新工科背景下化工专业物理化学实验教学改革与探索*

魏 娴，吕梦岚

(贵州理工学院化学工程学院，贵州 贵阳 550003)

为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列重大国家战略，我国高等工程教育积极推进“新工科”建设，先后形成了“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”，着力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验，助力高等教育强国建设[1-3]。在新工科建设的背景下，我院化学工程与工艺专业以培养应用型高素质人才为宗旨，大力推动专业内涵建设，有计划、有步骤的加快人才培养方案、课程设置、实践教学环节的改革创新。物理化学实验是物理化学的实践课程，作为连接基础实验与专业实验的桥梁，在培养学生的实验操作技能和理论联系实际能力上具有举足轻重的作用，是化工专业重要的基础实验课程[4]。所以，结合新工科建设的要求，为培养应用创新型化工专业人才，对物理化学实验的教学改革势在必行。

1 课程思政的有机融入

“课程思政”是指以构建全员、全程、全课程育人格局的形式，将各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应，把“立德树人”作为教育的根本任务的一种综合教育理念[5]。在新工科建设的背景下，要培养中国特色社会主义建设的有用之才，不仅要重视传授学生专业理论知识及实践操作技能，更不能忽视对学生道德情操及职业素养的培养[6]。在物理化学实验的教学中，尝试将课程思政融入到教学的全过程，培养全面发展，德才兼备的新型化工人才。

在具体的物理化学实验教学中，坚持以立德树人为根本，牢牢把握课程思政的内涵，以相关的实验内容为载体，充分发掘实验中的思政元素，将课程思政融入到实验的各个环节。在进入物理化学实验室前，根据物理化学实验的特点，必须要对学生进行实验室安全知识培训，提高学生对实验室安全的重视程度，牢牢树立“安全第一”的理念，培养新型化工人才安全生产的基本职业素养[7]。在引入实验内容的环节，结合具体实验内容，向学生介绍相关化学家的感人故事，培养学生的爱国情怀和对科学孜孜不倦的探索精神。在实验操作及数据处理阶段，注重对学生一对一的指导，敦促学生规范操作步骤，认真观察现象，如实记录数据，科学处理数据，培养学生严谨诚信的科研作风。在结果讨论环节，重点培养学生发现问题，分析问题，解决问题的能力，并有意识的列出实验中一些易被学生忽视的细节问题，指导学生通过查阅文献进行集体讨论，例如：“溶解热的测定”中，通常的实验教材使用的是硝酸钾，我们为什么要改为使用氯化钾？“燃烧热的测定”中，为什么要使用蔗糖而不是使用萘？“二组分液相完全互溶系统的沸点组成图的绘制”中，实验后的乙醇-环己烷废液应该如何收集？是否可回收利用？如何回收利用？通过这样操作，旨在引导学生思考是否能对现有实验项目进行绿色化改进，降低实验对环境的污染，激发学生的社会责任感。通过对传统实验教学的改革，坚持将实验教学与思政元素相结合，有助于培养出既有专业素质又有理想信念的化工专业应用型人才。

2 引入现代教学手段

我院化工专业传统的物理化学实验教学存在的主要问题有：(1)由于实验原理相对抽象且篇幅较长，并且指导教师由于时间有限，对预习的检查以抽查为主，因此大部分学生对实验项目的预习有逃避心理，只是机械的抄写指导书上的相关内容，并没有进行思考，造成实验预习效果不好。(2)由于实验仪器构造通常较为复杂，部分学生仅凭指导书上的步骤及指导教师的课堂集中讲解无法完全掌握操作，在实验过程中通常会有无从下手的情况，指导教师需要对这部分学生不断重复指导，对其余学生的实验操作可能会有疏于管理的情况。(3)由于经费及场地的限制，不可能及时对仪器进行更新换代，不利于学生了解本实验课程的前沿技术。

为解决以上问题，尝试将现代教学手段引入物理化学实验教学过程。(1)在实验预习阶段引入雨课堂。根据实验项目的实验目的和实验原理设置相应的预习习题，利用填空、选择、判断等题型考察学生的预习效果，既能够节省学生抄写的时间，又能使教师全面评价学生的预习情况。学生可根据自身答题情况，在课堂上带着问题听讲，有助于学习效率的提高。(2)利用微课碎片化，可视化的特点[8]，实验指导教师对实验项目的实验原理进行梳理，提炼，将其中的每个重点及难点分别录制为10～15分钟时长的微课，例如对“溶解热的测定”中微分溶解热、积分溶解热、微分稀释热、微分稀释热的概念及计算推导过程进行讲解录制，在实验前提前发送给学生进行预习，可以帮助学生克服畏难心理，有针对性的进行预习，将重难点逐个击破。同时，还可以利用微课将复杂的实验操作合理拆分后分步录制或针对实验操作中的难点进行录制，例如在“燃烧热的测定”中，将测定前的复杂准备工作拆分为待测物的压片、装入氧弹、充氧等步骤进行操作录制，在“溶液表面张力的测定”中针对自动表面张力测定仪发出蜂鸣警报声的处理方法进行录制，在“液体饱和蒸气压的测定”中针对测定装置、稳压包、循环水式真空泵的各接口如何接连和如何检漏进行录制，方便学生在课前对仪器操作能有初步了解，或在实验过程中有基本操作问题时可以有针对性的自行观看解决，提高了实验的效率和操作准确度。(3)利用慕课资源及虚拟仿真技术，将物理化学实验通过线上线下配合，虚实结合的方式，帮助学生了解课程前沿技术，提高实验教学效果。

3 开设创新性实验

新工科建设需要应用型创新人才，应用型本科院校在实践教学中要加强学生创新实践能力的培养[1,9]。我院化工专业的物理化学实验课程，结合化工专业特点，尝试开设三个层次的实验类型。第一层次：教学大纲要求开设的实验课程必修项目，以验证性实验为主，增加少量综合性实验，以提升学生实验操作技能及启发学生运用所学知识解决问题为目标。第二层次：以开放实验室为依托，开展设计性实验项目(选修)，由指导教师指定实验目的，学生查阅文献资料后，基于现有的教学实验室条件，自行确定实验原理，实验药品仪器及实验步骤，将实验设计方案上交指导教师审批并经过课程组教师集体论证可行性后，进入实验室开展实验。通过进行设计性实验项目的训练，以期培养学生独立发现问题，分析问题，解决问题的能力，提升学生综合运用所学理论知识的能力。第三层次：经过前两个层次培养合格后，可进入科研实验室，加入教师科研团队，结合教师科研项目，以大创项目或毕业设计(论文)的形式，开展创新性实验训练。通过创新性实验的训练，培养学生团队协作意识，创新科研意识和科学思维方法，激发他们投身化学工业研究的热情。

目前，我国正在大力推进“新工科”建设，对于应用型地方本科院校，培养实用型、综合型、创新型的工程技术人才是新工科人才培养的重点。为实现这一目标，我院化工专业物理化学实验课程积极进行改革探索，通过将课程思政引入教学，积极使用现代教学技术，为学生进行设计性、创新性实验提供必要支持等手段，提升学生的专业知识，创新能力，科研精神，职业素养，为国家培养符合社会需求的新型化工人才。