应用型本科高校生物工程专业物理化学课程教学改革实践

陈灼娟

（福州大学至诚学院，福建福州 350002）

为了适应经济发展和产业发展的新形式，应对新一轮科技革命和产业革命，教育部、发改委和财务部于2015年10月颁布了《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》，大力推进创新型、应用型人才培养。应用型人才既要具备牢固的理论基础和专业素养，又能将理论应用于实践生产，愿意服务于基层社会[1]。物理化学研究化学反应的普遍规律，有助于培养科学思维、逻辑推理能力，提高学生分析问题和解决问题的能力，为学生的科研实践打下基础[2]。物理化学是我校生物工程等相关专业的基础课程，64学时，分两个学期学习，为生物工程相关专业课程的学习奠定化学基础。该课程理论性强，概念抽象，公式定律多，数学推导繁杂，计算量大，相对枯燥[3]。作为非化学专业的学生，化学基础相对薄弱，加之学时限制，学生普遍感到吃力，产生畏难情绪，学习效果不佳。另外，经典的物理化学教材涉及生物领域的内容少，理论与专业实践结合弱，导致学生学习兴趣不高，创新能力不足，缺乏工程实践能力。教学团队采用线上线下相结合的教学模式，以培养科学素养和工程能力为目标，改革教学方法和课程考核方式，以满足“新工科”工程应用型人才培养的需求。

1 立德树人，挖掘课程思政案例

立德树人是国家教育的根本任务，课程教育不仅要培养学生的专业能力和科学精神，还要进行价值塑造，激发学生的爱国情怀和责任担当，达到润物细无声的育人效果。根据《高等学校课程思政建设指导纲要》中的指导意见[5]，课程团队梳理和补充课程内容，实现思想政治教育和知识体系教育的有机统一，进而达到育人和育才的统一。物理化学课程在教学设计中，不仅要注重学生思想品德素质的塑造，还应该着重培养学生的学科创新思维、科学素养、解决分析问题的能力和终身学习的能力[6]。物理化学理论的发展过程中，涌现出如焦耳、阿伦尼乌斯、范特霍夫、吉布斯、克劳修斯等杰出的科学家，他们追求真理的探索精神、严谨的科研态度、百折不挠的惊人毅力，是进行价值熏陶、品格培养的良好素材。物理化学各章节理论知识中也蕴含着丰富多样的思政案例。在讲授热力学知识时，用第一类永动机的实例，提升学生的哲学思辨能力；运用马克思主义原理理解热力学原理，提升学生科学思维能力；利用能量守恒定理，阐述生态文明、绿色发展的理念，提高学生的民族自豪感和认同感。化学动力学学习过程中，介绍纳米材料的研究进展及应用，让学生认识到学习物理化学的重要性。表面化学章节学习中，引用诗人描写露珠的美妙诗句，引申出其背后蕴含的表面物理化学原理，陶冶学生情操。胶体化学部分的知识，可以解释新冠病毒在气溶胶中传播的原理，了解疾病预防的相关知识，引发学生思考。结合生活现象与专业知识讲授物理化学，紧跟时事热点，追踪前沿技术，适应时代需求，培养新世纪高素质的应用型人才。

2 采用线上、线下有机结合的教学模式

建设多元化的教学模式，将线下课堂教学、线上网络教学有机结合。充分发挥线下课堂的主战场作用，采用案例教学、启发式教学、翻转课堂等教学手段，确保学生对物理化学基本概念、知识和原理的牢固掌握，帮助学生理清学科线索，打好坚实的理论基础。线上网络教学作为线下课堂教学的重要补充，提供丰富多样的学习资源，夯实知识，拓宽眼界，满足学生的个性化需求。建设超星线上教学资源库，分享教学大纲、教学PPT、慕课视频、科普视频、教学图片、科研文献等教学资源，设置线上作业、单元小测、讨论话题等模块，实现线下课堂与线上课堂互补，创造“随时”“随身”的学习环境[4]。教师布置课前线上预习任务，鼓励学生自主预习、独立思考。学生通过线上作业与单元小测巩固知识，发现知识缺漏。教师及时监控学生学习情况，进行教学计划调整。线上与线下教学深度融合、优势互补，提高了学习效率和学习效果，促进学生实践能力和综合创新素质的全面提升。

3 改革教学方法

3.1 案例式教学，激发学习热情

物理化学理论知识不仅可以解释各种生活现象，还为后续专业课程的学习奠定基础。案例式教学不仅可以提高学生的学习兴趣，还可以提升工程实践能力。积雪融化温度降低、粉尘爆炸、人工降雨、结冰要撒盐、液滴呈球形等具体事例，可以激发学生学习物理化学理论知识的兴趣。物理化学与生物化学、化工原理、生物反应工程、发酵工程、生化分离工程等专业课程结合紧密，在教学过程中引入专业课知识，加深学生对专业知识的理解，激发学生学习物理化学的热情。例如在讲授电化学这一章节时，可以介绍生物传感器的研究和应用，了解生物领域的发展前沿。在学习相平衡理论知识时，结合生化分离工程课程的色谱分离、生物物质萃取、蛋白质结晶的应用展开讨论。在讲述界面现象时，介绍表面活性剂在生物分离过程中的应用。化学动力学章节中，光反应可以与光合作用中的光反应结合讲授；生物酶催化的原理则可以应用催化反应的相关理论进行解释。胶体化学的知识则可以解释蛋白质的胶体现象，并了解盐析的分离原理。将理论与专业实践相结合，可以解决理论课程教学与专业脱钩、应用性不强、内容相对枯燥等问题，帮助学生了解物理化学的应用，拓展学生知识面，激发学生探究精神，提升实践应用能力。

3.2 翻转课堂，学生为中心

信息技术的快速发展，为教育改革和发展提供了有利的条件。以教师为中心单向输出的传统教育模式难以调动学生学习的积极性。MOOC 等优质教育资源的开发和共享，为学生自主学习提供了有利条件[7]。翻转课堂将课堂的主体由老师转移给学生，学生在课前完成自主学习，与小组成员展开研究讨论，形成研究成果，并进行展示。翻转课堂有助于培养学生的自主学习能力，实现知识内化，提高学生素养，提高创新品质[8]。在物理化学教学过程中，翻转课堂以两种形式组织开展：①学生制作思维导图，进行分享。思维导图可以帮助学生理清知识点之间的逻辑关系，构建系统地理论知识框架，利用图形工具实现快速记忆，提高学习效率。思维导图的课堂分享，可以培养学生的创新思维，提高思辨能力。②围绕生命科学中的常见问题，例如DNA 双螺旋模型；人体代谢中的糖酵解反应，中间产物和酶浓度呈周期性变化的现象；酶失活；溶血现象；蛋白质微乳分离技术等课题展开小组研究讨论和PPT 展示，引发学生深度思考，开拓学生思维，实现高阶性的发展。将物理化学中的知识点与生物科学领域的现象案例相结合，通过查阅文献资料、整理加工、消化总结，分析陈述，提升了知识的应用能力。

4 考核方式改革

心理学家列夫•维果茨基认为，教师要了解学生的潜在发展水平，寻找最佳发展区，促进学生的发展。大学生处于人生发展的关键阶段，是世界观、人生观、价值观形成、发展和成熟的关键阶段。有效合理的考核方式，可以促进学生的全面发展。传统教学中仅以期末考试成绩作为依据，难以激发学生的学习热情，无法全面评价学生对知识、技能的掌握情况。通过教学改革，改变单一化的评价方式，建立多元化、多维度的综合评价体系。注重过程考核，督促学生在课堂上积极参与课堂活动，及时巩固知识、通过小组任务，增强查阅文献、整理资料、团队协作、语言表达及科研创新等方面的能力。利用超星数字化平台，对学生学习的主动性、持续性、课堂参与度、思维能力、交流协调能力及知识掌握程度，进行个性化的综合评价，将教学考核评价分解到课程教学的全过程中，充分发挥考核对学生学习的引领作用。

5 教学改革成效

在新工科背景下，对接福建省生物、医药、食品产业的发展方向，物理化学课程通过教学改革，采取灵活多样的教学方式，增加课堂的活跃度，逐步推进翻转课堂教学模式，将学习的主动权交给学生，激发学生学习自主性和积极性，使学生在掌握理论知识的同时，增强实际应用能力。经过多轮的教学改革实践，取得了较好的改革成效。

1）学生对物理化学的基础知识有了较系统的掌握，课堂活跃度明显提高，思维能力、创新能力提升，物理化学课程的期末考试成绩较往年有所提高。

2）翻转课堂、任务驱动、探究性学习等应用于课堂，充分调动了学生的课堂参与性。学生分析问题、提出问题、解决问题的能力得以锻炼，专业知识得以巩固，专业综合知识的运用能力提升，较好地完成了应用型人才培养目标。

3）学生实践创新能力提升。在深度理解物理化学知识的基础上，将物理化学灵活应用于专业课程及创新创业实践活动。将化学动力学、表面化学、界面化学、电化学等知识与生物分子结构、微生物发酵、生物分离纯化、生物分子的表征等实践应用相结合。鼓励学生积极参与教师科研、互联网+大学生创新创业大赛等实践活动，培养新时期有能力、有素质、有理想、有抱负的高素质工程人才。