材料專業(yè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)改革研究

材料專業(yè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)改革研究基于“新工科”和“雙一流”建立的背景及要求，針對材料專業(yè)物理化學(xué)試驗(yàn)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)等方面對于試驗(yàn)課程進(jìn)展改革探究，兼具“科學(xué)”與“工程”特色，不斷革新試驗(yàn)內(nèi)容、改革教學(xué)模式、融入課程思政及探究留學(xué)生培育模式，對于工科專業(yè)根底試驗(yàn)課程改革供應(yīng)參考，并為“卓越工程師”的培育奠定根底。

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

自2022年2月以來，訓(xùn)練部樂觀推動(dòng)新工科建立，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”，“天大行動(dòng)”和“北京指南”。隨著2022年以來“雙一流”建立的如火如荼開展，對于新工科建立提出了進(jìn)一步的挑戰(zhàn)，特殊是高校的試驗(yàn)教學(xué)，這種實(shí)踐性要求比擬高的課程［1－2］。物理化學(xué)試驗(yàn)作為化學(xué)、化工、材料、藥學(xué)等專業(yè)的必修根底試驗(yàn)課程，是一門兼具理論學(xué)問和實(shí)踐應(yīng)用的課程，特殊突出強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性，是培育學(xué)生一絲不茍的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)仔細(xì)的試驗(yàn)作風(fēng)以及敏捷創(chuàng)新的分析和解決問題力量的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。然而，現(xiàn)在的物理化學(xué)試驗(yàn)內(nèi)容多為較傳統(tǒng)試驗(yàn)，以驗(yàn)證性試驗(yàn)為主，且與實(shí)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(dòng)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)生只是把握了根本的試驗(yàn)操作技能，不利于思維創(chuàng)新力量的培育;課堂講解多為枯燥的試驗(yàn)相關(guān)的單一理論學(xué)問點(diǎn)，很難保證學(xué)生時(shí)刻集中留意力，不利于學(xué)問的學(xué)習(xí)及綜合運(yùn)用學(xué)問力量的培育;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)生的培育及外鄉(xiāng)學(xué)生全球視野的培育［3－4］。因此，針對目前物理化學(xué)試驗(yàn)課程的現(xiàn)狀，基于“新工科”與“雙一流”建立的背景及要求，通過對物理化學(xué)試驗(yàn)課程教學(xué)過程中的閱歷積存及學(xué)生反應(yīng)狀況，對于材料專業(yè)的物理化學(xué)試驗(yàn)課程進(jìn)展改革已是當(dāng)務(wù)之急，刻不容緩。本文主要通過試驗(yàn)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)展改革探究，旨在推動(dòng)材料專業(yè)物理化學(xué)試驗(yàn)課程的不斷革新，為新時(shí)代德才兼?zhèn)涞摹白吭焦こ處煛钡呐嘤Α?/p>

1創(chuàng)新試驗(yàn)內(nèi)容，兼具“科學(xué)”與“工程”特色

傳統(tǒng)的物理化學(xué)試驗(yàn)主要包括熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、電化學(xué)、外表化學(xué)(膠體化學(xué))和物質(zhì)構(gòu)造五個(gè)局部的內(nèi)容，從五個(gè)方面選取局部試驗(yàn)讓學(xué)生進(jìn)展操作及學(xué)習(xí)。試驗(yàn)內(nèi)容多為驗(yàn)證性試驗(yàn)，上課時(shí)學(xué)生只需依據(jù)試驗(yàn)方案，并根據(jù)教師講解及演示進(jìn)展操作，學(xué)生能夠把握試驗(yàn)操作技能，但缺乏對于試驗(yàn)的認(rèn)知與思索，不能激發(fā)學(xué)生的思索與創(chuàng)新思維。由于試驗(yàn)內(nèi)容偏理論，且試驗(yàn)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)缺乏樂觀性和主動(dòng)性。因此，我們通過“燃燒熱的測定試驗(yàn)”對于物理化學(xué)試驗(yàn)內(nèi)容改革進(jìn)展初探。傳統(tǒng)且經(jīng)典的“燃燒熱的測定試驗(yàn)”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(jì)算出量熱計(jì)的比熱容，然后再通過測試和計(jì)算得到另一種物質(zhì)的燃燒熱。本試驗(yàn)可以培育化學(xué)專業(yè)學(xué)生的一系列根本試驗(yàn)技能，是理科的經(jīng)典試驗(yàn)，但是作為材料專業(yè)的工科學(xué)生，既要把握根本的“科學(xué)”技能，又要具備“工程”實(shí)踐力量，因此，本試驗(yàn)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:為什么我們燒烤采納木炭作為燃料，而不使用煤炭和木頭呢?學(xué)生會(huì)從多方面進(jìn)展答復(fù)，如木頭簡單將食物外表燒糊，煤炭煙塵比擬大等，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生哪種燃料的熱值比擬大呢，學(xué)生會(huì)猜想可能是木炭，那么我們通過試驗(yàn)進(jìn)展驗(yàn)證，所謂的“熱值”就是試驗(yàn)中我們要測定的“燃燒熱”，通過試驗(yàn)測定三種可燃物質(zhì)的燃燒熱，并從科學(xué)角度答復(fù)日常生活中的問題。為了充分熬煉學(xué)生的動(dòng)手力量，試驗(yàn)預(yù)備了木棒、煤塊和木炭塊，并預(yù)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(dòng)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(huì)到了“勞動(dòng)”的樂趣，也為以后的工業(yè)實(shí)習(xí)奠定了實(shí)踐根底。試驗(yàn)中通過稱量、充氧、使用量熱計(jì)測定溫度變化，將“科學(xué)”根底理論與“工程”實(shí)踐相結(jié)合，通過實(shí)際動(dòng)手操作并計(jì)算試驗(yàn)結(jié)果答復(fù)了日常生活中的實(shí)際問題，提高了學(xué)生分析問題和解決問題的力量，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的樂觀性和主動(dòng)性，并且有利于提升學(xué)生的思維和創(chuàng)新力量。

2融入“微課”和“雨課堂”的混合教學(xué)模式創(chuàng)新

傳統(tǒng)的試驗(yàn)教學(xué)模式為課前學(xué)生依據(jù)教師供應(yīng)的試驗(yàn)方案進(jìn)展預(yù)習(xí)，課堂上教師講解并演示操作之后，學(xué)生動(dòng)手試驗(yàn)，課后提交試驗(yàn)報(bào)告并進(jìn)展成績評定。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(dòng)較少，課后缺乏總結(jié)與思索，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)的進(jìn)展，探究將“微課”和“雨課堂”融合進(jìn)展混合式試驗(yàn)教學(xué)［5］。課前將試驗(yàn)操作錄制成“微課”，通過“雨課堂”公布學(xué)習(xí)資料(包含微課)，學(xué)生依據(jù)學(xué)習(xí)資料進(jìn)展預(yù)習(xí)，可利用碎片化時(shí)間觀看“微課”進(jìn)展學(xué)習(xí);課堂上通過“雨課堂”進(jìn)展測驗(yàn)，了解學(xué)生預(yù)習(xí)效果，并通過一些設(shè)計(jì)性題目進(jìn)展互動(dòng)溝通，同時(shí)也可通過“微課”學(xué)習(xí)試驗(yàn)操作細(xì)節(jié);課后教師公布試卷，學(xué)生可以對于試驗(yàn)進(jìn)展總結(jié)與思索?！拔⒄n”可以幫助學(xué)生試驗(yàn)操作的學(xué)習(xí)，“雨課堂”可以翔實(shí)地記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡，教師可以照實(shí)把握學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)。通過“雨課堂”公布調(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)能夠很好地幫助試驗(yàn)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)展串聯(lián)，延長了教學(xué)的時(shí)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(jià)更加全面，從而促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，并培育學(xué)生終身學(xué)習(xí)的力量。

3融入課程思政，培育家國情懷

作為一門根底的試驗(yàn)課程，物理化學(xué)試驗(yàn)許多經(jīng)典的理論都是通過反復(fù)的試驗(yàn)測試及驗(yàn)證而得到的。科學(xué)家們在發(fā)覺各種真理過程中，付出了巨大的心血，為科學(xué)和社會(huì)的進(jìn)展做出了重大的奉獻(xiàn)。在“燃燒熱測定”的試驗(yàn)中，講到量熱計(jì)的原理及使用時(shí)，向?qū)W生敘述量熱計(jì)的創(chuàng)造及進(jìn)展過程。最初是由法國化學(xué)家拉瓦錫和拉普拉斯通過簡潔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)生熱量將冰溶化成水，測定水的質(zhì)量來計(jì)算小鼠產(chǎn)生的熱量，被稱為“冰量熱裝置”。后面通過科學(xué)家們的不斷探究，才有了我們現(xiàn)在的氧彈式量熱計(jì)。在我們試驗(yàn)中的小小設(shè)備都是經(jīng)過了多人多年的努力才創(chuàng)造制造出來的，作為新時(shí)代的大學(xué)生，我們要勇于創(chuàng)新，特殊是在現(xiàn)在百年未有之大變局的國際形勢下，學(xué)生作為祖國的將來和棟梁之才，更應(yīng)努力學(xué)習(xí)，腳踏實(shí)地，不斷實(shí)踐探究，為“中國制造”添磚加瓦，為國家進(jìn)展奉獻(xiàn)自己的力氣。在每個(gè)試驗(yàn)的試驗(yàn)原理、試驗(yàn)設(shè)備及裝置或者試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)以德育人，培育高素養(yǎng)“卓越工程師”［6］。

4全英文國際化教學(xué)，培育全球視野

南方科技大學(xué)自成立以來，始終提倡全英文教學(xué)，根底通修課程與專業(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。本試驗(yàn)課程由于選課學(xué)生有2名國際留學(xué)生，采納全英文授課，試驗(yàn)方案、講義、授課以及學(xué)生撰寫試驗(yàn)報(bào)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(bào)告;課堂上教師講課為英文PPT及英文授課，師生互動(dòng)為英文溝通;課后學(xué)生需全英文撰寫試驗(yàn)報(bào)告，能夠嫻熟把握專業(yè)術(shù)語，為閱讀科研文獻(xiàn)和撰寫科研論文奠定根底。通過國際化教學(xué)，培育了學(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)科研生活奠定良好根底，同時(shí)也為留學(xué)生訓(xùn)練的培育探路［7］。

5結(jié)語

通過總結(jié)材料專業(yè)物理化學(xué)試驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)有狀況，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)生培育等方面的問題，結(jié)合多年的教學(xué)積存閱歷，緊跟“新工科”及“雙一流”建立的步伐，改革試驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、結(jié)合信息技術(shù)引入“微課”和“雨課堂”進(jìn)展混合式教學(xué)、融入課程思政，全面育人并采納全英文授課，探究留學(xué)生培育模式。通過多方面的改革