“3+1”人才培养模式下物理化学的教学改革探索

储海霞，刘文杰

(1.常州大学怀德学院，江苏靖江214500；2.常州大学石油化工学院、食品学院，江苏常州213164)

“3+1” 人才培养模式是基于 “校企合作”理念，构建以实践能力培养为主线的独具特色的“应用型”专业人才培养模式。该模式是指在大学四年的前3/3.5年学习专业理论和基本知识，第4/4.5年在企业指导老师和校内指导老师的共同指导下，学生利用学校所学知识和理论，去企业完成实践活动，同时在实习的过程中，还需完成与专业、工作相关的毕业设计（论文）相关工作。这种培养应用型人才的模式简称“3+1”人才培养模式。这种培养模式就需要培养学生扎实的基本专业知识和灵活的应用能力。

物理化学是从物质化学变化与物理变化间的相互关系中，探索物质化学变化的一般规律的科学。物理化学是化工、高分子、制药等相关专业学生必修的基础理论课程[1]。作为四大基础化学之一，一般学生先修无机与分析化学、有机化学，在此基础上再学习物理化学，并完成相对应的物理化学实验。物理化学理论及实验是培养学生科学素养和创新能力的基础。物理化学涉及不少抽象的概念和原理，繁杂的数学公式推导、理想模型的建立等，锻炼学生的逻辑思维能力、思辨能力及综合运用知识等能力。物理化学实验的操作性非常强，其后续相关的综合实验和创新实验又能够极大的锻炼和提高学生的综合分析能力和解决实际问题的能力，有利于培养应用型人才的探索精神和科学素养，提高学生灵活运用理论知识的能力，满足现代社会发展对科研工作者和工程技术人员的创新、应用能力的要求。

目前，我国高等学校物理化学的教学工作经历了数十年的建设和发展，特别是近年来大幅度、大范围的教学改革的发展，使物理化学理论及实践教学的各个环节产生了巨大变化，教学水平有了显著提升。现代教育技术的飞速发展和大数据时代的到来使我们能够采用现代化的手段组织更高效、更丰富多彩的教学活动。但是，在进行广泛而深入的物理化学教学改革的同时，我们也清醒认识到，物理化学并非一门新学科，教学内容不能偏离其知识体系的根基和主干。针对物理化学的教学改革都应以应用领域的教学内容的适当补充和教学方法的改革为主，便于学生理解并掌握物理化学理论知识，并在此基础上，将理论知识迁移并应用到生活、实验、科研及生产实习当中，提高实践和分析解决问题的能力，利于应用型人才的培养[2]。

1 物理化学理论教学内容、教学方法及反馈改革

1.1 物理化学理论上课内容生动化

物理化学的知识体系逻辑缜密、概念众多、抽象难懂，低年级的本科生翻看《物理化学》 教材时，难免有看天书的感慨，作为任课老师有义务有信心有责任给学生上好物理化学理论课，让学生对物理化学由敬畏转化为心生喜欢，学好它用好它。比如，物理化学理论的第一课绪论就要开好头，除了讲解清楚授课的章节，作业提交方式，可以穿插讲解生动的案例。我们可以介绍一些物理化学家的名人小故事，既让学生了解到伟大科学家的卓越贡献，又让学生认识到这些科学家又是那么可敬可亲，离我们又是那么近。物理化学学科由来已久，在物理化学行业涌现出许多杰出的科学家，比如吉布斯、能斯特、阿伦尼乌斯等等，物理化学家们的生平轶事、科研贡献等[3]都是难得而宝贵的教学“活材料”。讲有趣的故事穿插到枯燥无味的公式推导当中去，公式立马就“活”起来了。名人故事的引入还能促使学生学习其优秀精神品质，为学生学生学习能力、专业素养、创新能力记忆综合素质的提升与培养创造条件[4]。

我们生活中其实有许多现象都可以用物理化学来解释的，我们讲授的不少知识点都可以跟现实生活联系起来，结合现代教学方法对物理化学理论教学内容的讲解创新，提高学生学习兴趣。比如南方冬天下雪结冰之前，在道路上撒工业盐，原理是物理化学当中稀溶液依数性的凝固点降低；昆虫可以在水面上行走、硬币可以浮在水面上，这些丰富而直观的界面现象导课资料其实跟讲解的表面张力有关。学生通过老师提出的身边的生活现象发现事物的本质，学生由被动学习转变为主动学习，促进物理化学的“有趣”教学。

高校教师在承担教学任务的同时，大多也进行本领域的科研工作，承担纵横向课题。在科研工作中有许多实验案例都会用到物理化学的基础知识。当这些亲手经历的实验跟物理化学理论课的知识点在课堂上相结合的时候，对低年级本科学生而言，就像开启了神奇之旅，打开了一扇了解未来所从事相关行业的窗户，让他们了解行业的最新进展和动态。比如在电化学部分增加锂离子电池和燃料电池等新型化学电源介绍，以开拓视野、启发思维[5]。

1.2 物理化学理论上课方式创新化

物理化学老教师喜欢用黑板全板书的方式进行授课，随着多媒体技术的普及，现在物理化学授课大多是多媒体结合板书的方式进行，但随着大数据时代的到来，及疫情期间线上课程的兴起，在线课程越来越受到师生的喜爱。老师可以利用慕课、爱课程、学堂在线等平台资源整合筛选出适合独立学院学生的课程章节，结合自己录制的在线课程，让学生在课前能够自主学习，做好预习工作，在课堂讲解过程中可以深入翻转课堂理念，让学生更主动的跟着老师的上课节奏。

根据对学院相关专业生源的了解，结合科研、生产、实习等典型案例，配合原理的生动动画，有机整合物理化学理论课教学电子课件，为生动有趣的理论课讲解提供优质教学资源。多媒体技术的发展使我们可以在较短的课程时间里安排大量的教学内容，使教学过程更加紧凑且丰富多彩，在提高教学效果、辅助教学等方面，多媒体教学具有传统教学方式无可比拟的优势。然而，无论如何，课堂上的电子文稿只是教师板书的一部分，只有通过教师精心的设计、教导和示范，才能使多媒体教学生动鲜活。作为育人者，要不加强自身的学习，积极地进行教学方法的研究和改进，努力提高教学水平和教学效果，有效地激发学生的学习兴趣，真正成为现代教学的灵魂。

1.3 物理化学理论学习反馈及时化

物理化学理论教学工作不仅仅是老师在课堂上讲，学生听得效果怎么样？学生有没有及时掌握相关知识点？有没有抓住重难点？这需要任课老师及时跟踪。在实际教学过程中，实践出这样一种可行方案：上新课之前，对上一次课根据重难点提出几个启发式问题，让学生去回顾，进行5～10min 的互动抢答。比如学到热力学章节中的化学反应热，可提出如下一个问题：①任一化学反应的Qp一定大于QV，对吗？ ②生成焓、燃烧焓、反应焓有何区别？它们有相等的时候吗？请举例说明。③燃烧焓中定义的完全燃烧中C、H、N、S、Cl 的最终产物是什么？ ④CH3OH(g)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g) 在25 ℃和1 标准大气压下放热393 kJ，问此值是否为CH3OH(g)的燃烧焓？根据学生积极回答问题，计入平时成绩，既让学生对上一节课的重难点做到心中有数，又能为评判学生平时成绩有据可依。

每上完一次课，都有针对性地给学生留课后作业，大部分是以课后习题的方式。学生在做题的过程中也是对课堂知识消化吸收运用的过程。教师在批改作业的过程当中，会发现学生集中出现的问题，可采取课后集中答疑或者在线答疑的方式进行针对性辅导。部分知识章节前沿知识发展迅猛的，则布置课程报告、课程综述或者课程论文等形式，引导学生主动拓展。

2 物理化学实验教学混合改革

2.1 线上预习线下实验教学模式

在学生进行物理化学实验操作过程之前，老师一般会进行知识点的讲解，包括实验目的、原理、操作步骤、注意事项、关键试剂及实验器材等，做重点讲解相关的理论知识及实验操作步骤及实验要点。老师所讲的相关理论知识，即是物理化学理论知识授课的重复，学生被动听课的效果甚微，做实验的时候，有些学生左顾右看，看别的学生怎么操作，他就怎么操作。根本搞不清实验做什么？为什么要这么做实验？我的实验为什么会成功/失败？因此，传统的物理化学实验教学已满足不了当代大学生多元需求[6]，应当发展物理化学实验教学方法，将现代教育技术应用于实验教学过程：实验原理采用多媒体演示结合板书录播成微课；实验步骤及其重难点采取录像形式进行规范演示。

学生进物理化学实验室之前，老师发布线上预习任务，学生带着问题，观看和学习并从相关教材、微课、视频中寻找答案，理解与之对应的理论课知识点[7]。学生可以利用碎片化时间进行理论及实验的预习工作；实验讲解过程中结合电子课件，生动讲解实验的重难点及其注意点，集中并简短地进行二次巩固。实验后期实验报告处理及时批改及反馈，通过QQ、微信等在线平台进行沟通交流，实现物理化学实验学习的三次巩固。

2.2 实验结果线上处理及评价模式

以往学生处理数据画图还要使用坐标纸，但是现在计算机软件处理表格已普遍化，学生可以使用Origin、Excel、Matlab 等软件进行数据处理和作图，实验报告可推行电子档，实现无纸化批改和存档。大数据时代的到来，给我们的生活带来冲击的同时，也给我们实验教学带来了诸多便利。物理化学实验结果的处理可以借助信息化平台实现对实验操作过程的记录和反馈，根据标准对实验过程进行科学评分，鼓励学生对实验结果进行分析讨论，尽早锻炼学生从理论、原理的角度剖析结果的能力[8]。师生根据得分情况和扣分点了解教学效果和不足之处，及时调整教与学的过程。

以往物理化学实验考核评价体系较为简单，主要由实验报告和实验操作成绩构成，但是学生在完成实验报告过程当中，容易抄袭他人，而导致实验报告大同小异，难以区分实验报告成绩，导致考核成绩与学生真正的表现存在差异，严重打击学生的积极性。基于此，物理化学实验课程可根据实验分类采取多样性考核：对于验证性的实验，采取虚拟仿真模拟、学生线上预习、实验操作、实验报告等多阶段考核；对于综合设计性实验，根据学生就业发展的需要，有针对性地设计实验内容和教学要求，并开展多元化评价[9]，实验采取文献报告、方案设计、实验操作、创新点、实验结果与讨论、在线实验报告等阶段考核。

2.3 实验与企业实习、科研及创新创业项目嵌入模式

课堂教学的时间是有限的，老师可以鼓励学生将课堂的兴趣延续到课外，鼓励学生通过参与校外的企业实习、学校支持的创新创业项目及老师的科研项目[10]。物理化学理论知识是学生走向工作岗位奠定的一块垫脚石，物理化学实验是我们学生走向实践工作的基础化训练，在学生学习物理化学理论及实验的过程中，积极创造条件，让学生参与到一些科研及创新创业的项目中来。化工专业的学生进实验室做实验，项目老师有时会设计化学产品的线路，例如苯加氢生成环己烷，是否可行呢？化学反应可否自发进行？需要什么温度？压力？是否需要催化剂？这就应用到我们物理化学当中诸多知识点，比如热力学三大定律、化学动力学中的活化能等。材料专业的学生在研制新材料的时候，指导老师会让其测试材料性能，其中通过接触角来表征材料的疏水性/亲水性，这其实就是我们物理化学界面现象章节所学习的润湿角及杨氏方程。通过企业实习、科研及创新创业项目的参与，学生对课本上的知识才能深深烙印在记忆深处，不至于很快还给老师。学生参与的项目将涉及到物理化学知识点的相关课题以报告形式上交。对于积极参与项目的学生可根据他的实习/项目报告，根据专业度及创新性占一定比例计入总评成绩。

3 结语

通过对独立学院“3+1”模式下物理化学理论及实验课程实现现代教学方法的实践及研究，打破传统的教与学模式，结合现代教学方式进行物理化学理论课的讲授，根据物理化学的教学内容和课程特点及学生的生源特性，设计切实可行的教学环节和建立行之有效的现代教学模式。多角度提高任课教师的整体、灵活把握课程的熟练程度，改变传统的教学理念，在现代教学方法过程不断产生教与学过程中摩擦的火花，充分调动学生学习的兴趣，提高学生学习的自主性。学生在现代教学手段的教学过程中，不再感觉理论课程的枯燥，激发启学生强烈的求知欲望，产生热爱之情，能够对物理化学产生兴趣，形成教学相长的良性循环。