高等农林院校物理化学与专业结合的教学模式与实践

许娟　杨亚提　马海龙　李天保　马亚团

摘要：针对高等农林院校不同专业特点，在教学内容、教学方法与专业的结合上做了有益的尝试，提出了物理化学与专业结合的教学模式。在现有“课堂教学+学生讨论+实践环节”的“三段式”教学方法的基础上，尝试“问题教学+参与式教学”方法。教学实践表明，这种教学模式激发了学生的学习兴趣，培养了学生的创新性能力，深化了教学内容，提高了物理化学课程的教学质量和水平。

关键词：高等农林院校；物理化学；教学模式；专业特点

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）17-0133-02

物理化学是高等农林院校在应用化学、资源环境科学、环境科学、食品工程、食品安全、制药工程、林产化工、生物科学、生物技术、生物工程等专业开设的一门必修课，是物理学与化学最早相互渗透的一门交叉边缘学科，被称为“化学的灵魂”。该课程不仅对培养学生创造性思维能力和创新能力、提高学生素质有极其重要的作用，而且有助于学生树立正确的自然观、掌握科学方法论。然而众所周知，物理化学是化学课程中基础的基础，较抽象，教学有一定难度。农林院校的学生对这门课更是望而生畏，因此，我们应让基本原理在科学研究和实际应用的实例中展现其活力，以此提高创新能力。因此，近年来，我们结合农林院校开设物理化学课程的各个专业的学科特点，在教学内容安排、教学方法等方面始终与学生所学的专业结合，提出了物理化学与专业结合的教学模式。

一、教学内容与专业特色紧密结合

在课堂教学中，设计好教学内容比制作PPT课件更重要，不应让“死”的公式和概念充斥课堂，而应让原理在科学研究和实际应用的实例中展现其活力，培育兴趣，提高创新能力。因此，我们在教学内容上，坚持做到“传统物理化学”与“应用物理化学”的有机统一。在对各专业学生的教学过程中，坚持将物理化学的基本理论和基本知识系统地介绍给学生，培养学生的科学素养。在此基础上，紧密结合专业实际、生产实际和生活实际，查阅大量物理化学在各专业领域应用的实例，如将热化学、多组分体系热力学、相平衡、电化学、表面与胶体化学等内容以专题的形式进行讲授，增加反映学科前沿与研究热点的专题内容，并根据专业方向进行专题辅导。如针对应用化学专业学生，物理化学是一门专业主干课，教学时数较多，物理化学基本理论应该是课程的重点教学内容，但其专业特色又偏重于“应用”二字，所以在做好基本理论教学的同时，重点介绍传统物理化学与其他学科专业之间结合所派生出的一些交叉学科及其应用，如生物物理化学、地球物理化学、土壤物理化学等；同时举一些“闪光点”说明物理化学基本原理在现代技术中

发挥的巨大作用，如物理化学在合成化学和新材料的制备、现代分离技术、新能源技术等现代技术中的作用；同样，在我们周围生活中，物理化学原理也无处不在，如2008年我国南方地区遭受的大面积冻雨灾害的冻雨形成的原理，人体肾功能即反渗透功能，人工降雨、洗涤、矿物浮选、纺织品印染的渗透、油田的二次采油等原理，结合这些“小问题”可以使书本上的理论变得生动而容易理解，培养学生的物理化学视角。对于生物类和制药学等专业，在学生学习物理化学基本理论和基础知识的基础上，以热力学、电化学、动力学、胶体与表面化学的应用为教学重点，如现代生物科学与物理化学学科交叉与融合而发展起来的，在21世纪已经成为热门研究内容的生物热力学、生物电化学，药物及材料分子设计方法简论、表面活性剂的应用、微乳液的应用等。对农业资源环境专业，以电化学、动力学、表面与胶体化学为教学侧重点，着眼于让学生了解如何解决环境资源合理利用与环境保护问题，如讲授相平衡知识时，以专题讲座的形式介绍超临界流体在废弃物的合理利用问题、土壤和水体污染的治理问题等的应用及进展；吸附剂和絮凝剂的研究进展；电化学在环境污染治理中的应用、电有机合成、纳米电化学、燃料电池、锂离子电池等新能源技术等。食品科学与食品安全专业，介绍食品科学中的物理化学方法，如热分析在测定食品热值中的应用，化学动力学在食品保鲜保质期测定方面的应用，胶体化学原理在食品加工中的应用等等。

二、与专业结合的绿色化实验教学

实验教学是课程三段式教学中理论知识的具体验证与应用。在实验教学环节中，又分三个教学层次来进行，即实验技术讲座、基础理论验证性实验和运用物理化学知识解决实际问题的综合性实验三部分。在实验技术讲座的基础上，根据专业学时不同，安排8个或10个涉及热力学、电化学、化学动力学、表面化学与胶体化学等各方面理论知识最典型最具代表性的验证性实验，同时注重实验过程的绿色化，如凝固点降低实验中的苯和萘更换为水和尿素，双液系中的苯更换为环己烷，溶胶性质中的三硫化二砷负胶更换为粘土。在验证性实验训练的基础上，根据实验室条件、不同专业、不同实验学时数，选取一些与专业有关的研究性、应用性实验项目，让学生综合运用物理化学课程学习及查阅文献资料获得的知识，自行进行实验设计，完成实验内容，分析实验结果，撰写实验报告。如针对应用化学专业学生，结合每位教师的科研工作，提出了与生产相关的4个综合性实验项目：果醋总酸度的测定、果胶酶对果汁黏度的影响、维生素C氧化速率的测定和大孔树脂对色素吸附速率测定；对于资源环境科学及环境科学专业学生，主要结合环境问题，提出了表面活性剂临界胶束浓度测定和活性炭对水体中有机污染物的吸附性能测定实验项目。另外对于同一实验，针对不同专业，采用与其专业相关的不同实验材料，如电导滴定实验，对葡萄酒专业，让学生测定葡萄酒的总酸度；而对食品类专业，测定食醋的总酸度；对于资源环境专业，测定土壤的阳离子代换量及不同水体的电导率，这些实验内容同样体现了绿色化的内涵，而且实验内容也趣味化。

三、教学方法中突显物理化学在各专业中的地位

教学方法改革是影响人才培养模式改革的关键环节之一。教学方法不仅影响学生完成学习任务的“程度”，也是影响教学质量“方向”的一个重要因素。因此，为了帮助学生在本质上理解化学变化，从理论上解释化学现象，在实践中利用物理化学的基本理论、基本知识和基本方法解决实际问题。在课程教学过程中，以“三段式”教学方法为基础，围绕创新教育的战略，研究“问题教学+参与式教学”法，以充分发挥学生的主体作用和教师的主导作用，实现创新教育。endprint

（一）课堂教学

以问题为主的研究性学习有利于帮助学生提高灵活应用知识的能力，形成有效的问题解决和推理策略，并发展他们的自主学习能力。物理化学课程理论性强、内容抽象、涉及领域广，很多学生在课后感慨物理化学非常重要，但不知道怎么用。为此，我们采用“问题教学法”，围绕物理化学的知识模块，在引导学生发现各种问题的前提下，传授知识。在教学活动中，尝试使物理化学知识围绕实际问题而展开，使问题不仅成为激发学生求知欲的前提，而且还成为学生期盼、理解和吸收知识的前提，激发学生的创新动机和创造性思维。为了打破物理化学枯燥、沉闷的传统教学方法，实行“参与式”教学方法，尝试开放式教学内容，对一些易懂的章节让学生自己提前预习写教案，学生从“台下观众”转变为“场上主力”；同时开展论文研究、基于问题的学习、案例教学、项目训练和指导性设计等多种参与方式，以培养学生的“参与”意识，提高学生学习的主动性、积极性，培养学生的创新能力。

（二）学生讨论

胡英院士指出“物理化学教学方法要做大改革。要以自学为主，讲课首先介绍框架结构，重点讲授难点和进展，并开展课堂讨论”。因此，在农林院校物理化学的教学过程中，更应增加学生参与课程教学的机会，加强习题课和讨论课内容，调动学生学习的主动性和积极性。在具体实施中，根据教学内容中的难点和重点，对于不同专业，在教学进程表中提出与专业密切相关的问题，如对于环境科学专业，提出“吸附作用原理及表面活性剂在环境科学领域中的应用”等专题讨论题目；对于生物类专业，提出“熵与生命”等专题讨论题目，让学生学完一部分内容后，对该问题展开讨论，启发学生进行发散性思维，对问题进行多角度的观察、比较与分析，然后让学生提出问题，把问题加以筛选，从中发现最重要最基本的问题，启发学生思维，把理论搞清楚。最后再给学生作出总结，以培养学生的创造性思维。实践证明，学生讨论，这对提高学生的智力和能力，起到事半功倍的效果。

四、实践效果

通过近几年对物理化学与专业结合的教学模式的实施，不仅拓宽了学生的专业知识面，培养了学生从事科学研究和解决实际问题的能力，而且可使学生的创新意识和能力得到一定程度的提高。如不同专业的学生积极申请大学生创新基金项目，2010申请到西北农林科技大学创新基金项目“多环芳烃污染土壤的SDS淋洗溶液前处理方法研究”，2012年申请到国家级创新基金项目“微电极阵列表面的羧基功能化及其在环境监测方面的应用”，2013年申请到西北农林科技大学创新基金项目“不锈钢微电极阵列的制备及性能研究”及“利用废弃木料制备大孔容活性炭”。该模式充分发挥了学生的主体作用和教师的主导作用，在模式实施过程中，始终以实际问题为引导，让学生带着实际问题去学习，然后从理论上对这些问题进行分析讨论。通过近几年的教学实践证明，这种教学模式有利于学生掌握扎实的物理化学基本理论、基本知识和基本技术，并能把这些知识和技术应用到农林科学的研究中；有利于学生认识、阐明和解决某些物理化学相关的专业实际问题；有利于培养学生的创造性思维能力和创新能力，提高学生素质。因此，这一新模式在高等农林院校的物理化学教学中具有较大的推广和应用价值。

参考文献：

[1]高盘良.化学基本原理与现代技术[J].中国大学教学，2008，（8）：7-9.

[2]马凤岐，王伟廉.教学方法改革在人才培养模式改革中的地位[J].中国大学教学，2009，（3）：10-13.endprint