照問題的提出、理論的發(fā)展和公式化推導而向?qū)W生介紹熱力學第二定律及其應(yīng)用,同時借由風機、燃氣機等客觀事物來幫助學生理解。多樣化且源于實際生活的案例能夠直觀地展示教學難點,調(diào)節(jié)課堂氣氛并提升學習興趣。在寓教于樂的同時,我們在講解基本理論時輔助黑板推導,重點反復介紹每一個理論和公式的應(yīng)用前提和限制條件,幫助學生提升理論分析能力。
圖1 《物理化學B》教學中關(guān)于表面活性劑的視頻截圖:(A)表面活性劑在水中的分布;(B)表面活性劑在去污過程中的作用。
伴隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的浪潮,以慕課、翻轉(zhuǎn)課堂為代表的網(wǎng)絡(luò)教學新模式對傳統(tǒng)的教學方式和理念均產(chǎn)生了一定的沖擊。因此筆者也順應(yīng)潮流,采用“雨課堂”這一翻轉(zhuǎn)課堂的工具來豐富傳統(tǒng)多媒體結(jié)合課堂講授的教學形式?!坝暾n堂”是清華大學推出的新型智慧教學解決方案,學生只需要關(guān)注相應(yīng)的公眾號,就能課前收到預習課件,在課堂中可以與教師實時共享課件,而且可以通過“彈幕”和“私信”功能在課堂上給教師發(fā)信,提出聽課時出現(xiàn)的困惑,方便教師根據(jù)學生的掌握情況及時調(diào)整教學進度,課后學生能夠靈活的與老師和其他學生開展交流,還可以組建討論群等方式,邀請老師、同學共同參與討論,;另一方面,教師能夠直接在微信小程序查看考勤、發(fā)布課堂測試并能實時檢查作答的正確率,定時發(fā)布教學公告和試卷,實現(xiàn)了師生之間和學生之間的充分互動。目前,翻轉(zhuǎn)課堂的教學形式已經(jīng)從2017年到2019年三個學期的共163名學生進行了教學實踐,課程結(jié)束后,按照既定考核方式進行了成績評定,此外通過“雨課堂”調(diào)查問卷的形式收集了學生們的意見,調(diào)研結(jié)果見表1。從中可以發(fā)現(xiàn),這163個學生大多是本科二年級的學生,其中87.8%的學生認為翻轉(zhuǎn)課堂的學習效果好于傳統(tǒng)課堂,78.6%的學生認可翻轉(zhuǎn)課堂有利于學生自學能力的提升,68.7%的學生覺得翻轉(zhuǎn)課堂有利于表達和溝通能力的培養(yǎng),同時86.5%的學生覺得今后翻轉(zhuǎn)課堂會越來越廣泛地影響到傳統(tǒng)課堂。通過“雨課堂”這一網(wǎng)絡(luò)工具,教師們可以更好地掌握到學生的學習進度,真正實現(xiàn)因材施教的分層次教學目的。
表1 三屆參與學生的調(diào)查問卷結(jié)果總結(jié)分析
(續(xù)表)
為了更好地建設(shè)物理化學課程,我們調(diào)研了天津大學、天津工業(yè)大學、北京理工大學和北京化工大學的學科和課程建設(shè)情況,虛心參考和借鑒了兄弟院校的寶貴經(jīng)驗從而重新修訂了《物理化學B》的課程大綱,新版大綱規(guī)定了全流程考核的評價方式,這里的全流程主要體現(xiàn)在兩個方面:首先,最后的總成績由包括考勤、課堂提問、隨堂測驗、期中考試和期末考試的整個授課環(huán)節(jié)的表現(xiàn)綜合而成,其中,平時考勤占10%,隨堂測驗和期中考試的成績占20%,期末考試的成績占70%;另一方面,期中和期末考試的試題范圍按照課程大綱中各個章節(jié)的權(quán)重而設(shè)置分值,最后課程總結(jié)需要按照班級、平均成績、分數(shù)段等不同類型來綜合剖析教學效果和學生的成績分布,為教師在未來教學和考核的改革提供參考。這種全過程考核能夠更真實地評價學生的表現(xiàn),避免了以往突擊一周就能獲得高分的情況。
隨著科技的發(fā)展和時代的進步,在64個學時的短課時要求下,面向化學工程專業(yè)的“物理化學”課程由于其自身的理論性強等特點,更需要順應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”的浪潮開展改革和建設(shè),秉承著傳授理論知識和啟發(fā)創(chuàng)新思維的教學理念,以全面提高學生信息素養(yǎng)為目標,從與時俱進地采用最新版教材、從教材內(nèi)容和實際生活的聯(lián)系設(shè)計多媒體課件、采用“雨課堂”翻轉(zhuǎn)課堂網(wǎng)絡(luò)工具以及開展全流程考核等方法來改革教學方法和內(nèi)容,加強理論課程與科研訓練的聯(lián)系,將傳統(tǒng)以“教師”為中心的授課模式轉(zhuǎn)變?yōu)閹熒餐瑓⑴c、共同學習的方式,按照學生能力、思維的差異性真正做到因材施教。讓學生們在掌握“物理化學”理論知識的同時培養(yǎng)解決工程問題的邏輯思維,并在今后的學習和工作中可以開展切實高效的自我學習。