地方工科院校物理化学一流课程的建设与实践*——以湖南工学院为例

李爱阳，孙爱明， 刘 宁，王 庆，王 霞，伍素云

(湖南工学院化学与环境工程学院，湖南 衡阳 421002)

教育部关于“一流本科课程建设的实施意见”中明确指出，“课程是人才培养的核心要素，课程质量直接决定人才培养质量”[1]。由此可见，课程建设在高校的教学中占有何等重要的地位。湖南工学院是一所二本工科院校，学校的定位是培养具有扎实理论基础，能识别、解决和分析工程实践问题，具有一定的创新能力和创新意识的高素质应用型人才。

物理化学是化学工程与工艺、应用化学、环境工程等专业的专业基础课，在整个专业学习中占有非常重要的地位，起到承前启后的作用。物理化学课程的特点是公式多、内容抽象、逻辑性强等，被公认是化学学科中最难学的课程之一。传统的课程教学以教师讲课为主，这种教学方式，形式单一、呆板，教师不能及时得到学生的反馈，师生互动性差，从而导致学生学习兴趣不高，畏难情绪严重，后期教学效果越来越差。这样培养出来的学生知识面窄、思维能力欠缺，缺乏分析问题、解决问题的能力和创新能力[2-3]。为此，湖南工学院物理化学教学团队依托省一流课程建设项目，对《物理化学》一流课程开展了一系列的探讨与实践。

1 教学理念转变

湖南工学院现有化学工程与工艺、应用化学、高分子材料、复合材料、无机非金属材料与工程专业、材料物理和环境工程7个专业，共1500多名学生学习物理化学。作为这些专业的专业核心课或基础课，物理化学在整个专业学习中占有举足轻重的地位。因此，为了培养具有较强的实际应用能力和创新意识，能理论结合实际解决工程问题的新工科人才，教师的教学理念急需转变。

1.1 以“学生为中心”

传统的满堂灌教学以教师为中心，导致学生的学习积极性及学习效率不高，创新意识和创新能力不够强，而现在强调以“学生为中心”，教师要从过去的主角，转变为配角，要以学生为主角，教师是学生学习中的组织者、合作者，教师要给学生充分的信任和尊重，要使学生真正成为主体者，积极参与到教学活动中，提高学生的学习兴趣和学习积极性[4]。通常可以采用翻转式教学，学生讲课，教师组织、协作、点评，在实施过程中，教师多加鼓励，提高学生的学习积极性和综合素质。在翻转式教学中，教师不要太在乎学生对知识的讲解是否到位，而是要激发学生的学习动机，唤起学生的求知欲，培养学生的探索知识的能力。也可通过开展小讨论、教师可以提前布置讨论题目，就某个知识点、某个学科发展史、或某个当今热门课题布置给学生，学生通过文献检索、信息搜索，在平台发布看法，或在课堂上共同进行讨论，阐述自己的观点和想法，鼓励学生就讨论课题多提问题，提高学生的创新能力和思维活跃度，使学生具有一定的挑战性。

1.2 注重能力培养

为了培养合格的应用型人才，需注重学生能力的培养。能力培养主要是学生自学和自主学习能力的培养，解决实践工程问题能力的培养，创新能力的培养。我们采用多种教学方法，如点拨式教学法、激励式教学法、对比法、引导启发法、理论实践一体化教学法、项目教学法等，充分利用信息化手段、计算机技术和信息检索工具，翻转课堂等，力求全面提高学生综合能力。

教师在上课过程中，对知识的讲解不能太满，在课堂上要控制自己的表现欲，通过点拨式教学，给学生更多的表现机会和思考的时间。一个原理讲完，通过恰当的习题，在教师点拨下，让学生思考，请同学来回答，让学生畅所欲言，倾听学生的各种想法，不以对错评价学生，鼓励个性化发展，以此提高学生的学习兴趣和学习能力。为了培养学生的创新意识、创新能力，教师要常采用激励式教学法，上课要经常鼓励学生提问题，多提问题。学生提问题，重要的不是学生提问的正确性、逻辑性，而是学生提问的独特性和创新性，教师和学生通过共同探讨，来提高学生的学习积极性和学习兴趣。教师在教学过程中应用引导启发法、理论实践一体化教学、项目教学法等，将物理化学的理论知识和实验、工业生产、教师的科研密切结合在一起。

1.3 持续性改进

以往《物理化学》课程教学，一般采用的是传统的板书式教学，教师在讲台黑板上讲解并辅以黑板板书，学生在座位上听讲和练习。板书教学的优点是能直观地显现教学内容的脉络，清晰地表达知识点之间的联系，能将教学内容系统化、条理化，有助于学生对重点知识的注意，对重、难点一目了然；另在板书书写的过程中，时间相对较长，使学生有充分的时间进行思考和体会，更容易对知识的把控。传统式板书教学的缺点是学法单一，信息量不大，创新能力不够等。后逐渐将传统式板书教学改为多媒体教学，其优点是信息量大，扩展了课时容量，提高教学效率。多媒体教学的缺点是内容华而不实，重、难点不突出。目前采用的是线上线下混合式教学+传统的板书式教学，将信息化教学引入课程教学中，并融入课程思政教学。

在近两年的混合式教学过程中，一开始对不同专业、不同人数、不同学时，采用的线上线下教学比例相同，线上教学学时占总学时的40%，线下教学占60%，在实施时发现学习效果是不同的。对上课人数较多(大约100人左右)，学时较多(大约60学时以上)的专业，如化学工程与工艺专业、高分子工程与工艺专业，在进行混合式教学时，学习效果不理想。对人数较少(50人左右)的专业，如应用化学专业等，学习效果较好。无论是线上学习、线下学习、翻转课堂、课堂讨论、提问、抢答等，应用化学专业的学生自主、自学学习的能力更强，参与度更高，思想更活跃，对知识的应用和解决实际问题的能力更好，学习效果较好。大班课学生学习效果不理想的原因，一是忽略了学生的从众心里和自控能力不够；另一个是管理、评价机制不全面。一开始在线上学习中，只是在平台布置学习任务，讨论区发布相关专题或前沿性等话题，布置相应作业，发布相应测试题，学生完成度不高。经过不断反思、总结，建立小组学习及管理，每个小组3～4人，选好组长，组长进行全面关注，管理、了解组员线上学习完成情况、讨论区发言情况、测试、作业完成情况等，及时督促、及时反馈、及时汇报。翻转课、专题讨论课等，对授课的学生由原来的学生自愿报名到小组长参与再到上课随机点名进行持续改进，使学生的参与度得到提高，自主、自学学习能力得到提高，学习兴趣得到提升。另对大班课减少线上教学比例、翻转课和专题讨论课次数，增加板书式教学，目的保证整体学生的教学效果。

对线下教学多采用息化手段教学，提高学生的参与度、学习兴趣。对小班课可增加翻转课程和专题讨论课次数，提高学生个性化发展和探究知识的能力。再就是建立物理化学讨论、答疑群等，以完善评价机制。

1.4 融入课程思政

将课程思政元素适时融入课程教学中，是一流课程建设的根本任务。旨在提升“学生的爱国热情、家国情怀，培养学生的职业素质、科研兴趣，建立正确得人生观和价值观”[5]。在课程思政教学过程中，开始采用的是嵌入式教学，将思政元素写入教案的每一章节中，上课时着重进行点出，这章的课程思政是什么，要达到什么目的，这种嵌入式教学，教条、死板，教学效果微乎其微，学生产生抵住情绪。经过反思、总结，现在将物理化学的发展史，科学家的奋斗史，物理化学教学内容蕴含的内在思政元素，生活、工作中的所见所闻，安全、环境、卫生等中的思政元素建立一个思政元素教学库。

在物理化学课程教学中，根据具体情况，适时引入课程思政元素。例如，讲课中，学生注意力不集中，学习积极性不高时，可引入一、两个小故事，来教育学生要有感恩情怀，激励学生努力、认真的读书。这种思政元素的引入很真实，可以从内心打动学生，更有利于提高学生的学习动力。讲到杠杆规则时，可以不显山露水的引入生态平衡、环境平衡，建立生态、环境保护意识，灌输青山绿水就是金山银山的理念。讲到热力学第一定律时，强调能量守恒的同时，引入节能减排，碳达峰，碳减排，将思政元素润物细无声的融入课程教学。诸如此类，在这种潜移默化的教学过程中，学生的思想在发生变化，学生会爱护花草树木,会将垃圾分类放入垃圾箱,下课时及时关闭教室灯，并带走教室垃圾，同学之间更团结等等。

2 教学模式重构

由传统的“灌输”式教学，教师讲学生听，转变为以“学生为中心”，进行线上、线下混合式教学，提倡教学模式采用课前、课中、课后的教学思路，培养学生自学和自主学习的能力、解决实践工程问题的能力，创新能力和探索能力，提高学生的学习兴趣。

2.1 课前预习

主要采用线上式教学模式，利用各类优质平台，如智慧树、雨课堂、环球网校、慕课、学堂在线、学银在线、超星尔雅网络通识课平台、优课联盟、好大学在线等等，完成预习学习[6]，对传统课堂教学起到“补充、强化”的增效作用，挖掘、培养学生在学习过程中的主动性和创造性。教师提前布置需预习的内容，上传预习要求，预习检测试题，要求学生在规定的时间内完成，也可要求学生对一些不是重点的知识进行视频学习，学生根据学习任务单自主学习课程资源，记录学习的疑问以及心得体会，师生在线答疑。教师根据学生存在的疑惑、对重难点的理解，及时调整上课的内容及重、难点。在课中，教师只进行归纳总结，或提问式教学，只需花几分钟时间将这部分内容完成。在课前预习中，教师要学会让自己去适应学生，带着学生走向知识，而不是带着知识走向学生，让学生适应自己，要授人以渔，而不是授人以鱼。课前预习主要是提高学生的自学学习和自主学习的能力，提高学生的学习效率。

2.2 课中教学设计

教师根据学生的预习情况，进行课中教学实施。在整个教学过程中始终“以学生为中心”。课中教师针对本章节重、难点，采用Flash动画仿真技术、多媒体技术、知识库技术等CAI教学方式培养学生的观察力和创新能力，提高教师把握课堂效率，提升学生学习能力[7]。课堂教学密切联系生产生活实践，安排讨论式学习环节，布置应用型比较强的主题小论文，专题小讨论，翻转课教学，激发学生学习兴趣，提高学生学习和思考问题的能力。

教师在教学过程中，对每个章节的教学进行教学设计，针对不同的知识点、在教学设计中要采用不同的教学方法。在教学设计中，首先教师要对教材有一个全面的掌握；其次教师对物理化学知识的起源、演变，经典论著等也要了解；再次物理化学在专业中的地位及与后续课程之间的联系也要做到心中有数。

2.2.1 提问式课程教学设计

在课中教学中，常采用提问式课程教学设计，教师提出问题，学生思考问题的解决方法，并能将相应的知识应用到实际中解决实际问题。例如，讲完熵判据，进入吉布斯函数和亥姆霍茨函数的讲解时，可以提出熵判据有何缺点？针对恒温、恒压(或恒容)、非体积功为零的变化过程，熵判据会有如何变化？等等。给学生几分钟时间，分组进行课堂小讨论。教师随机抽取学生回答上述问题，了解学生对问题解决的情况；教师总结归纳，引出吉布斯函数判据和亥姆霍茨函数判据。这样学生对这种比较抽象的概念理解会更深刻。再出几个实际变化过程，让学生根据所学知识，选取合适的判据判断过程进行的自发性，学以致用，大大提高学生的学习兴趣，有利于培养学生探究科学知识的意识和能力。

2.2.2 情景案例分析课堂教学设计

在课中教学中，当讲到某个知识点时，可以通过引入工业、生活等所见实际案例进行情景案例教学设计。如讲到热机、热机效率时，可引出生活中的热机有哪些？汽车、飞机、轮船是不是热机，其工作原理是什么？燃料产生的热，能否全部转化为功等等。讲到二组分合金相图时，提出保险丝的组成是什么？请用相图知识来分析保险丝为什么易于熔断。讲到凝固点降低时，提出冰箱拿出的冻肉等，如何尽快解冻，其原理是什么。通过这些情景案例教学设计，使学生动起来，课堂气氛活跃起来，从而大大提高学生的学习兴趣和学习积极性。培养学生思考问题的能力，分析问题、解决问题的能力，提高学生的创新意识。

2.2.3 理论-实践一体化课程教学设计

可以将理论-实践一体化教学引入课程教学设计中。讲到丹尼尔电池时，可以将原电池电动势测定的实验引入课程教学，课后在实验室展开原电池电动势测定实验；讲到表面活性剂的应用，可以通过Flash动画，演示润湿过程、乳化过程等；讲到二元液系相图时，可以引入有机化学实验的蒸馏、蒸馏原理，工业中的精馏、精馏原理等，让学生切实感受到物理化学专业知识的实用性，激发学生的学习积极性，培养学生解决工程实际问题的能力，同时使学生了解物理化学在整个专业中的承前启后作用，引领学生建立专业知识体系。

除了采用上述三种教学设计，还将科研、翻转课、小专题讨论、知识拓展汇报、课程思政等引入课程教学设计，并适时进行课堂测试，了解学生的学习情况。

在教学过程中教师要能激发学生的学习动机，唤起学生的求知欲，从而使学生能快乐的，兴致盎然地参与到学习中。这样教师在讲课时就需多鼓励学生，要学生多提为什么。学生提问题，不在乎提问题的正确性、逻辑性，而是提问题的独特性和创新性。

2.3 课后总结反思

一堂课结束，并不是真正的结束，教师通过智慧树、雨课堂、QQ群等引导学生总结归纳知识点，构建、绘制知识导图，布置相应章节的作业，对提交的作业进行批改。通过对知识导图的绘制和作业的完成情况，对学生进行个性化评价和反馈，从而掌握学生的学习情况和存在问题，并进行教学反思，对教学方法进行持续性改进。

教师可以在讨论平台提出与本章节内容有关的学科的最新研究进展课题，师生共同参与；教师可以引导学生上网收集相关文献，让学生整理、归纳，提出问题，教师、学生相互讨论，阐述各自的观点，开拓学生的眼界，提高学生学习的积极性和创新能力；教师也可将科研进入教学，提高学生的探究知识的能力和创新意识，还可将理论知识延伸到工程实例中，提高学生理论联系实际解决工程问题的能力。

3 课程内容与资源整合

热力学第一定律、热力学第二定律、化学平衡这三章的特点是公式多，逻辑思维强，在教学过程中可采用以传统的板书式教学为主，多媒体教学为辅，并适时引入信息化教学，对一些难理解的内容和一些前沿性和时代性的知识，通过智慧树、雨课堂、QQ群等引入，提高同学们的学习积极性和科学参与性。多组分系统的热力学这章的概念较抽象、相平衡这章的特点是以相图为主，这两章主要采用多媒体教学和混合式教学相结合的方法，传统的板书教学为辅的方式进行教学，把一些传统手段下难以表达的教学内容，或无法观察到的现象，能生动、形象、新颖、直观地展示出来，使学生可以在宽松、愉悦的环境中完成学习，从而提高学生的学习兴趣。电化学和化学动力学可以采用传统的板书式教学和多媒体教学相结合的方式进行。整个教学过程，将物理化学的新理论、新进展、任课教师的科研引入课堂，提高学生的科研兴趣和创新能力；将工程实际问题密切与理论知识相结合，使学生具有较扎实的理论基础，又有一定解决实际工程问题的能力。

4 多元课程考核评价方式建立

传统的课程评价方式是通过平时作业和期末考试成绩决定。这种方式形式简单，使学生不注重平时学习，期末考试时采用死记硬背的突击式复习，以及格为目的，不利于学生奠定扎实的专业基础，纯粹为考而学，不利于提高教学质量，不利于应用型和创新人才的培养。针对以上问题，我们提出了多元考核的评价方式，侧重过程性考核，线上学习15%(线上学习完成度+在线测试+学习笔记等)+线下学习25%(个人作业+小组作业+课堂出勤+课堂表现+课堂测试+课堂展示等)，期末考试60%。通过智慧树、雨课堂等信息化平台对学生学习情况的记录，教师能够较系统地掌握学生学习动态的全过程，能更加准确和客观地评价学生的学习效果，找出学生的问题所在，通过调整教学方法、教学设计，进行持续性教学改进。

5 结语

当前一流课程建设已成为高校课程建设的重中之重，物理化学是化学化工、材料、环境等专业的必修专业基础课，起着承前启后的作用，其重要性不言而喻。在物理化学一流课程建设与实践过程中，课程团队与时俱进，以立德树人为宗旨，转变教学理念，突出以学生为中心，将信息技术与课程教学相融合，将科研、工程案例引入课堂，进行线上线下混合式教学，从而有效地激发学生的学习兴趣，培养学生自主、自学学习能力，提高学生解决工程实际问题能力和创新能力。