材料專(zhuān)業(yè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)改革研究

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摘要:基于“新工科”和“雙一流”建設(shè)的背景及要求，針對(duì)材料專(zhuān)業(yè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問(wèn)題，通過(guò)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、課程思政及英文教學(xué)等方面對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行改革探索，兼具“科學(xué)”與“工程”特色，不斷革新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、改革教學(xué)模式、融入課程思政及探索留學(xué)生培養(yǎng)模式，對(duì)于工科專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程改革提供參考，并為“卓越工程師”的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:材料專(zhuān)業(yè);物理化學(xué)實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革

自2017年2月以來(lái)，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”，“天大行動(dòng)”和“北京指南”。隨著2019年以來(lái)“雙一流”建設(shè)的如火如荼開(kāi)展，對(duì)于新工科建設(shè)提出了進(jìn)一步的挑戰(zhàn)，特別是高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這種實(shí)踐性要求比較高的課程［1－2］。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為化學(xué)、化工、材料、藥學(xué)等專(zhuān)業(yè)的必修基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，是一門(mén)兼具理論知識(shí)和實(shí)踐應(yīng)用的課程，特別突出強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性，是培養(yǎng)學(xué)生一絲不茍的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的實(shí)驗(yàn)作風(fēng)以及靈活創(chuàng)新的分析和解決問(wèn)題能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。然而，現(xiàn)在的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為較傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，且與實(shí)際生活關(guān)聯(lián)性較小，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力;教學(xué)模式較單一，多為“填鴨式教學(xué)”，課堂上教師講解和演示操作，學(xué)生只是掌握了基本的實(shí)驗(yàn)操作技能，不利于思維創(chuàng)新能力的培養(yǎng);課堂講解多為枯燥的實(shí)驗(yàn)相關(guān)的單一理論知識(shí)點(diǎn)，很難保證學(xué)生時(shí)刻集中注意力，不利于知識(shí)的學(xué)習(xí)及綜合運(yùn)用知識(shí)能力的培養(yǎng);此外，目前多為中文教學(xué)或者中英雙語(yǔ)授課，不利于留學(xué)生的培養(yǎng)及本土學(xué)生全球視野的培養(yǎng)［3－4］。因此，針對(duì)目前物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的現(xiàn)狀，基于“新工科”與“雙一流”建設(shè)的背景及要求，通過(guò)對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)積累及學(xué)生反饋情況，對(duì)于材料專(zhuān)業(yè)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行改革已是當(dāng)務(wù)之急，刻不容緩。本文主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、課程思政及英文教學(xué)等方面進(jìn)行改革探索，旨在推動(dòng)材料專(zhuān)業(yè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的不斷革新，為新時(shí)代德才兼?zhèn)涞摹白吭焦こ處煛钡呐囵B(yǎng)助力。

1創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，兼具“科學(xué)”與“工程”特色

傳統(tǒng)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)主要包括熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、電化學(xué)、表面化學(xué)(膠體化學(xué))和物質(zhì)結(jié)構(gòu)五個(gè)部分的內(nèi)容，從五個(gè)方面選取部分實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生進(jìn)行操作及學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，上課時(shí)學(xué)生只需根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，并按照老師講解及演示進(jìn)行操作，學(xué)生能夠掌握實(shí)驗(yàn)操作技能，但缺乏對(duì)于實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知與思考，不能激發(fā)學(xué)生的思考與創(chuàng)新思維。由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容偏理論，且實(shí)驗(yàn)試劑多為日常生活中并不常見(jiàn)物質(zhì)，不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從而導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏積極性和主動(dòng)性。因此，我們通過(guò)“燃燒熱的測(cè)定實(shí)驗(yàn)”對(duì)于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改革進(jìn)行初探。傳統(tǒng)且經(jīng)典的“燃燒熱的測(cè)定實(shí)驗(yàn)”測(cè)定的物質(zhì)為苯甲酸和萘，通過(guò)測(cè)定一種物質(zhì)的恒容燃燒熱，計(jì)算出量熱計(jì)的比熱容，然后再通過(guò)測(cè)試和計(jì)算得到另一種物質(zhì)的燃燒熱。本實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)化學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的一系列基本實(shí)驗(yàn)技能，是理科的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，但是作為材料專(zhuān)業(yè)的工科學(xué)生，既要掌握基本的“科學(xué)”技能，又要具備“工程”實(shí)踐能力，因此，本實(shí)驗(yàn)將苯甲酸和萘換成了木頭、煤炭和木炭，以日程生活最常見(jiàn)的“燒烤”引入，提出問(wèn)題:為什么我們燒烤采用木炭作為燃料，而不使用煤炭和木頭呢?學(xué)生會(huì)從多方面進(jìn)行回答，如木頭容易將食物表面燒糊，煤炭煙塵比較大等，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生哪種燃料的熱值比較大呢，學(xué)生會(huì)猜測(cè)可能是木炭，那么我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，所謂的“熱值”就是實(shí)驗(yàn)中我們要測(cè)定的“燃燒熱”，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定三種可燃物質(zhì)的燃燒熱，并從科學(xué)角度回答日常生活中的問(wèn)題。為了充分鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備了木棒、煤塊和木炭塊，并準(zhǔn)備了刀鋸和錘子，學(xué)生需要自己將樣品制作成1克左右的小塊，因此，學(xué)生紛紛動(dòng)手使用刀鋸將木棒鋸成1克的短棒，用錘子將煤塊和木炭塊分割成1克左右的小塊。學(xué)生在制備樣品過(guò)程中體會(huì)到了“勞動(dòng)”的樂(lè)趣，也為以后的工業(yè)實(shí)習(xí)奠定了實(shí)踐基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)稱(chēng)量、充氧、使用量熱計(jì)測(cè)定溫度變化，將“科學(xué)”基礎(chǔ)理論與“工程”實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)實(shí)際動(dòng)手操作并計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果回答了日常生活中的實(shí)際問(wèn)題，提高了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，并且有利于提升學(xué)生的思維和創(chuàng)新能力。

2融入“微課”和“雨課堂”的混合教學(xué)模式創(chuàng)新

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為課前學(xué)生根據(jù)教師提供的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行預(yù)習(xí)，課堂上教師講解并演示操作之后，學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，課后提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告并進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定。這種教學(xué)模式導(dǎo)致學(xué)生預(yù)習(xí)效果不佳，課堂上師生互動(dòng)較少，課后缺乏總結(jié)與思考，且對(duì)于學(xué)生成績(jī)的評(píng)定不夠全面。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”及信息技術(shù)的發(fā)展，探索將“微課”和“雨課堂”融合進(jìn)行混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)［5］。課前將實(shí)驗(yàn)操作錄制成“微課”，通過(guò)“雨課堂”發(fā)布學(xué)習(xí)資料(包含微課)，學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)資料進(jìn)行預(yù)習(xí)，可利用碎片化時(shí)間觀看“微課”進(jìn)行學(xué)習(xí);課堂上通過(guò)“雨課堂”進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，了解學(xué)生預(yù)習(xí)效果，并通過(guò)一些設(shè)計(jì)性題目進(jìn)行互動(dòng)交流，同時(shí)也可通過(guò)“微課”學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié);課后教師發(fā)布試卷，學(xué)生可以對(duì)于實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)與思考。“微課”可以輔助學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的學(xué)習(xí)，“雨課堂”可以翔實(shí)地記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡，教師可以如實(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)。通過(guò)“雨課堂”發(fā)布調(diào)查問(wèn)卷，約91%的學(xué)生認(rèn)可這種教學(xué)模式，認(rèn)為混合式教學(xué)能夠很好地輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)。因此，通過(guò)將“微課”和“雨課堂”融合，能夠?qū)ⅰ罢n前－課中－課后”進(jìn)行串聯(lián)，延長(zhǎng)了教學(xué)的時(shí)間與空間，跟蹤了學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡，對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)更加全面，從而促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，并培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力。

3融入課程思政，培育家國(guó)情懷

作為一門(mén)基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)課程，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)很多經(jīng)典的理論都是通過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試及驗(yàn)證而得到的。科學(xué)家們?cè)诎l(fā)現(xiàn)各種真理過(guò)程中，付出了巨大的心血，為科學(xué)和社會(huì)的發(fā)展做出了重大的貢獻(xiàn)。在“燃燒熱測(cè)定”的實(shí)驗(yàn)中，講到量熱計(jì)的原理及使用時(shí)，向?qū)W生講述量熱計(jì)的發(fā)明及發(fā)展過(guò)程。最初是由法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫和拉普拉斯通過(guò)簡(jiǎn)單的將小鼠置于冰塊做成的中空容器中，通過(guò)向裝置里通入氧氣，小鼠呼吸產(chǎn)生熱量將冰融化成水，測(cè)定水的質(zhì)量來(lái)計(jì)算小鼠產(chǎn)生的熱量，被稱(chēng)為“冰量熱裝置”。后面通過(guò)科學(xué)家們的不斷探索，才有了我們現(xiàn)在的氧彈式量熱計(jì)。在我們實(shí)驗(yàn)中的小小設(shè)備都是經(jīng)過(guò)了多人多年的努力才發(fā)明創(chuàng)造出來(lái)的，作為新時(shí)代的大學(xué)生，我們要勇于創(chuàng)新，特別是在現(xiàn)在百年未有之大變局的國(guó)際形勢(shì)下，學(xué)生作為祖國(guó)的未來(lái)和棟梁之才，更應(yīng)努力學(xué)習(xí)，腳踏實(shí)地，不斷實(shí)踐探索，為“中國(guó)創(chuàng)造”添磚加瓦，為國(guó)家發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及裝置或者實(shí)驗(yàn)操作中引入課程思政，以“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的方式將家國(guó)情懷融入課堂，融入到學(xué)生的思維中，從而實(shí)現(xiàn)以德育人，培養(yǎng)高素質(zhì)“卓越工程師”［6］。

4全英文國(guó)際化教學(xué)，培養(yǎng)全球視野

南方科技大學(xué)自成立以來(lái)，一直提倡全英文教學(xué)，基礎(chǔ)通修課程與專(zhuān)業(yè)課程盡量為英文授課，包括學(xué)習(xí)資料、教師講義、課堂PPT及學(xué)生作業(yè)等。本實(shí)驗(yàn)課程由于選課學(xué)生有2名國(guó)際留學(xué)生，采用全英文授課，實(shí)驗(yàn)方案、講義、授課以及學(xué)生撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告均為英文。在教學(xué)過(guò)程中，課前要求學(xué)生查閱相關(guān)資料，用英文撰寫(xiě)預(yù)習(xí)報(bào)告;課堂上教師講課為英文PPT及英文授課，師生互動(dòng)為英文交流;課后學(xué)生需全英文撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，能夠熟練掌握專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)，為閱讀科研文獻(xiàn)和撰寫(xiě)科研論文奠定基礎(chǔ)。通過(guò)國(guó)際化教學(xué)，培養(yǎng)了學(xué)生的全球視野，為學(xué)生閱讀科研英文文獻(xiàn)及更好地適應(yīng)科研生活奠定良好基礎(chǔ)，同時(shí)也為留學(xué)生教育的培養(yǎng)探路［7］。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)總結(jié)材料專(zhuān)業(yè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)有情況，為了解決教學(xué)內(nèi)容單一、教學(xué)模式傳統(tǒng)、缺乏立德樹(shù)人理念以及留學(xué)生培養(yǎng)等方面的問(wèn)題，結(jié)合多年的教學(xué)積累經(jīng)驗(yàn)，緊跟“新工科”及“雙一流”建設(shè)的步伐，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、結(jié)合信息技術(shù)引入“微課”和“雨課堂”進(jìn)行混合式教學(xué)、融入課程思政，全面育人并采用全英文授課，探索留學(xué)生培養(yǎng)模式。通過(guò)多方面的改革對(duì)學(xué)生進(jìn)行全方面的培養(yǎng)，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的思維創(chuàng)新能力以及分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的綜合能力，并且對(duì)于培養(yǎng)具有家國(guó)情懷及國(guó)際化全球視野的人才具有重要意義，為新工科實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革提供參考。雖然改革取得一些成效，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，仍然需要不斷轉(zhuǎn)變教育思想，提升教育理念，不斷深化教育教學(xué)改革，為新時(shí)代人才的培養(yǎng)添磚加瓦。

參考文獻(xiàn)

［1］吳愛(ài)華，楊秋波，郝杰.以“新工科”建設(shè)引領(lǐng)高等教育創(chuàng)新變革［J］.高等工程教育研究，2019(01):1－7+61.

［2］馬廷奇.“雙一流”建設(shè)與大學(xué)發(fā)展［J］.國(guó)家教育行政學(xué)院學(xué)報(bào)，2016(09):9－14.

［3］徐艷，李新星，王紅俠，等.材料專(zhuān)業(yè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索［J］.廣州化工，2019，47(22):166－167，195.

［4］盧榮，趙彬俠，張朝旭.工科物理化學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的探索和研究［J］.高等理科教育，2004(1):116－119.

［5］李艷艷，葉飛，廖成竹，等.微課和雨課堂融合的《材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)改革與實(shí)踐［J］.廣東化工，2020，47(20):185－186.

［6］徐虹.“課程思政”視域下高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中思政元素的滲透［J］.大眾文藝，2020(06):193－194.

［7］劉婧揚(yáng)，方志剛，閆立東，等.物理化學(xué)雙語(yǔ)教學(xué)及國(guó)際化人才培養(yǎng)［J］.山東化工，2020，49(4):225－226.

作者：李艷艷 葉飛 章劍波 程化 單位：南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系