产教融合背景下物理化学实验教学改革初探

＊王莉玮 黄雅丽 吴祥宗 徐清艳

（闽江学院材料与化学工程学院 福建 350108）

闽江学院坚持“不求最大、但求最优”的办学追求，坚持“应用技术型”的办学方向，坚持“适应社会需要”的办学特色，努力建设成为一所高水平有特色的应用型大学。相较于理论课程教学，实验课程更侧重于学生实践能力的培养，也是“德智体美劳全面发展”的新时代人才培养目标中“劳”育的重要组成部分，因此实验课程的教学目标包含理论知识，实验技能和持续学习能力三方面的培养，而实验课程的教学目标的达成程度取决于学生在实验课程中的参与和实践程度。

1.传统物理化学实验教学存在的“痛点”问题

《物理化学实验》是一门独立的基础实验课，是继无机化学实验、有机化学实验和分析化学实验等课程之后的一门综合基础课，它综合了化学研究中所需的实验原理和方法。这门课程主要是让学生掌握物理化学实验的基本方法和技能，培养学生能够正确记录实验现象和数据，并能正确处理实验数据和分析实验结果的能力，从而加强对基本知识的理解，并且掌握有关物理化学的基本实验原理和研究方法，提升学生解决化学问题的能力[1]。因此它在化学实验课程体系中具有重要的地位，可以帮助学生学会基本的实验技能，并能运用学到的理论知识和实验技能去解决一些实际的问题，对培养学生的创新意识、提升学生的综合能力有很大的作用[2]。

和无机实验和有机实验相比，物理化学实验的操作步骤相对较多，实验数据处理相对复杂，然而传统的实验课程教学模式主要以教师为中心，侧重知识和技能的单向输出和传递，而学生仅被动地作为课程的接收者和执行者，因此不论在学习动力、学习态度还是学习成效上均有明显欠缺。主要表现在以下几个方面的问题：

首先，实验教学内容难以激发学生兴趣。很多学校设置的物理化学实验项目一是缺乏专业特色而且实验项目之间没有联系，另一个是实验项目也以验证性实验为主，综合性和设计性实验涉及得较少[3-4]。对于验证性实验，大部分院校的教学内容均选择经典的实验范例，教学仪器也都很类似，甚至具体的实验步骤和实验思考题都基本一样，缺乏灵活性和选择性，留给学生能自主发挥的空间较少。另外一个主要问题是实验内容也与实际脱节，很难激发学生的学习热情，学生通常是敷衍实验操作，潦草书写报告，消极被动地完成实验课程。

其次，教学手段较为单一，缺乏启发和互动。教师的教学方法也基本上采用传统的填鸭式教学，实验课前将实验仪器和实验药品都准备好，在黑板上详细写好实验目的、原理、步骤以及数据处理方法等，认真讲解和演示实验所需仪器的操作等[5]。教师-学生之间是以单向传授和指导为主，缺乏启发和互动，这样导致很难引发学生的学习兴趣，往往为了完成学分而实验，完全处于被动学习的状态；老师与学生之间的交流也不多，老师也不能及时了解学生在学习中的薄弱环节，这样导致学生发现问题，思考问题和解决问题的能力不能得到提高，从而扼杀了学生的创新能力。

第三，考核方式单一以及缺乏学习成效的转化引导。传统考核方式通常由平时成绩和期末成绩组成，平时成绩主要通过学生的课堂表现和实验报告书写情况进行考核，这种方式不能完全体现学生的真实情况。从而会造成一部分学生实验过程中混水摸鱼，抄袭实验报告等[6]。另外，大多数高校的传统教学方式中往往认为实验课程成绩是课程学习的终点，这种单一的学习成效输出形式无法有效激发学习热情和培养持续学习习惯，缺乏后续的转化引导。

针对以上物理化学实验教学过程中存在的“痛点”问题，我们进行了一系列的探索和实践。

2.产教融合背景下的物理化学实验教学改革实践

首先，优化实验内容以提升学生学习兴趣。材料与化学工程学院下设应用化学、高分子材料与工程、轻化工程，制药工程和化学师范5个专业，物理化学是化学基础课，因此每个专业都需要开设物理化学实验课，我们并不是制订一个适用于所有专业的通用的教学大纲，而是根据每个专业的培养目标对物理化学实验的教学大纲进行调整并对实验内容进行优化。比如对于高分子材料与工程专业的学生来说，在进行黏度法测量高聚物的摩尔质量这个实验时，授课老师要有针对性地讲解聚合物的摩尔质量与低分子化合物的摩尔质量的不同，以及它对聚合物的性能的影响。

另外，我们还将老师的科研项目，“挑战杯”获奖项目，校企合作课题以及实验技能大赛的竞赛项目，融入到传统的实验项目中，把传统的验证性实验改造成更具综合性、创新性和实战性的项目，学生根据自己的能力和爱好可以选择不同的教学项目。这样学生就会主动地对实验产生好奇心，激起了想要探求实验背后知识的兴致。因此，通过物理化学实验中设置的验证性或演示性实验，学生掌握了基本的实验知识和基本的实验技能，而对于学习能力强、并对科研感兴趣的学生，则是有了一定的施展空间，从而实现了分层次教学。

例如物理化学实验中设置的综合性实验项目“光催化降解日落黄的研究”是以教师的科研项目和企业实际应用为基础设立的，并且此实验与当前的污水处理产业相关。通过这个实验旨在提高学生理论联系实际，培养学生动手能力，观察、解决问题能力以及创新能力。首先，近年来，水污染日益严重，污水处理是急需解决的问题。污水处理有多种方式，通过这个实验学生可以通过查找文献和对企业和行业进行调研，了解污水处理的方法并掌握光催化降解污染物的原理，并且根据所学知识选择合适的催化剂。而在确定了实验方法后，要根据所学的动力学和热力学的知识来确定实验条件，如溶液浓度，催化剂用量等，并且通过数据分析可以判断反应机理和反应级数。另外，污水处理的结果如何判定也是一个需要思考的问题。这需要学生运用以前所学的分析化学和仪器分析方面的理论知识来选择合适的方法进行测定。通过这一实验，可以锻炼学生使用仪器的能力，也能让学生意识到所学知识能够解决实际问题（如污水处理），并能让学生掌握控制光催化过程的参数以达到技术指标，因此培养了学生谨慎的实验态度，为学生将来的顺利就业工作打下一个良好的基础。同时通过这个实验的锻炼，学生对水污染和水处理产生了极大的兴趣，很多同学投入到了我院的“小海志”志愿服务活动，积极投入到护河活动中。另外通过这个实验教学也将绿色和环保理念植根于每个学生的心中，从而将课程思政与物理化学实验课程深度融合，不仅可以提高学生的专业知识和专业能力水平，还有助于学生树立正确的“三观”，培养学生的科学思维能力，激发学生的创新激情与潜力，把学生培养成拥有专业素质、道德品质、理想信念、科学素养的全面发展的新时代人才[7]。

虽然目前的实验设计还不能完全与实际生产一致，但是我们培养学生用所学的知识去解决实际生产生活中的问题，将相关学科作为一整套的知识体系，并把教学、科研、生产融合一体，从而激发学生的动手能力和创造能力，以达到应用技术型本科人才培养的需求，这也能提高学生对将来就业岗位的适应能力[8]。

其次，通过SPOC课程和翻转课堂改革教学方法，增加学习互动。实验课程的教学与理论课程的教学不同，实验课程需要学生亲手完成整个实验过程，它要求学生课前熟悉实验的原理、步骤、操作以及注意事项。传统实验教学过程通常是在实验课开始之前授课老师把实验原理，步骤，注意事项和数据处理方法在黑板上写好，实验员老师把实验所需要的实验药品和仪器准备好，上课时老师按照板书的内容详细地讲解一遍，然后学生根据老师的所讲内容“照方抓药”式做实验[6]。这种以老师为中心的教学方式会导致学生课前不好好地预习实验，就等着上课时老师讲解，然后依葫芦画瓢，按照老师讲解的步骤做。这种填鸭式的教学方式让学生感到实验课可以不用动脑思考，只是按照实验步骤操作一遍就算完成实验了，从而导致学生在实验中遇到问题时也不会去想为什么会是这样，可能直接就放弃了这个实验，再盲目地重做。因此我们摒弃以往课堂讲解实验内容、指导实验操作的模式，在慕课上设立了物理化学实验SPOC（Small Private Online Course）课程。老师将所有实验项目的实验原理、实验操作等内容做成视频并辅以讲义，在慕课上发布，学生可以利用零碎时间学习，同时视频可以更直观具体地演示实验过程，比单一的文字描述更容易让学生掌握，另外一个好处是视频可以随时反复观看，直到学懂为止。另外为了激励学生积极预习，对每个实验项目都发布测试题，并且通过采用限时答题的方式来防止学生抄袭，这个测试作为平时成绩的一部分，教师也可以通过学生的测试结果了解学生对实验知识的掌握程度和薄弱环节。

在实验课堂上教师也对常规的教学模式进行改革，从以教师为中心改变为以学生为中心，实行角色互换，把部分课堂交给学生，教师在课堂上随机点名学生讲解实验原理以及演示实验操作，然后教师根据学生的讲解和演示，以及预习测试情况进行补充，讲解知识前沿、操作重点难点以及注意事项，并解答学生的疑问，这样就调动了学生的积极性，主动参与实验。

第三，更新完善考核体系并对学习成效进行后续引导。传统教学模式中考核方式比较单一，我们最初采用的实验课程总评成绩包括平时成绩（80%）和期末考核成绩（20%）。平时成绩主要以实验报告成绩为主，随着改革的进行，考虑到过程性评价和形成性评价，平时成绩改为由学习态度（10%）、预习成绩（20%）、实验操作成绩（30%）、实验报告成绩（40%）[7]。但是此种考核方式的主观性较强，仍然需要构建科学、合理、公正、全面的过程性评价体系。因此，教师尽量对每一项考核内容的评分进行规范化标准化，以保证考核的公平性，并提高学生的积极性和实验能力。如可以通过SPOC课堂上的每课一测，观看视频个数与时间在慕课平台设置评分标准，然后系统自动打分。另外实验报告的评分也尽量详细化规范化，对每一项例如：实验目的、实验原理、实验步骤、注意事项、实验数据记录、实验数据处理和分析以及思考题等都明确一定的分值。还要通过对学生实验操作的规范性、实验完成的时间、实验卫生等几个方面对实验操作进行评分。总之，考核的设置不但要考核学生对理论知识的掌握与应用情况、实验基本技能、分析数据及解决实际问题的能力，而且还将学习态度、安全意识、环保意识、学术道德、学术规范等纳入实验考核中。期末考核通过试卷或小论文等实行非标准化考试评价形式，内容侧重于实验的拓展应用或实验改进等。

第四，物理化学实验课程的目的不仅是传授物理化学理论知识，更重要的是培养学生实事求是的科学态度、勤俭节约的优良作风、相互协作的团队精神以及勇于开拓的创新意识，并将其贯穿于实验教学全过程。例如，燃烧热的测定这个实验需要每15s记录一个温度数据，学生一定要认真细致地做好记录，培养了学生的严谨细致耐心的科研精神。另外这个实验通常采用的材料是苯甲酸和萘，其中萘的气味比较大，考虑到环保的问题，我们使用无毒无味的蔗糖来代替萘。对于物理化学实验而言，数据分析处理是个重要的环节，学生要学会与时俱进，学习并使用一些软件，并养成终身学习的素养。因此，通过实验课程的学习，学生不仅能够通过实践提升对于理论知识的认知，并能够提高德育水平，满足学校的“家国情怀，全球素养”人才培养目标。

另外，实验课程的考核成绩不应该是课程学习的终点，一方面，学好专业基础实验课可以成为参与大学生创新创业项目、“挑战杯”等学科竞赛的“前站”。通过物理化学实验的训练，学生更注重实验课程并且愿意在实验课程的学习上付出更多的时间与精力，从而提升了学生对实验学习的兴趣、积极性，因此学生会更积极参与一些实验技能大赛。另一方面，可以通过创新性或设计性实验提高学生的创新能力以及对知识的真正掌握和应用，有的学生在原有的实验基础上进行创新设计一个新的实验方案，去参加大学生化学实验创新设计竞赛。也有的学生通过物理化学实验开启了科学研究的大门，主动联系老师去申请大学生创新创业项目以及“挑战杯”等竞赛。

3.结束语

新工科背景下的人才培养模式是根据工程人才所必备的知识、能力、素质需求进行设计，改变以往的灌输式教学，提倡启发式或任务驱动式教学，学生通过学习不断提高自己的实践能力和工程创新能力，因此对实践课程教学提出了新的要求，高校教师依靠“产教融合”模式将企业、科研、生产三者有效转化，将实际生产中的实践经验和科研融入到当前的教育教学中，而物理化学实验作为化学相关专业的基础实验课程，在物理化学实验教学中开展“产教融合”的教学方式，有利于培养应用型技术性人才[8]。虽然我们在物理化学实验教学进行了改革和探索，改革措施已经有利于应用性人才的培养和开展“产教融合”式教学，仍然还有许多问题有待进一步解决。例如，综合性实验最好能与企业生产的实际应用操作技术对接，实现“产教融合”在教学内容与职业能力方面的对接，从而提高了学生的职业能力与职业素养，增强学生的核心竞争力，使学生高质量地就业，为高校进一步培养化学应用型人才提供了更多的可能。