新形势下物理化学教学的实践与探索

＊高峰 王梦凡

（云南大学自然资源药物化学教育部重点实验室 云南 650091）

物理化学不仅是整个化学学科的理论基础，还在诸如化学工程、制药工程、生物工程、材料工程、冶金工程、食品工程等许多工科专业的基础课和专业理论课学习过程中扮演了承上启下的重要角色。然而，因其本身具备概念抽象、推导过程复杂、公式繁多、学科交叉内容多、逻辑性强且实验条件苛刻等特点，物理化学这门学科的教学也面临着不容乐观的改革和挑战[1]。

传统的物理化学教学注重公式推导，主要教学方式为教师手写板书。在这样的教学方式中，教师和学生的大部分精力集中在写和抄，严重影响教学效率、较难激起学生学习兴趣。而目前广泛应用多媒体教学，尤其是网络在线教学的教学模式，虽然避免了大量的抄写工作，同时也带来了教学内容进度变快、学生注意力不容易集中等影响学习效果的问题。因此，我们要通过教学实践，对原有的教学内容和教学模式进行不断的改革和创新，才能保证学生可以有效学习到物理化学的核心内容，同时提高该课程的教学质量。

在本文中，我们通过近年来的教学实践和探索，分别从课程自身的改革、“课程思政”的融入及网络在线教学三个方面对物理化学课程的教学改革进行探讨，同时对物理化学之外的其他理科、工科基础课程和专业课程也能提供一定的借鉴和参考。

1.物理化学教学内容和模式的实践与探索

(1)理工科课程体系及物理化学教学内容

与化学相关的理科和工科专业的本科课程一般可以分为基础课、专业课和实践课三大类。基础课和专业课分别注重培养学生的基础理论知识和专业理论知识。而实践课主要分为基础实验、专业实验、设计实验及生产实验四大模块，注重培养学生的实验操作技能。物理化学不仅与有机化学、无机化学、分析化学并列称为“四大化学”，而且在本专业的教学过程中，还扮演了衔接基础课和专业课的重要枢纽的角色。同时，物理化学还对有机化学、无机化学、分析化学三大化学的基础知识进行综合，采用了物理和数学的方法来解决相关问题。所以，物理化学相对于其它化学专业课程来说，知识点会更加抽象和复杂，这也使得该课程的学习难度在无形中被增加。

目前，各高校物理化学课程的教学内容基本都是以理论讲解为主，以实验操作为辅。理论知识的教学模式以讲PPT的授课方式为主，同时辅助讲解一些具有代表性的计算题和思考题。然后通过相关的实验课程，在一定程度上提升学生对该课程的参与程度。但由于物理化学是一门以理论为主的课程，而物理化学实验部分也融合了大量数据收集和计算的工作，很难激发学生的学习兴趣和积极性，最终导致学生的学习效果和教师的教学质量都不够理想。因此，该课程的教学内容和模式亟需优化。

(2)物理化学教学内容和模式改革的基本设想

“物理化学”作为一门基础且极为重要的课程，以高等数学作为基础，对物理与化学两个学科内容进行了综合和整理，对学生的逻辑思维能力要求较高。物理化学教学始终是化学相关专业教学的重点和难点，许多高校教师都在对该课程的教学模式和内容进行不断改革和创新。以下将结合我们近年来的教学工作实践，总结出若干对该课程的理论部分和实验部分的教学内容和教学模式进行改革的设想。

①理论部分

在教学内容上，将各个不同工程专业的自身特点与物理化学的理论知识相结合，如对于制药工程、生物医学工程等专业的学生，可以借助生理盐水是为人体血液特别配制的等渗溶液来讲解渗透液原理的知识点、从简单的低共熔体系相图分析药物剂型改良的可能性以及观察具体药物的药效药期来掌握动力学的相关知识等[2-3]。将实例与理论相结合，借助制药、医学等领域的实例帮助学生学习和掌握物理化学课程中难以理解的知识点，带动学生对物理化学课程内容的学习兴趣，最终达到提升教学质量的目的。

在教学模式上，将学生学习方式由“被动式”转为“主动式”。当前高校物理化学课程普遍采用以“PPT+板书”为主的教学方式，最后借助闭卷考试的考核形式对学生的学习情况进行了解和统计分析。这种较为传统的教学模式使得越来越多的学生“被动式学习”和“应付性考试”，无法真正掌握物理化学这一学科的重点知识，教学效果也随之越来越差。因此，通过将学生的学习方式由“被动式”转为“主动式”（如采取“线上+线下”的授课模式、结合日常生活中的物理化学现象讲解理论知识等方法）以及转变学生的“应付性”心态（如采取提高小型考核频率、增加课后练习、写作与学生自身专业相关的课程论文等方法来激励更多学生进行自主学习），才可以有效帮助学生更深刻的认识和感受到物理化学课程的内在魅力，同时体会到学好该课程对其自身专业学习的益处，进而使更多的学生改变“厌学”心态。

在多组分体系固液平衡的相平衡教学中，我们结合一根冰棍的制作和品尝，生动地向学生讲解了多组分溶液相变过程中，溶质、溶剂、固溶体等先后凝固和融化的具体过程及相关知识。学生不仅意识到了相平衡的过程在日常生活中随处可见，同时也对多组分体系固液平衡的相平衡知识留下了更加深刻的印象和透彻的理解。

②实验部分

化学是一门以实验为基础的科学。化学理论来源于对化学实验的总结，实验课的锻炼对学生理论课程的学习起到了至关重要的作用。物理化学的实验不仅可以有效提高学生对该课程理论知识的学习和理解效果，还可以培养本专业学生对实验方法及操作技能的熟悉程度，有效提升学生的科研创新能力和科学素养，从而达到提高教学质量的目的。因此，伴随着理论课的内容与教学模式的改革，物理化学实验课程的改革同样刻不容缓。

在对工科专业本科生的物理化学实验部分的教学内容进行改革时，应该更侧重于化工、制药、材料、冶金、食品等具体专业领域的需求，通过提升实验内容的针对性，使教学内容对各专业的适用性得到提高。如对制药工程专业，设计“硫酸链霉素（一种氨基糖苷类抗生素药品）的水解速率常数测定”实验使学生将药物稳定性与物理化学知识联系起来；设计“测定多种药物的燃烧热”的实验使学生既掌握了燃烧热的物理化学概念，同时又将燃烧热测定与药物纯度分析联系起来[4]。类似这样对实验内容进行创新，可以帮助该专业的学生将各学科的知识进行关联，在提高学生学习兴趣和提高教学质量的同时，还能帮助学生对本专业有更加深刻的理解和认识。

在传统的实验教学模式中，教师将实验流程（如实验目的与原理、仪器使用、实验步骤、数据处理及注意事项等）以“灌输”的方式进行教学，对实验完成的评价都依靠提前设定好的实验结果。这使得学生对实验内容的理解仍然停留在理论层面，无法主动将理论知识运用到实验设计和结果分析过程中，科研创新能力更是不能得到提升。因此，通过在预习中加入思考和设计环节并进行课上讨论、将实验原理交给学习自主查阅文献并进行课上介绍等方式，使学生的学习态度由被动逐渐转变为主动，以达到提高实验课程教学质量的目标是有效可行的。

2.网络在线授课过程中的实践与探索

由于公共卫生环境的特殊变化，网络在线教学成为了绝大多数教师主动或被动的选择，这对倾向于公式推导过程的物理化学教学的传统方式具有不小的挑战。同时，对于实验课具有重要地位的理工科课程来说，完全的网络在线授课存在着降低教学质量的潜在风险。因此，如何在理工科专业课程中避免网络授课的缺陷，尽量发挥网络授课的长处，在保证教学质量不下降的同时，还能挖掘出新的授课和学习方式，提高学生的学习效果，成为了各高校教师们当前面临的一大难题。基于此种情况，我们对如何以网络在线的教学方式进行物理化学的教学，进行了实践与探索。

(1)教学内容方面

发挥网络教学的长处，将物理化学理论内容中的知识进行筛选和调整，比如可以将每章节的内容进行梳理，并将重点知识以便于在多媒体上展示的思维导图的形式展现给学生。使学生先对整体知识框架进行了解，再具体学习和掌握每个知识点的详细内容，从而对各部分内容之间及内部的理论联系产生客观理解，最终体会到这门学科的内在奥秘。同时，将物理化学的理论内容尽可能多与实际生活相联系，如通过视频的形式将冻梨放入凉水可以加速融化这一常识进行直观的演示，使学生更易理解和掌握“梨中含有蔗糖等溶质，会使其冰点下降，从而融化更快”背后的稀溶液凝固点降低理论，吸引学生学习兴趣的同时有效提高教学质量。

(2)教学模式方面

完全的线上模式给教师和学生之间带来了明显的距离感，对学生自主学习的态度和毅力产生了极大的考验。因此，对现有的传统课堂和“线上+线下”混合式教学模式进行改革，提出一种更适合新时代、新社会，并能在今后的教学中形成一种常态化的在线授课的教学方式，成为高校当前教学研究的一个重要内容。在一个学期的物理化学课程教学实践中，我们采用了以“腾讯课堂平台+QQ学习群+学习通APP”相结合的方法，辅助网络在线授课的开展和进行，以达到有效保证学生学习效率和课程教学质量的目的。

①课前预习

在课前，我们对物理化学中每个章节的重点知识进行框架梳理，同时提出针对性的思考题或讨论题，提前1-2天发布在“QQ学习群”并通知学生们按时完成。另外，在课前预习的过程中，我们将一些相关的视频及重点知识框架发给学生，激发学生对物理化学学习兴趣的同时使学生对即将要学习的内容有了大致的了解，从而帮助他们更快、更高效的学习物理化学的内容。我们还将学生分成多个小组，以“小组交流”的形式引导学生尽量自主解决在线自学过程中遇到的难题，最后收集归纳学生无法自己解决的难题，统一进行讲解。这种方式一方面提高了学生学习的自主性和学习效果，也使我们更精确地掌握了学生学习的难点，从而集中力量讲解这些难点。

②课中学习

在课中，我们根据提前上传的课件PPT、练习题、相关内容的视频图片等，在“腾讯课堂”平台进行网络直播在线教学。在教学过程中，随时进行提问的同时，也鼓励学生随时发言，与老师进行直接互动。借助后台大数据，能够方便地对学生到课率、上课活跃度进行统计和分析，节省了以往授课中需要教师逐个记录的时间。

③课后复习

在课后，借助“腾讯课堂”平台的课程回放功能，将整个授课过程以视频形式保存下来并上传至QQ学习群中，方便学生进行复习。有效帮助学生更好的掌握物理化学内容的同时还可以减轻教师的教学负担，这是线下课堂无法做到的。部分作业和思考题发布到学习通APP中，可以由软件自动完成批改和成绩统计，大幅提升教师工作效率。根据统计出的错误人数较多的题目，以及学生主动在QQ学习群里提出的问题，教师能够准确掌握学生的学习效果及没有掌握的易错难点。

(3)教学考核的改革

每章节学习结束之后，在学习通APP设置十道题左右的小型考试，一方面可以阶段性的督促学生加快学习进度，另一方面还可以及时得到学生对每章节内容的掌握情况。另外，老师可以将最终成绩的分配比例进行适当调整，如在最终成绩中增加上课活跃度、课后作业完成度、分组讨论发言频率、章节小考等考核项，然后将期末考核的比重降低，将平时考核比重提高（如将“到课率、上课活跃度、章节小考、期中考、期末考”以“5%、5%、10%、30%、50%”的比例进行学生最终成绩的计算），以达到可以实时了解学生学习情况从而改进教学模式的目标。

3.总结

作为经典的理论基础课程，物理化学不仅自身需要不断地改革和进化，还要面对大类招生、网络授课等新形势和新挑战。教师作为教学的主要实行者，也需要不断改革自身的教学内容和教学模式，以适应新的要求。在越来越多的高校进行大类招生、化学本专业逐渐对应用类型和工程类型等方向的倾斜，也对物理化学的教学提出了新的要求，亟需探索对该课程的教学方式和方法的改革。在本文中，我们通过近年来的教学实践和探索，分别从课程自身改革、大类招生背景、网络在线教学三个方面探讨对物理化学课程的教学改革，对物理化学之外的其他理科、工科基础课程和专业课程也能提供一定的借鉴和参考。