培养应用技术型人才的物理化学教学改革探究*

张 婷

(湖北工业大学工程技术学院，湖北 武汉 430000)

《中国教育现代化2035》中明确指明发展职业教育，并持续推动地方本科院校向应用技术型大学转型。2022年1月，国务院新闻办公室举行《“十四五”职业技能培训规划》的吹风会上，汤涛、哈增友和刘康指出，未来国家需要的是创新型、应用型、技能型的人才。截止2021年9月，我国高等学校共计3012所，其中普通高等院校2758所，各种形式的高等教育在学人数约有4183万人，本专科生人数约占92.5%。如何培养这部分学生，使其具有创新性并成为应用技术型人才，值得教育者思考。为响应国家政策，顺应学校发展，物理化学作为理、工、医、农科的专业基础必修课程，更应首当其冲的改变教学方法，使其适用于应用技术型人才的培养，让学生在物理化学课程中学会创新思维，掌握实用技术。基于应用技术型人才培养下的物理化学课堂改革的具体方法，文献少有提及，这种方法的摸索，成为了物理化学教育工作者的新任务。

1 培养应用技术型人才的教学改革

我国作为制造大国，重工业是国策，“新工科”的推进已然指明工科教育改革的方向，培养具有工匠精神和工程伦理意识的技术型人才是势在必行的趋势[1]。我校物理化学教学为配合应用技术型人才培养，融合了线上线下混合式、案例式、任务驱动式[2]及项目导向式等多种教学方法，结合课程内容设计由小到大，由易到难的项目，并结合学生特点和社会需求实时更新项目设计。下面浅谈一下改革中实际实施的方案。

1.1 线上线下混合式教学的开展--改变传统教学模式

本校在开展基于应用技术型人才培养模式下的物理化学课程的教学改革时，摒弃了传统的线下教学，采用了线上线下相混合的教学模式，具体的开展方式如下。教师需提前一周，在学习通发布下次课的课本内容、教学PPT、教学视频、预习作业、待讨论的话题和待完成的项目等任务(此部分应避免与开展的物理化学实验重复)。学生在领到线上任务后，利用课余时间提前完成线上学习和讨论，并将学习时的疑问及时发到讨论区。学习本课程的学生可以根据自己预习和掌握的知识，尝试去回答讨论区中其他学生的提问。同时老师应该在线上引导及维护讨论区的发言环境，帮助学生建立起良好的线上学习氛围。课前教师通过追踪学生的线上学习数据，掌握每位学生的学习情况和薄弱点，有针对性的开展线下课程的授课准备。线上预习的开展，能让学生带着问题进课堂，让老师心中有数上讲台，避免大篇幅讲解学生已经掌握的知识。线下课堂，用更多的时间解决学生提出但未解决的疑难问题，启发学生思考课前布置项目的设计方案，讨论生活现象中包含的物理化学知识。这样的规划能增添课堂趣味性，增强教学效果，提升教学效率，真正的改变线下课堂持续讲解的教学模式。

课后，学生需开展项目的实践活动，将方案变为现实。在项目实践环节，若要求全年级学生同时参与同一个项目，容易引起学生反感，违背因材施教原则，无法推进教学改革。为解决这一问题，我校采用项目自由选择模式。每学期设计开展10个难易程度不同的项目，简易的有生活趣味小实验，将知识转化为产品，培养学生动手能力，向应用型人才方向培养；综合的有小型项目实验方案设计并制造，培养学生的创新思维，向创新性人才方向培养；难度较大的是接触工程项目，体验项目的进展过程，培养学生的工程意识，向技术型人才方向培养。每学期初始，在线上公示本学期即将开展的项目名称、内容、时间和限定人数，由学生根据自己时间和自身需求进行初选1～2个，在课程进展过程中可根据自己学习情况再做调整。项目选定后，线上公示每个项目的学生名单，组织学生组队，随着课程进度的推进，引导学生着手开展对应的项目。项目开展后，学生需撰写项目报告和制作项目分享PPT，其中项目报告应包括：项目基本信息、项目设计思路及实施方案、项目开展后的结果和收获，以及分析项目中所包含的物理化学知识点。制作的项目分享PPT，经过老师筛选和修改，在讲授对应物理化学课程的课堂上，由该项目小组的学生进行展示分享。学生在项目中的参与度和完成度，将计入本学期物理化学期末成绩。线下项目导向式教学模式的开展，能够帮助学生提高动手能力，引导学生独立思考且举一反三，带领学生了解工程项目，并提高其工程意识。在项目开展过程中着重培养学生的创新型和技术能力。在每章学习结束后，引领学生分组进行思维导图绘制，包括知识点、知识点之间的关联、知识点在各领域的应用及下一学年可以开展的项目设计等。让学生加入项目设计的任务中，可以使其反客为主，成为物理化学课堂真正的主人，同时以学生的角度设计的项目会更加贴合学生关注的专业方向和社会热点，有利于学生观察和创新。以上的实践内容，教师根据学生的完成情况及时给予评价和评分，所得成绩计入课程期末的总成绩。只有改变考核方式，才能改变培养模式。该方法已经应用到本校18到20级的本科生物理化学的教学中，相关专业的学生，学习积极主动性明显提升，他们开始关注更多的生活现象和更多有可能在物理化学课堂上实现的小项目，任何好的教学都应该是“授人以鱼，不如授人以渔”。

1.2 项目设计——培养应用技术型人才

物理化学公式多、逻辑性强，学生学习有难度，特别是对于基础较差的学生，容易引起畏难情绪，从而脱离课堂，如果能在章节学习开始前就引入一些有意思的趣味实验，作为小项目进行导向，能够引起学生关注，提高学习兴趣，牵引学生进入物理化学的课堂。等课程开展到第三章，学生有了一定的物理化学基础，此时可以加深项目难度，提升课程学习的挑战度，逐渐让学生学会检索自身知识体系，用于解决实际问题。下面列举一下，项目导向式在本校物理化学课堂改革中进行的情况。

项目举例一：制作斯特林热机。本项目的要求为：学生查找制作资料并列举制作材料、采买所需材料并通过小组协作完成热机制作，让自制的斯特林热机工作发电，最终点亮连接在斯特林热机上的LED小灯泡。热力学的公式多、概念多、逻辑性强，基础差的学生多次反映热力学的传统课堂枯燥、乏味且收获少，希望教师能够引入动手项目，提高课堂趣味性并联动知识点。这个项目的开展，能让学生主动的去探索热力学第一定律、热力学第二定律、斯特林热机和卡诺热机的区别和联系，从而挖掘卡诺热机的设计思路、工作原理、效率计算及卡诺定理和卡诺定理的推论等相关知识。学生通过动手制作斯特林热机，以及想办法让斯特林热机转动起来的过程，会明白卡诺热机公式说明中的，要想提高热机效率，应该提高高温热源和低温冷源，而不是改变热机内的工作介质或者减少热机摩擦等方法。设计制作斯特林热机的项目，将公式繁多的热力学变得生动有趣。本项目结束后，还能及时引入课程思政，科学是需要探索的，实践出真知。该项目的设计可以增强学生的动手能力和知识点的应用能力，为实现应用型人才培养模式打基础。

项目举例二：精油皂的制作。项目要求：利用蒸汽提取薰衣草、洋甘菊和马鞭草等植物中的芳香成分，通过冷凝回流得到对应的油水二相混合物--精油和纯露，结合表面活性剂知识及课外拓展制作精油皂。精油的提取能让学生更愿意翻阅相图知识，让冰冷的课本变得“有温度、有香气”。肥皂的制作让学生理解表面活性剂的概念，依照标准QB/T 2623.4-2003《肥皂中水分和挥发物含量烘箱法》和GB/T 6368-2008《表面活性剂水溶液pH值的检测电位法》，让学生检测皂基的水分、挥发物含量和pH值，找到合适的皂基配方[3]。最终根据学生的喜好加入精油，完成精油皂的制作。制作成功的精油皂可以联合学生的创新、创业项目，在校园和多个平台进行售卖，通过消费者的意见反馈在进行优化和拓展。这个小项目的引入，能够拉近学生和物理化学之间的距离，理解技能宝贵，快速进入以应用技术型人才培养的学习模式。

项目举例三：电池开发。项目要求为：制作能够提供1 V以上的电池。项目设计应逐步由简到难，重视学生创新思维的培养。在学习完电化学章节后，由学生开展电池设计并制作的项目，让学生逐渐脱离教师，根据课本知识和课外资料，自己计算所设计的电池的理论电压。在教师的看护下完成电池制作，并利用电压表粗略测定自制电池的实际电压(若电压较小可利用对消法测定)，最后将多个同款电池串联，点亮LED灯泡或让电子手表走动起来。项目的开展，伴随着学生实验的一次次失败，教师再此期间尽可能看护学生实验的安全，引导学生思考项目失败的原因，但不要一语道破，留些空间学生思考，帮助学生形成自主思考问题，讨论问题，解决问题的能力，并提高学生的逆商。学生通过一次次的努力，最终完成盐水电池、简易空气电池、硬币电池、水果电池、铜锌原电池的设计和制作。项目的成功增强了学生实操的信心，培养了学生的工匠精神。

项目举例四：阴极保护项目。本项目的要求为：在教师指导下参与城市基础设施的防腐工程中。物理化学教学改革，除了应引入一些有趣的小实验，引领学生快速进入物理化学课程，还需要设计一些复杂的工程项目，利用校企合作，产教融合，让学生逐步过渡到所学知识应该用于国家工业发展的意识上。在学习电化学中的电极极化章节时，可设计一个“如何保护西气东输的长距离输送管道？”的项目。学生查阅资料做出相关设计方案，教师批阅并引导学生思考后，带领学生去到实施管道保护的公司，进行短暂培训学习，并跟进项目，观看施工过程，回实验室开展便携式硫酸铜电极的制作。让学生明白物理化学中的电化学的相关技术可以作为一种金属防止腐蚀的保护措施，其中的阴极保护技术通过对被保护的金属设施施加足够的阴极保护电流，从而使金属设施的腐蚀速率大幅度减小，甚至是完全的停止[4]。管道在阴极保护技术下取得了可观的成效，所以该技术也广泛用于城市燃气管道、油气储罐、钢筋混凝土建筑等城市基础设施的保护中。在学生通过该项目了解以上现状后，还可安排本组实践的同学跟着管道检测的工作人员，利用PCM仪进行日常探查管道走向和涂层破损点的工作，让学生深入工程项目，接触企业，明白劳动光荣，创造伟大的理念，理解电极极化知识在工业上的贡献不可小觑，早日成为技术型人才。

本校开展的项目还有很多，例如在教授相律时，引领学生制作黄油，将淡奶油用打发器打发，打到奶油油水分离，将油脂全部聚拢分离出来，就得到了黄油，固定成型进行冷冻。学生在项目实践中，自然就明白了看似一相的液体也并非真为一相的道理，同时还能教会他们黄油的家庭制作方法，将学生培养为应用型人才。在教学真实气体液化条件时，带领学生探究二氧化碳超临界萃取的方法提取虾青素[5]；教学节流膨胀效应时，组织学生拆卸废旧的冰箱和分体式空调；教授稀溶液的依数性时，指导学生制作并分食冻梨，引导学生设计牛奶纯度检测的方法及冬天混凝土建筑施工的方案等。这些小项目的设计，既有趣还实用，即培养学生的动手能力，还引导学生积极思考，思考是创新的最大前提。

2 结 语

国家为了不断壮大应用技能型及创新性的人才队伍，营造更好的社会氛围，在《中国教育现代化2035》中明确提出了完善应用技术型人才培养体系，坚持就业导向，提高工作能力的教育特色。《专业技术人才知识更新工程实施方案》决定壮大高水平工程师队伍，推进分类分层的专业技术人才继续教育体系的建设。以培养高层次、急需紧缺的生物技术、新材料、新能源、绿色环保、航空航天等战略性新兴产业领域的人才，而这些专业的学生均需要学习作为专业基础课的物理化学课程。在物理化学课程中引入任务驱动式、项目导向式的教学方法，有利于促进应用技术型人才培养方案的实施，能帮助学生举一反三、触类旁通，更好的适应未来快节奏的工作环境[6]，更早的成为国家需要的技术型人才。物理化学教学的改革，能引领学生用物理化学的眼光探索生活和世界，提高学生学习的主观能动性，培育学生形成“劳动光荣、技能宝贵、创造伟大”[7]的价值观。随着物理化学教学改革的开展，我校学生对物理化学的学习热情逐渐高涨，成绩逐步攀升，学生评教分数也逐年增加，数据悄无声息的变化，正是对物理化学教学改革的肯定。工业4.0的到来，“新工科”建设的推进，又将推起物理化学教学改革的一个新浪潮。