基于能力培养的物理化学综合设计型实验教学改革策略

2020年第15期广东化工
第47卷总第425期 · 215 ·
基于能力培养的物理化学
综合设计型实验教学改革策略
秦鹂，毛晓明，李慧，李燕，梁亚琴
(长治学院化学系，山西长治046000)
[摘要]物理化学实验在化学及其相关专业本科实验课程体系中占有重要地位。

为满足能力培养需要，传统物理化学实验教学应当向综合设计型实验教学转变，实验教学内容应向生产实践和科学研究对化学提出的问题发展，课前、课中、课后相结合的教学设计用于引导学生自主学习并建立多元公正的全过程评价指标体系以评促学。

这一改革发挥了教师的引导作用，学生的能动构建作用，有助于提升教学质量，培养学生的应用能力和创新能力。

[关键词]教学改革；能力培养；综合设计型实验；物理化学
[中图分类号]G642.0 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2020)15-0215-02
Reform Strategy of Integrated Design Experiment Teaching of Physical Chemistry
Based on the Ability Cultivation
Qin Li, Miao Xiaoming, Li Hui, Li Yan, Liang Yaqin
(Department of Chemistry Chang Zhi University, Changzhi 046000, China)
Abstract: Physical chemistry experiment plays an important role in the undergraduate experiment course system of chemistry and related majors. To satisfy the requirements of ability cultivation, traditional physical chemistry experiment is transformed to integrated design experiment. Therefore, the content of experimental teaching develops to the questions raised by production practice and scientific research on chemistry, teaching design that combines the before, during and after class is built to guide students to self-regulated study, and the evaluation index system of overall teaching process with pluralism and justice is established to promote the development of students. This reform has fully played the guiding rule of teachers and the active construction function of students, which is benefit to improve teaching quality and cultivate the application ability and innovation ability of students.
Keywords: teaching reform；ability cultivation；integrated design experiment；physical chemistry
当今时代快速发展，经济社会对人才的需求也不断演进提升。

培养创新型、复合型和应用型人才是新时代我国高等教育的使命之一。

课程教学是人才培养的前沿阵地。

现代大学教学，学生是教学过程的主角，教师是教学过程的设计师。

教师开展教学内容、教学问题和教学组织形式设计，学生自主学习并实现个人发展。

培养“三型”人才要深化教育教学改革，提高大学人才培养质量，注重素质和能力培养[1]。

物理化学是面向化学、生物、材料、医药等专业开设的重要专业基础课程。

其采用物理学的理论与技术，借助数学方法探索、归纳和研究化学的基本规律和理论，解决生产实践和科学研究向化学提出的理论问题。

物理化学理论与实践联系紧密，课程的每个知识板块都有特定的实验与之相互补充。

物理化学实验综合了化学领域中各分支学科所需的基本研究手段和实验技能，对学生分析解决实际问题的能力、逻辑思维能力和创新能力的培养起着至关重要的作用。

目前，物理化学实验教学主要采用“教师传递-学生接受”的模式，不能发挥学生的主体作用，达不到能力培养目标要求。

因此，有必要构建体现学生主体地位，将知识、能力、思考融于一体的“综合设计型实验”教学模式改革，促进培养创新型、复合型和应用型人才目标的达成。

1 物理化学实验课程教学改革思路
物理化学实验教学内容多为传统、经典的验证性实验。

教学模式也多采用传统的实验教学方法。

教师讲解实验原理、仪器操作和数据处理方法后，学生按部就班进行实验操作，得出实验结果并完成实验报告。

教师通常根据操作技能和实验报告给予评价。

这种实验教学模式仅对学生进行了基本的实验操作技能训练，而且随着科学技术的日新月异和社会的快速发展，这些验证性实验内容单一陈旧。

因此，目前的物理化学实验教学并未将物理化学理论知识与实践有机结合，不能将传授知识转换为运用知识解决问题。

此外，实验课堂教学枯燥乏味，评价体系单一落后，难以调动学生的学习兴趣和积极性，降低了教学效果，达不到培养学生分析解决问题能力的目的，更谈不上培养学生的创新能力[2-3]。

理论课教学完毕后，围绕课堂教学中的理论知识提出应用实例中存在的问题，同步将学生吸引到实验室。

鼓励学生将知识、能力、思考融于一体，引导学生运用课堂学习的理论知识设计综合型实验。

通过实验现象的观察和分析，学生可以加深对物理化学理论知识的理解，而进一步利用理论知识解决实际问题将会提升学生运用知识的能力，真正实现实验课程与理论课程的有益互补，从而达成素质和能力培养的教育教学目的。

2 基于以学生为主体的“综合设计型实验”教学实施
2.1 教学内容改革
物理化学理论内容由化学热力学、化学动力学、电化学、以及表面与胶体化学等分支所构成，它们是化学相关领域生产实践和科学研究的重要理论指导。

评价催化剂的性能涉及化学动力学中化学反应速率和关于活化能的阿仑尼乌斯方程。

电池的设计、开发和优化需要电化学中能斯特方程和极化作用等基本理论的支持。

污水处理如水中污染物的吸附需用到表面与胶体化学这一部分的理论知识。

因此，物理化学实验教学内容可根据学科专业特点与学科前言衔接，向综合性、启发性、探索性和创新性的方向发展[4-6]。

在物理化学实验教学中引入日常生活、工农业生产和科学研究实例，从具体的问题中提炼出科学模型，并对模型进行分析，引导学生设计成相关综合型实验。

前沿新颖的实验教学内容不仅可以推动物理化学课程的内涵式发展，拓宽学生视野，唤起学生的好奇心和求知欲，而且可以使学生真实体会物理化学在本学科领域所起的重要作用，感受学以致用的乐趣。

2.2 教学模式改革
教学内容主要是为课堂教学服务的，而课堂教学建立在学生课前学习的基础上，因此教师在课堂教学设计时，应将课前、课中、课后整个学习过程结合起来，使课内与课外相互融合、相互促进，以全面实现课程教学目标[1]。

实验课前，教师依据实验主题精心设计学习资源推送给学生，并发布本节实验课的目的和提供的仪器。

学生应基于推送
[收稿日期] 2020-06-23
[基金项目] 设计综合实践型实验探索物理化学实验教学模式的改革(长治学院教学改革创新项目JC202023)
[作者简介] 秦鹂(1991-)，女，长治人，博士，主要研究方向为碳材料的设计合成及电催化性能研究，教学管理。

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的资源进行自主学习，并结合理论课知识充分思考、调研。

为促进学生对实验内容形成初步认知，并为课堂的深入讨论及实验过程顺利实施打下必要的基础，教师要求学生在完成资源任务点学习90%以上之后在网络平台上进行课前测验，并完成实验预习报告且初步形成实验方案。

教师根据预设的评价体系进行课前评价，并根据得分将学生分为不同等级，从每个等级中随机选出一名学生组成1个小组，力求实现组内异质、组间同质，既保证实验课程的完成度，又适宜开展组间竞赛[7]。

实验课中，教师应先将预设的问题链(如，实验原理→实验仪器→实验方案→数据处理等)发布给学生，充分发挥学生的创造性思维及小组合作精神，组织各个小组将每一个环节的讨论结果在课堂中进行汇报交流，并进行教师讲评和组间互评的评价过程。

本环节组内相互交流、组间相互借鉴是促进学生知识结构关联、深度理解和熟练应用的关键步骤。

对于综合设计型实验，实验过程中可能会出现较多突发问题，因此在讲评过程中就应引导学生尽可能地完善实验细节，预设可能出现的问题并提出解决方案；在实验过程中，关注每一组的动态，针对出现的问题及时指导。

实验课后，学生及时完成数据分析、实验报告和实验思考作业，促进学生知识的运用和提升。

教师依据物理化学实验课程评价指标体系对学生各方面的学习情况开展评价，一方面用于教学反思并考虑下一轮行动研究的改进措施，另一方面及时向学生反馈，发挥以评促学的作用。

2.3 评价模式改革
评价指标体系覆盖整个学与教的过程。

课前预习根据网络教学平台提交的预习测验、预习报告和实验方案进行评价。

课堂评价分为组内互评、组间互评和教师点评。

组内互评主要依据课堂参与程度、实验准备情况和组员态度。

组间互评和教师点评主要依据汇报内容的完整性、综合性、创新性等和汇报过程的语言表达、呈现方式等。

此外，教师还应针对学生的实验操作技能给予评价。

课后依据学生提交的实验报告和思考作业对实验目标达成度进行评价。

教师评价和学生互评体现了评价指标体系的多元性与公正性，全过程考核替代结果性考核体现了评价指标体系的全面性。

这样客观评价每一位学生不仅可以作为一种鼓励方式，充分调动学生的学习兴趣，激发学生自主学习的主动性，而且学生通过自己的努力取得进步、解决问题后获得的成就感又可促进学生在其他学科更好地发展[8]。

3 物理化学实验教学改革反思
结合国内外物理化学实验教学研究和我校学生对物理化学实验教学的反馈意见，物理化学综合设计型实验教学仍需考虑如下几方面问题。

(1)从学生考核成绩、学生问卷调查、教师自评问卷调查三个维度形成课程评价调查报告。

基于调查报告分析，对课程内容、教学模式和评价体系进行总结和反思，并提出改进措施[9]。

(2)物理化学综合设计型实验所需要的理论知识可能涉及物理化学理论课程不同章节的知识内容，可能还会用到不同课程的相关知识。

因此在预习测验和思考作业中应包含所涉及的其他知识，促进学生将知识融会贯通，构建知识网络，训练综合运用知识解决问题的能力。

(3)物理化学是一门不断向前发展的科学，先进的研究前沿和工程实例是物理化学知识系统的有益补充。

教师可选择一些有代表性的学术专著和学术期刊文章作为预习资料，要求学生自学。

学生在“综合设计型实验”实践基础上了解最新的研究手段和研究结果，使学生的创新思维得到启发和锻炼[2]。

4 总结
在培养创新型、复合型和应用型人才背景下，本文针对物理化学实验教学改革进行了探讨。

从物理化学理论课程相关的应用实例出发，形象化、动态化地将实验教学要解决的问题展现出来。

利用线上线下互通教学和讨论式教学，引导学生自主设计综合型实验，提升学生的学习兴趣并为学生提供更广阔的学习空间。

充分发挥教师对知识的引导作用，学生对知识的能动构建作用，使得学生从传统教学方式中被动地接受转变为将知识、能力、思考融于一体的自主学习，实现对学生应用能力和创新能力的培养。

参考文献
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(本文文献格式：秦鹂，毛晓明，李慧，等．基于能力培养的物理化学综合设计型实验教学改革策略[J]．广东化工，2020，47(15)：215-216)
(上接第187页)
多媒体教学，该教学方式虽然能输出动画等一些图文并茂的东西，但是从仪表结构或者工作原理上来看，很难体现出这一特点，所以，如果条件允许的话，在上“参数检测”这一章时，可以借用一些实物仪表(如流量计、温度计、压力计等)带到课堂，组织学生拆卸组装，这样讲起仪表结构以及其每一部分的作用时，学生就能很快的掌握知识的精髓。

所以实物模型教学的引入是非常重要的。

同时，从教师本身的工程素养方面去考虑，教师一方面要充分利用各种课程方面的资源，查阅相关的资料，了解前沿动态，另一方面应该加强自身的实际锻炼，比如到企业中去，承担一些校企合作的项目，参与一些工程设计比如化工设计等，每个工科专业教师应常到企业考察锻炼，抓住一切技术去锻炼和提升自己，在工程方面有大的突破。

3 结语
化工过程自动化的教学改革体系需要不断的完善和改进，总之，在长期的教学实践中，不断的发现更有利于学生发展的教学方法，使其更加符合化工专业的教学目的。

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