導(dǎo)語：材料專業(yè)物理化學(xué)實驗改革研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:基于“新工科”和“雙一流”建設(shè)的背景及要求，針對材料專業(yè)物理化學(xué)實驗教學(xué)中的問題，通過教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、課程思政及英文教學(xué)等方面對于實驗課程進(jìn)行改革探索，兼具“科學(xué)”與“工程”特色，不斷革新實驗內(nèi)容、改革教學(xué)模式、融入課程思政及探索留學(xué)生培養(yǎng)模式，對于工科專業(yè)基礎(chǔ)實驗課程改革提供參考，并為“卓越工程師”的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:材料專業(yè);物理化學(xué)實驗;教學(xué)改革

自2017年2月以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”，“天大行動”和“北京指南”。隨著2019年以來“雙一流”建設(shè)的如火如荼開展，對于新工科建設(shè)提出了進(jìn)一步的挑戰(zhàn)，特別是高校的實驗教學(xué)，這種實踐性要求比較高的課程［1－2］。物理化學(xué)實驗作為化學(xué)、化工、材料、藥學(xué)等專業(yè)的必修基礎(chǔ)實驗課程，是一門兼具理論知識和實踐應(yīng)用的課程，特別突出強(qiáng)調(diào)實踐性，是培養(yǎng)學(xué)生一絲不茍的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的實驗作風(fēng)以及靈活創(chuàng)新的分析和解決問題能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。然而，現(xiàn)在的物理化學(xué)實驗內(nèi)容多為較傳統(tǒng)實驗，以驗證性實驗為主，且與實際生活關(guān)聯(lián)性較小，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力;教學(xué)模式較單一，多為“填鴨式教學(xué)”，課堂上教師講解和演示操作，學(xué)生只是掌握了基本的實驗操作技能，不利于思維創(chuàng)新能力的培養(yǎng);課堂講解多為枯燥的實驗相關(guān)的單一理論知識點(diǎn)，很難保證學(xué)生時刻集中注意力，不利于知識的學(xué)習(xí)及綜合運(yùn)用知識能力的培養(yǎng);此外，目前多為中文教學(xué)或者中英雙語授課，不利于留學(xué)生的培養(yǎng)及本土學(xué)生全球視野的培養(yǎng)［3－4］。因此，針對目前物理化學(xué)實驗課程的現(xiàn)狀，基于“新工科”與“雙一流”建設(shè)的背景及要求，通過對物理化學(xué)實驗課程教學(xué)過程中的經(jīng)驗積累及學(xué)生反饋情況，對于材料專業(yè)的物理化學(xué)實驗課程進(jìn)行改革已是當(dāng)務(wù)之急，刻不容緩。本文主要通過實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、課程思政及英文教學(xué)等方面進(jìn)行改革探索，旨在推動材料專業(yè)物理化學(xué)實驗課程的不斷革新，為新時代德才兼?zhèn)涞摹白吭焦こ處煛钡呐囵B(yǎng)助力。

1創(chuàng)新實驗內(nèi)容，兼具“科學(xué)”與“工程”特色

傳統(tǒng)的物理化學(xué)實驗主要包括熱力學(xué)、動力學(xué)、電化學(xué)、表面化學(xué)(膠體化學(xué))和物質(zhì)結(jié)構(gòu)五個部分的內(nèi)容，從五個方面選取部分實驗讓學(xué)生進(jìn)行操作及學(xué)習(xí)。實驗內(nèi)容多為驗證性實驗，上課時學(xué)生只需根據(jù)實驗方案，并按照老師講解及演示進(jìn)行操作，學(xué)生能夠掌握實驗操作技能，但缺乏對于實驗的認(rèn)知與思考，不能激發(fā)學(xué)生的思考與創(chuàng)新思維。由于實驗內(nèi)容偏理論，且實驗試劑多為日常生活中并不常見物質(zhì)，不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從而導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏積極性和主動性。因此，我們通過“燃燒熱的測定實驗”對于物理化學(xué)實驗內(nèi)容改革進(jìn)行初探。傳統(tǒng)且經(jīng)典的“燃燒熱的測定實驗”測定的物質(zhì)為苯甲酸和萘，通過測定一種物質(zhì)的恒容燃燒熱，計算出量熱計的比熱容，然后再通過測試和計算得到另一種物質(zhì)的燃燒熱。本實驗可以培養(yǎng)化學(xué)專業(yè)學(xué)生的一系列基本實驗技能，是理科的經(jīng)典實驗，但是作為材料專業(yè)的工科學(xué)生，既要掌握基本的“科學(xué)”技能，又要具備“工程”實踐能力，因此，本實驗將苯甲酸和萘換成了木頭、煤炭和木炭，以日程生活最常見的“燒烤”引入，提出問題:為什么我們燒烤采用木炭作為燃料，而不使用煤炭和木頭呢?學(xué)生會從多方面進(jìn)行回答，如木頭容易將食物表面燒糊，煤炭煙塵比較大等，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生哪種燃料的熱值比較大呢，學(xué)生會猜測可能是木炭，那么我們通過實驗進(jìn)行驗證，所謂的“熱值”就是實驗中我們要測定的“燃燒熱”，通過實驗測定三種可燃物質(zhì)的燃燒熱，并從科學(xué)角度回答日常生活中的問題。為了充分鍛煉學(xué)生的動手能力，實驗準(zhǔn)備了木棒、煤塊和木炭塊，并準(zhǔn)備了刀鋸和錘子，學(xué)生需要自己將樣品制作成1克左右的小塊，因此，學(xué)生紛紛動手使用刀鋸將木棒鋸成1克的短棒，用錘子將煤塊和木炭塊分割成1克左右的小塊。學(xué)生在制備樣品過程中體會到了“勞動”的樂趣，也為以后的工業(yè)實習(xí)奠定了實踐基礎(chǔ)。實驗中通過稱量、充氧、使用量熱計測定溫度變化，將“科學(xué)”基礎(chǔ)理論與“工程”實踐相結(jié)合，通過實際動手操作并計算實驗結(jié)果回答了日常生活中的實際問題，提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，并且有利于提升學(xué)生的思維和創(chuàng)新能力。

2融入“微課”和“雨課堂”的混合教學(xué)模式創(chuàng)新

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式為課前學(xué)生根據(jù)教師提供的實驗方案進(jìn)行預(yù)習(xí)，課堂上教師講解并演示操作之后，學(xué)生動手實驗，課后提交實驗報告并進(jìn)行成績評定。這種教學(xué)模式導(dǎo)致學(xué)生預(yù)習(xí)效果不佳，課堂上師生互動較少，課后缺乏總結(jié)與思考，且對于學(xué)生成績的評定不夠全面。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”及信息技術(shù)的發(fā)展，探索將“微課”和“雨課堂”融合進(jìn)行混合式實驗教學(xué)［5］。課前將實驗操作錄制成“微課”，通過“雨課堂”發(fā)布學(xué)習(xí)資料(包含微課)，學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)資料進(jìn)行預(yù)習(xí)，可利用碎片化時間觀看“微課”進(jìn)行學(xué)習(xí);課堂上通過“雨課堂”進(jìn)行測驗，了解學(xué)生預(yù)習(xí)效果，并通過一些設(shè)計性題目進(jìn)行互動交流，同時也可通過“微課”學(xué)習(xí)實驗操作細(xì)節(jié);課后教師發(fā)布試卷，學(xué)生可以對于實驗進(jìn)行總結(jié)與思考?！拔⒄n”可以輔助學(xué)生實驗操作的學(xué)習(xí)，“雨課堂”可以翔實地記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡，教師可以如實掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)。通過“雨課堂”發(fā)布調(diào)查問卷，約91%的學(xué)生認(rèn)可這種教學(xué)模式，認(rèn)為混合式教學(xué)能夠很好地輔助實驗教學(xué)。因此，通過將“微課”和“雨課堂”融合，能夠?qū)ⅰ罢n前－課中－課后”進(jìn)行串聯(lián)，延長了教學(xué)的時間與空間，跟蹤了學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡，對于學(xué)生的學(xué)習(xí)評價更加全面，從而促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，并培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力。

3融入課程思政，培育家國情懷

作為一門基礎(chǔ)的實驗課程，物理化學(xué)實驗很多經(jīng)典的理論都是通過反復(fù)的實驗測試及驗證而得到的?？茖W(xué)家們在發(fā)現(xiàn)各種真理過程中，付出了巨大的心血，為科學(xué)和社會的發(fā)展做出了重大的貢獻(xiàn)。在“燃燒熱測定”的實驗中，講到量熱計的原理及使用時，向?qū)W生講述量熱計的發(fā)明及發(fā)展過程。最初是由法國化學(xué)家拉瓦錫和拉普拉斯通過簡單的將小鼠置于冰塊做成的中空容器中，通過向裝置里通入氧氣，小鼠呼吸產(chǎn)生熱量將冰融化成水，測定水的質(zhì)量來計算小鼠產(chǎn)生的熱量，被稱為“冰量熱裝置”。后面通過科學(xué)家們的不斷探索，才有了我們現(xiàn)在的氧彈式量熱計。在我們實驗中的小小設(shè)備都是經(jīng)過了多人多年的努力才發(fā)明創(chuàng)造出來的，作為新時代的大學(xué)生，我們要勇于創(chuàng)新，特別是在現(xiàn)在百年未有之大變局的國際形勢下，學(xué)生作為祖國的未來和棟梁之才，更應(yīng)努力學(xué)習(xí)，腳踏實地，不斷實踐探索，為“中國創(chuàng)造”添磚加瓦，為國家發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。在每個實驗的實驗原理、實驗設(shè)備及裝置或者實驗操作中引入課程思政，以“潤物細(xì)無聲”的方式將家國情懷融入課堂，融入到學(xué)生的思維中，從而實現(xiàn)以德育人，培養(yǎng)高素質(zhì)“卓越工程師”［6］。

4全英文國際化教學(xué)，培養(yǎng)全球視野

南方科技大學(xué)自成立以來，一直提倡全英文教學(xué)，基礎(chǔ)通修課程與專業(yè)課程盡量為英文授課，包括學(xué)習(xí)資料、教師講義、課堂PPT及學(xué)生作業(yè)等。本實驗課程由于選課學(xué)生有2名國際留學(xué)生，采用全英文授課，實驗方案、講義、授課以及學(xué)生撰寫實驗報告均為英文。在教學(xué)過程中，課前要求學(xué)生查閱相關(guān)資料，用英文撰寫預(yù)習(xí)報告;課堂上教師講課為英文PPT及英文授課，師生互動為英文交流;課后學(xué)生需全英文撰寫實驗報告，能夠熟練掌握專業(yè)術(shù)語，為閱讀科研文獻(xiàn)和撰寫科研論文奠定基礎(chǔ)。通過國際化教學(xué)，培養(yǎng)了學(xué)生的全球視野，為學(xué)生閱讀科研英文文獻(xiàn)及更好地適應(yīng)科研生活奠定良好基礎(chǔ)，同時也為留學(xué)生教育的培養(yǎng)探路［7］。

5結(jié)語

通過總結(jié)材料專業(yè)物理化學(xué)實驗教學(xué)的現(xiàn)有情況，為了解決教學(xué)內(nèi)容單一、教學(xué)模式傳統(tǒng)、缺乏立德樹人理念以及留學(xué)生培養(yǎng)等方面的問題，結(jié)合多年的教學(xué)積累經(jīng)驗，緊跟“新工科”及“雙一流”建設(shè)的步伐，改革實驗教學(xué)內(nèi)容、結(jié)合信息技術(shù)引入“微課”和“雨課堂”進(jìn)行混合式教學(xué)、融入課程思政，全面育人并采用全英文授課，探索留學(xué)生培養(yǎng)模式。通過多方面的改革對學(xué)生進(jìn)行全方面的培養(yǎng)，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，培養(yǎng)學(xué)生的思維創(chuàng)新能力以及分析問題和解決問題的綜合能力，并且對于培養(yǎng)具有家國情懷及國際化全球視野的人才具有重要意義，為新工科實驗課程的教學(xué)改革提供參考。雖然改革取得一些成效，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，仍然需要不斷轉(zhuǎn)變教育思想，提升教育理念，不斷深化教育教學(xué)改革，為新時代人才的培養(yǎng)添磚加瓦。

參考文獻(xiàn)

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作者：李艷艷 葉飛 章劍波 程化 單位：南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系