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材料科学和工程专业物理化学课程教学改革建议以石河子大学化学化工学院材料专业为例
彭邦华,肖芙蓉,廉宜君,陈宏伟,高英
（石河子大学化学化工学院,新疆石河子832000）
摘 要：物理化学是高校材料类专业重要的基础课程.介绍了石河子大学近几年来材料科学与工程专业物理化学课程体系中出现的一些问题,以及教学改革与探索的几点建议,包括教学体系的重构、改进教学方法、强化实验配套教学.以此为举措,推动提高教学质量提高.
关键词：材料类专业；物理化学；教学改革；建议
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）37-0128-02
作者简介：彭邦华（1975-）,女,汉族,重庆籍,博士,副教授,研究方向：光电纳米材料.
物理化学课程是高校化学专业最重要的一门基础课程,该课程内容丰富、前后连贯、逻辑推理清晰、理论性强,不仅可对化学、化工、环境专业学生开设,也可为生物、材料、食品、水建等专业学生设置.随着社会的发展和科学技术的进步,高等学校不断深化教学改革,全面提高教学质量,对物理化学学科的课程讲授和发展也提出了更高的要求.结合我校的实际情况,以及我们近几年在建设校级精品课程的探索与实践,重新审视材料科学与工程专业物理化学课程的教学内容、教学方法和教学环节,发现目前我校材料专业物理化学课程教学中还存在以下的问题：
1.现行的教学计划中,无机化学相关课程以及后续一些专业课,与物理化学授课内容中有一些重复之处.
2.教材中抽象理论太多,造成了学生对这门基础课程产生了比较枯燥无味的感觉；加之内容多,课时量有限,老师在课堂讲授中不能针对某一化学原理或原理推导过程进行深入的剖析和讲解.
3.与之配套的物理化学实验课,经常采用多个班级集中循环进行试验的模式,有时理论部分未讲授到,但实验课程因为循环时间到,又必须开始,即实验内容超前于理论教学的进度,或者理论课早已讲授完毕,而实验课程却推后进行,学生不能及时将理论和实验相联系,无法达到预期的教学效果.目前我校物理化学的实验内容,基本以验证基础理论为主,缺少综合性、设计性及性能测试试验,因此物理化学实验体系缺少培养学生创新思维的意识以及提高学生动手能力的舞台.
因此,需要积极推进课程体系改革,充实和更新教学内容、改进教学方法、丰富实验教学,从而全面提高物理化学课程的教学质量和效果.
一、优化整合相关学科内容,打破学科壁垒,构建新的教学体系
对于我校材料科学与工程专业,按照2013版教学大纲的要求和已制定的教学计划,其中包含的课程,如无机化学、无机非金属材料、催化作用原理、胶体与界面化学等专业课,它们都与物理化学课程密切相关,有些课程如催化作用原理和胶体与界面化学,直接是从物理化学的大体系中划分出去的.由于我院材料专业招生时间不长,而这些课程总是不同的教师授课,教师之间就授课内容未来得及进行充分的交流,经过几年的授课,发现同一知识点的简单重复难以避免.因此,建议课程组就这一现象,加强教师间的交流与合作,将这些课程的内容进行有效的整合,突破原来以学科和专业来划分的粗放型的课程体系,建立起适合于自己专业的有效课程体系,是目前我院物理化学教学改革的一项重要任务.
我校材料学科专业物理化学课程采用的是南京大学沈文霞主编的《物理化学核心教程》第二版教材,主要的授课内容包括热力学（热力学第一定律、热力学第二定律、化学平衡和相平衡）和动力学部分（包括化学反应速率、电化学、表面现象和胶体化学）,共56课学时,大学二年级上半年授课；而无机化学,同分析化学一起共48学时,无机部分主要讲授热化学（热力学第一定律）、稀溶液的性质、胶体溶液、化学平衡及化学反应速率；根据教学大纲的安排,胶体和界面化学、催化作用原理这两门课程各安排24个学时,在大学三年级下学期开展.通过几年授课,经老师观察和学生反映不难发现,以上所述这些课程,在知识内容上相互之间都存在着一定的重复性和交叉性.
针对课程内容重复的问题,为了避免盲目浪费学时数,有效改善不同课程之间的重复授课,充分利用大学课堂掌握更多的知识,使我们在课堂上的几十分钟内有效地完成教学任务,这里提议对材料系开设的几门相关课程教学内容进行整合,使每门课都有其侧重点,建议组建一个全新的教学体系,同时要照顾到这些学科知识的完整性和独立性.例如,讲授无机化学课程时,建议把化学热力学和化学平衡作为重点内容详细讲授,而其他内容,如电化学、相平衡和化学反应速率这些内容作为物理化学课程的授课侧重点.物理化学理论课程中的胶体、表面现象则可放在胶体和界面化学以及催化作用原理这两门课程中主要讲授,物理化学课程就不讲授这部分内容.这样既节省了时间,又突出了重点,不仅使教学内容独立而完整,还可以适当减轻因课时量小带来的物理化学的教学压力,弥补了物理化学课程内容多、课时少的矛盾,老师在授课的过程中再也不担心时间不够用而只能浅显的表述；对于学生来说,仍然是掌握了整个物理化学的原理,而且更加坚实.
二、掌握专业知识框架,改革教学方法
通过对物理化学课堂的观察,发现学生们刚开始对这门课还保持有神秘感,大多数同学对这门课还是很有兴趣的,加之从师哥师姐们那里听说这门课容易挂科,因此学生们刚开始上课的时候都很认真.但是随着课程的深入,部分同学开始松懈,开始排斥这门课程,以至于后来干脆放弃学习.经过细心调查分析发现,学生们在失去学习兴趣后,慢慢迷失在这门课程中.尽管老师在课堂上一再强调要理清楚各章节之间内容的联系,重点记忆关键结论,但大部分同学仍然做不到,不能掌握物理化学课程的知识框架,也没有选择性的记忆关键问题,总是被动地接受课堂上讲授的内容,甚至被很多的数学推导过程迷惑.而实际上这门课程内容衔接紧密,逻辑性很强.把各章节之间的知识框架理清楚之后,就坦然的接受和明白了各章的结论,也有利于知识点的重点记忆.在教学过程中,注重课程之间的联系,通过知识点的连接和相关内容衔接相关的课程,及时引导学生把所学的内容纳入到学科的框架中,帮助学生建立较完整的知识框架,不要迷失在盲目的理论推导中.
物理化学这门课理论性很强,内容较多而抽象,公式又多,学生接受很困难,这就对老师的课堂教学提出了更高的要求.为了能够进行有效的课堂教学,激发学生的学习兴趣,常把日常生活现象中涉及的物理化学原理介绍给学生.比如,举例高温下食物容易变质的问题,联系化学动力学的理论加以说明；讲解温度对反应平衡和反应速率的双重影响时,例举合成氨工业中如何选择最佳温度；涉及讲授表面化学的理论时,可以例举农民锄地能防止水分蒸发的现象,或者小气泡、液滴、呈球形的现象,加以解释后,学生就会对表面性质有清晰的认识；讲授渗透压的时候,联系渗透压的作用,提问为什么肥料用多了农作物会“烧死”？打吊瓶时为什么会感觉到疼痛？让学生带着问题听课,面对生活中各种现象去思考,多问几个为什么,自己到物理化学中去寻找答案,激发学生学习这门课程的兴趣,也就达到了提高教学质量的目的.
除此之外,在课堂上还可以采用小班讨论或者Seminar讨论式教学模式,以教师和学生为共同的教学主体,就某些共同关注的问题,在和谐的气氛中进行讨论,加强教师和学生之间的交流和沟通.课下,利用我校教务处网站的网络教学平台,与学生进行课下的交流和习题讨论、小测验等,与传统的课堂教学模式相比,它具有互动性、合作性、学术性的优势.
三、强化配套实验教学
实验教学在物理化学课程的教学中占有十分重要的地位,它与物理化学课程紧密配合,巩固和加深对物理化学原理的理解,提高学生对知识灵活应用的创新能力,还培养了观察和分析问题的能力.
为了避免实验课程超前理论课程,建议在学习完物理化学相关理论后,及时在学期后半学期开设实验课程.课程组已经设置独立的实验课并计算学分,如：配合表面现象,开展了液体表面张力的测定实验、粉体粒度分析实验；为了巩固反应速率反应章节的学习,开设蔗糖反应速率常数、乙酸乙酯反应速率常数的测定实验等.同时,也应鼓励学生根据所学理论,合理设计实验项目,开展综合性创新实验,增加设计研究型实验,根据设计实验的题目、要求等内容,让学生查阅相关资料,并利用学过的理论知识,选用相关的仪器、药品,分析实验中的难点和关键步骤等,自行完成实验内容、并上讲台讲授实验,以培养学生发现和解决问题的能力.
经过几年的探索和实践,我院化学化工学院材料专业物理化学课程的教学改革将有助于提高学校物理化学课程的教学质量和效果,促进了物理化学这门校级精品课程的建设和发展.
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