大学物理化学公式总结范文

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材料物理专业是“研究各种材料特别是各种先进结构材料、新型功能材料物理基础、微观结构以及与性能之间关系的基本规律，为各种高新技术材料发展提供科学依据的应用基础学科，是理工融合的学科”[1，2]。材料物理是物理学与材料科学的一个交叉学科，主要通过各种物理技术和效应，实现材料的合成、制备、加工与应用。主要研究范围包括材料的合成、结构、性质与应用；新型材料的设计以及材料的计算机模拟等[3]。材料物理将理科的知识传授与工科的工程能力培养相结合，使传统材料工艺学与以现代物理学为基础的材料科学相融合，具有“亦工亦理，理工相融”的特点。

二、材料物理化学在材料物理专业中的作用和地位

材料物理化学是贵州大学材料物理专业本科生的学位必修课程，这门课程是从物理化学的角度研究材料科学与工程的基础理论问题，从基础的具有共性的原理及方法来论述各种材料的组成与结构、制备与合成、性能与应用的相互关系。该门课程的教学目的在于提高学生的专业知识水平，培养学生科学的思维方式和独立的创新能力，以及综合运用基础理论来解决实际问题的能力。材料物理化学是材料物理专业非常重要的专业基础课，它以高等数学、大学化学、大学物理等理论基础课程为基础。高等数学是学习物理化学的重要手段和工具，物理化学只有通过数学语言的表达才能成其为真正的科学。认识到大学物理和物理化学中热力学内容的衔接，了解大学物理中原子结构知识的介绍，协调好与大学化学中原子结构部分内容的关系，突出重点，避免重复，讲清难点，是材料物理化学教学中值得注意和认真对待的问题[4]。材料物理化学同时也是材料物理专业的后续专业课程（材料腐蚀与防护等）的基础课程。材料腐蚀与防护课程中的金属与合金的高温氧化的热力学部分，就要运用材料物理化学中诸多热力学基本知识，如G-T平衡图和克拉佩龙方程等。材料物理化学如同一座桥梁，将材料物理专业的前期基础课与后续专业课联接起来，以完善专业知识的系统与连贯性。同时，材料物理化学作为一门重要的专业基础课，是许多高等院校研究生入学考试的必考科目。材料物理化学与材料科学与工程各专业相关的生产生活联系紧密。新材料的设计、合成以及产物性能的提高与可控自由基聚合反应中所用的新型催化剂和引发剂息息相关。在材料表面改性过程中，界面效应是起理论指导作用的。电化学在材料领域应用广泛，例如：熔盐电解法制取金属铝、多种稀土金属及其合金，金属在使用过程中的腐蚀及防护等，新型的化学传感器、燃料电池、锂离子电池的研究和生成都要用到电化学理论。而对于发展迅速的前沿材料纳米材料，如何制备具有规定尺寸和组成的纳米颗粒、测量其性质、了解它们的特殊性质与颗粒尺寸的关系等很大程度上依赖于科学测量手段和化学化工技术，这也离不开材料物理化学基本原理的指导。

三、材料物理化学的教学难点

根据在以往的教学过程中的观察与经验，材料物理化学是一门老师难教、学生难学的课程。这首先是因为材料物理化学课程与数学物理联系密切、抽象概念多、数理推导多、公式繁杂等特点。许多学生见到大段连篇的公式推导就会产生畏难心理，丧失学好该课程的信心，然后就逐渐厌学甚至放弃学习。再加上该门课程对于材料物理专业的学生来说，课时相对较少，要在有限的学时中掌握较多的内容，使得以往的教学出现点到为止，认识学习不够深入的现象[5]。该门课程的授课对象是大学二年级上学期的学生，处于这个时期的学生学习兴趣和学习热情处于整个大学的全盛时期，求知欲强，精力充沛。面对这样的学生，如何有效地利用他们的求知欲，激发起学习该课程的兴趣，并针对他们的缺点，制定行之有效的方法及对策，使其通过该门课程的学习，培养起运用物理化学的方法进行科学研究和解决实际问题的能力，是值得我们教学工作者值得思考并认真对待的问题。

四、材料物理化学的教学改革

针对上述问题，为提高材料物理化学的教学质量，激发学生的学习兴趣，培养学生能力，我们对材料物理化学课程教学进行了多方面的改革。

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Exploration of improving the teaching effect of Physical Chemistry

WANG Xiao-hua1 ZHANG Yan2 ZHANG Shu-yi3 XIE Jin-nai4

（1.Tongji Zhejiang College， Jiaxing Zhejiang 314000， China；2.Hangzhou Xin Kai Industrial Co.， Ltd.， Hangzhou Zhejiang 310000， China；

3.Suzhou Tianma specialty chemicals Co.， Ltd.， Suzhou Jiangsu 215000， China；

4.Jiaxing City Qinghe high-strength insulation Co.， Ltd.， Jiaxing Zhejiang 314001， China）

【Abstract】Based on Physical Chemistry curriculum characters， we explored the teaching method of Physical Chemistry from three aspects， that is to use the“popular explanation” teaching mode， to focus on the process of teaching from the basic courses， examples and experiments and so on， to exame students through discussion in the usual results， and to establish the evaluation system with final stages.

【Key words】Physical Chemistry； “Popular explanation” teaching mode； The process of teaching； Evaluation system

0 前言

物理化学是我校材料科学工程、环境工程和给排水工程等专业的一门专业基础课，该课程主要运用物理的原理、方法及技术，结合高等数学的知识来研究化学体系的性质和基本规律[1]。而物理化学课程内容抽象且逻辑性很强，公式繁多，且大多公式都有使用条件，以往的“一言堂”和“填鸭式”的授课模式，很容易使学生产生厌学情绪，教学效果受影响[2，3]。因此，在有限的课堂教学时间里，激发学生学习物理化学的积极性，着眼其原理和来源分析推演，联系实际生活案例加以深入以此提高学生的综合素质，让物理化学课程变得轻松易懂易学成为教师值得思考的课题。本文将从以下三方面进行探索以期切实提高物理化学课堂教学质量。

1 课堂教学中多用“通俗讲解法”

为了打破物理化学枯燥、沉闷的传统教学方法，在教学内容的设计上，应该避免死板照搬知识点，要找出与知识点“接地气”的讲解方法让学生更易懂易学，即“通俗讲解法”。例如，在界面张力章节中，固体表面吸附气体时，朗缪尔吸附等温方程的推导复杂难懂，但如果把学生进教室坐座位的过程比作气体被吸附到固体表面就简单了，每位学生好比每个被吸附的气体分子，座位好比固体表面。如果学生坐满座位则覆盖率等于1，否则小于1。固体表面吸附气体的速率受哪些因素的影响呢？在覆盖率理解的基础上，学生会去思考，教室的空位越多，坐下的速率肯定更快，那这个空位怎么计算呢？空位率乘以空位数。如果教室外有一只猛虎追赶学生，是不是大家会努力挤进教室呢？而这只吃人的“老虎”就好比一种推动力，对于气体分子来说就是压力，固体表面吸附气体时，压力越大，吸附肯定就越快，这样学生就能很容易理解影响气体在固体表面吸附的因素，即空位率和压力。学生再看吸附速率的公式就变得更容易了。这种通俗的讲解办法可以把理论性很强的知识化作简单易懂的生活常识，调动学生积极思考，真正让学习变复杂为简单。

2 重过程的教学模式激发学生兴趣

2.1 结合《普通化学》、《无机化学》、《高等数学》和《大学物理》等基础课程，实现轻松学《物理化学》

《物理化学》课程一般安排在大二下学期开课，教学中多从学生学过的知识点引入，可以收到事半功倍的效果。例如，热力学部分的术语在《普通化学》[5]和《无机化学》[6]中已经介绍过，《物理化学》课堂上只需简单提及，学生就能回忆起来，再结合《高等数学》中微积分的知识，就能帮助学生轻松掌握功、能量守恒定律等重点内容。而在化学平衡常数的表达式相关内容讲解时，也可以先引入《普通化学》和《无机化学》中标准平衡常数的表达式写法特点，再稍加推演就可以让学生掌握平衡常数的其他表达式[7]。

2.2 结合应用实例教学，提高学生学习兴趣

许娟等[8]认为举一些“闪光点”的实例将物理化学基本原理与实例相结合可以帮助其理解并且培养学生的物理化学视角。刘建等[9]认为教师讲课备课，应该以“应用”为主旨合理取舍教材内容。因此，在物理化学教学中引入实例教学非常重要，如将实际生产中的合成氨反应与热力学和动力学知识贯穿，粉尘爆炸与表面能相联系，自然界水结冰，冰雪融化等与化学势相关联，汽车表面镀膜与胶体化学关联等等。

2.3 结合物理化学实验讲解和推演理论知识，让抽象的理论变得简单、适用

如借助凝固点测定实验讲解稀溶液的依数性之凝固点降低。单纯理论上的分析和推导很乏味，若结合表1设计凝固点降低实验，学生自己动手测凝固点并分析所得数据，就不难发现当在环己烷中加入萘后凝固点有所降低，进一步还可以设计实验添加相同物质的量的尿素，结果如何呢？让学生通过实验找答案。在此基础上，可以再向学生提问，如果是未知试剂A需要测定相对摩尔质量可否利用稀溶液的依数性？学生则可以按照表2设计凝固点降低实验，再结合理论推导将可以完成。让学生带着问题去设计实验，分析、推导和应用同时进行，提高学生动手能力，逻辑分析能力，以及创新能力。

表1 凝固点降低实验设计

表2 利用凝固点降低实验测A的相对摩尔质量

3 选择合理的考评体系以激发学生学习热情

《物理化学》课程学习难度较大，内容深且枯燥，要让学生在课堂内外的学习热情有增不减，平时成绩可提高到40%甚至更大的比例，再扩大其考评范围。除了通常的考勤、课后作业和课堂回答问题外，可以把学生讨论交流作为平时成绩。在物理化学课堂教学中，引入学生讨论交流模块[3，10]对学生独立思考和团队合作能力，表达和沟通能力、分析问题和解决问题的能力等的培养都大有裨益，受此启发，笔者在2015级材料专业学生物理化学课堂上采用了专题汇报和讨论模块。由于这门课学时有限，不可能多次应用Think-Pair-Share （思考―讨论―交流）模式[10]和Sandwich教学法[3]，所以我们将班级49人均分为7组，每组固定专题负责人。教师给出几个《物理化学》相关的专题，请各组自选，选定后，请同学们利用课余时间查资料，制作PPT，在学期末进行专题汇报和讨论。每组给予8到10分钟进行汇报，每组抽出一人来当评委，再邀请其他班级同学或者老师作为评委，并进行现场打分和排名，结果按比例记入平时成绩。我们通过问卷调查回访学生的反应，学生一致认为，该专题讨论的课堂模式拓展了知识面，展现了大学生风采，增强了师生之间的互动交流，调动了大家的积极性，活跃了学习氛围，值得推广。

另外，笔者设想将《物理化学》的考试分段进行，譬如每三章出一份试卷，考试成绩按比例记入期末总成绩中，以此督促学生及时复习和总结。

4 结语

《物理化学》课程虽然内容繁多且需要的储备知识较多，但该课程在本科学生的思维训练和素质拓展，以及专业课程和实验能力上都有很大的作用，因此，探索更多更好的教学方法和合理的考评体系来提高教学质量是我们教师持之以恒追求的话题。

【参考文献】

[1]杨丽霞，冯彩婷.增强教师责任感创新课堂教学――物理化学教学方法的改革与实践[J].周口师范学院学报，2015，32（2）：87-89.

[2]江欣，杨立滨，吕玉光.物理化学双语课程教学体会[J].广东化工，2015，42（6）：172-179.

[3]段煜，王晓岚.Sandwich教学法在药学专业物理化学教学中的应用（I）―表面张力教学实例[J].化学教育，2014，42（l6）：47-52.

[4]余传波，邓建梅，邹敏.物理化学“启发式教+探究式学”教育模式的构建与启示[J].化学教育，2014，（l6）：16-19.

[5]同济大学普通化学及无机化学教研室.普通化学[M].北京：高等教育出版社，2004：1-5.

[6]大连理工大学无机化学教研室.无机化学[M].北京：高等教育出版社，2006：22-27.

[7]天津大学物理化学教研室.物理化学[M].北京：高等教育出版社，2010：164.

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2教学上要下功夫提高学生学习兴趣

教学是由老师的“教”和学生的“学”共同组成一个有机的整体，两者缺一不可［2］。好的教学能引导学生更好的学习，提高学生的学习兴趣和效率。现行的多媒体教学与传统的黑板板书教学方法相比，前者借助多媒体课件，讲课的色彩更加丰富，形象逼真，信息量大，生动直观，在增强教学效果方面作用明显。我们在教学中将讲课PPT制作成精美的课件，在课件中穿插动画，Flash和声音，做到知识点和欣赏性兼顾的原则，从而使学生提高学习物理化学的兴趣。比如表面张力的概念，我们引入了动画，很直观的将液体表面张力的形成予以展示。为了进一步培养学生的学习兴趣，首先，我们努力将物理化学的知识与我们的日常生活紧密联系。比如发生火灾时，逃生用的防毒面具里面含有的活性炭，它可以吸附有害气体，从而引入物理吸附和化学吸附的概念问题。还有生活中，荷叶上的小水滴为什么是圆球状的?洗衣服时加入含表面活性剂的洗衣粉，为什么能把衣服上的污物洗掉等问题，都与我们的物理化学知识相关联。其次，教学内容与我们教师的科研内容相结合。鼓励学生积极参加老师的科研训练项目和大学生创新实验项目，在参与的过程中，将书本理论知识与科研训练实际相结合，能起到学以致用的效果。最后，也要将教学与生产实际相结合。我们的学生都有实习的阶段，教学过程中，有些章节结合生产实际讲解，学生更能领会。如相图这部分，精馏的过程，在化工企业生产上经常用到，由双液相液气平衡理论可知，液体经过不断地部分冷凝和部分汽化，液相中的组成就无限接近于难挥发的物质，而蒸汽中的组成无限接近于易挥发的物质，从而使二组分得到较好地分离［3］。由于与生产实际结合，学生听课认真，学得有兴趣，收到了较好的教学效果。

3引入物理化学科学家故事阐述人生哲理

在学习物理化学课程中，我们会接触到很多著名的物理化学科学家。上课讲到相关内容时，涉及到一些科学家，我们会讲解他们的个人简历和趣闻逸事，提高学生的学习积极性。给学生讲解科学家的一些故事，一方面可以提高学生的注意力，缓解一下课堂的学习气氛，也给物理化学的学习增加一点调味剂;另一方面，每一位科学家的成功都离不开其自身不断努力奋斗的过程，通过了解他们的经历，不仅课堂教学内容丰富了，而且学生对科学的发展产生了浓厚的兴趣，对科学家也产生了崇拜。鼓励学生以这些科学家作为学习的榜样，比如追溯物理化学这个学科的起源，我们不得不提到物理化学“三剑客”［4］，他们为开创物理化学而作出了重大的贡献。他们是1901年、1903年和1909年先后获得诺贝尔化学奖的三位不同国籍的化学家:荷兰的范特霍夫、瑞典的阿累尼乌斯和德国的奥斯特瓦尔德。他们在“科学无国界”旗帜下，在以捍卫电离学说为中心的共同战斗中，结成了化学史上一个新型的科学联盟，正是他们的团结协作促成了一门崭新的化学分支学科物理化学的诞生。其中范特霍夫是第一位获得诺贝尔化学奖的科学奖，他50多岁时，还经营着一家乡村牧场，每天清晨亲自送牛奶，被誉为“牧场化学家”。阿累尼乌斯于1859年2月19日生于瑞乌普萨拉附近的维克城堡。他是电离理论的创立者，成功解释了溶液中的元素是如何被电解分离的现象，研究温度对化学反应速度的影响，得出著名的阿累尼乌斯公式。此外，他还提出了等氢离子现象理论、分子活化理论和盐的水解理论。对宇宙化学、天体物理学和生物化学等也有研究。在讲到稀释定律时，介绍了奥斯特瓦尔德的生平事迹，他出身普通家庭，求学时对化学产生浓厚的兴趣，1884年在博士论文中提出了电离假设，1888年提出了以他的名字命名的奥斯特瓦尔德稀释定律，1909年因在催化作用，化学平衡，氨制硝酸等方面的杰出贡献而获得诺贝尔化学奖。这些科学家的共同点就是求学的道路上经历坎坷，有强烈的求知欲，经历了不同的几所大学，终身学习，从而使他们在物理化学领域取得了举世瞩目的成就，这种精神值得我们后人学习。

4实验教学环节，理论结合实践

物理化学课程具有理论抽象、推理复杂和计算繁琐的特点，是一门既难教又难学的理论课程。在课堂上学生只能学到书本上的理论知识，只注重基本概念的讲解、简单数学公式的推导和计算，学生感到枯燥无味，对学习没有兴趣。为了让学生真正理解和掌握物理化学基本原理知识，实验教学是必不可少的环节之一。通过实验教学使得理论知识与实际相结合，激发学生的学习热情，培养学生发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力。实验教学是物理化学教学过程的一个重要环节，对于培养学生的科研素质具有至关重要的作用。在传统的物理化学实验教学模式中，教师按实验教科书先把实验所涉及的原理、仪器和具体实验过程进行详尽的讲解，然后由学生按部就班地去重现实验内容［5］。实践证明在这种以老师为主导的实验教学过程中，学生在实验动手能力培养上和独立思考上都收获不大。基于此，我们对现有的实验教学模式进行了改革创新尝试。把实验教学内容分为基础验证性实验和综合性实验两大部分。在基础验证性实验部分，主要是要求学生熟悉物理化学实验中常用仪器的用途、使用原理和操作方法。在综合性实验部分，指定几个实验任务，要求学生自己查阅文献相关资料，进行实验设计，将实验设计报告在规定的时间内，交给指导教师审阅，再完成实验内容。在实验进行过程中，老师可以进行必要的辅导。实验结束后，老师结合整个实验过程，包括实验设计的科学性、仪器操作、数据分析和研究报告等综合给出评分。综合性实验具有鲜明的研究型特点，能更好的激发学生学习的热情，培养学生的探索精神和独立的科研思考能力，受到学生的一致好评。

5建立课程过程考核评价体系

为了检验教师教学质量和教学效果，同时检查学生对所学知识掌握的程度和存在的问题，必须建立一套完整的考核评价体系。物理化学课程考核办法一般是由平时成绩(20%)和期末考试成绩(80%)两部分构成，存在的主要问题是期末考试成绩在总评成绩中的比例偏重。这种考核方式的弊端是学生平时学习不认真，期末考试前一周搞突击，起不到督促学生平时学习的作用。因此，我们重新建立了课程过程考核评价体系，采取的是平时成绩占10%，主要评分标准是课后作业的完成情况;出勤率成绩占10%，督促学生平时认真上课;增加一次阶段考试或者考核占30%，可以采取卷面考试的方式，也可以采取随堂考试或者课程论文的方式;期末考试比例下降，只占50%，期末考试全学期所学的内容都在考核范围内。在原有基础上，降低了期末考试的比重，不同学时的课程中间加上阶段性考试或考核的次数也不同，规定小于等于48学时的课程，期间加一次阶段性考试或考核;大于48学时小于等于64学时的课程，期间加两次阶段性考试或考核［6］。虽然教师的工作量比改革前增加了，学生的考试或考核次数也增加了，但学生的学习主动积极性得到了提高。学生要想取得优异的成绩，阶段性成绩也不能马虎。目前我们建立的这套过程考核评价方法，其实质就是将考核贯穿于学习的整个过程，学生要适应这种体系，就要不断的学习。

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中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2012）07-0152-02

《物理化学》是一门基于物理变化与化学变化相互联系的角度，运用物理的理论与实验方法研究化学变化基本规律的学科，是化学、化工、冶金、材料、环境、生物、制药等专业的重要基础课程。它是在高等数学、大学物理及无机化学、有机化学、分析化学等课程的基础上，进一步系统阐述化学理论，为后续的专业课程学习提供基础，在基础课程与专业课程间起作桥梁作用。该课程概念公式多，几乎每个概念都有严格的定义，绝大多数公式都有严格的使用条件限制。在教学过程中教师感到难教、学生普遍觉得难学。目前课程内容不变而课时减少的教改趋势更增加了物理化学课程的教学难度。如何改革教学方法，提高教学质量，是《物理化学》课程教学中必须面对和思考的问题。

一、重视《物理化学》内容的整体框架

作为工科学生，对于物理化学课程主要掌握两部分内容，即：化学热力学和化学动力学。而每一部分内容又被分成若干章节并用若干个不连续的学时来完成。因此，对初学者来说，容易把这些内容机械地分开，并且觉得物理化学的内容太多、太乱。学生也容易把前后的内容混淆。经常有学生把在某个条件下才能用的公式用到了另一个条件下进行计算。在课堂教学中，老师在讲解每一部分知识的同时，应注意把握各知识点之间的的相互联系。在每一章教学结束后，要求学生对该章进行归纳总结，找出本章的重点及难点，同时注意各章节间的相互联系。让学生在学完《物理化学》课程后，头脑里对《物理化学》有一个整体意识和概念，从宏观上把握《物理化学》研究对象和解决问题的方法。

二、注重培养学生自主学习的意识和能力

传统的教学方法中，《物理化学》课程主要是以“教师讲，学生听”的模式进行。这种方式能够在有限的时间内传授较多的知识。但是这种方式也有很明显的缺点，那就是学生始终处于被动接受的状态，课堂气氛一般都较为沉闷，难以调动学生的学习激情。现代科技的发展使得终身教育成为新的学习方式。所以作为“教书育人，文化传承”载体的大学，其任务不仅要向学生传授知识，更重要的要让学生掌握学习的能力。正如古话所讲，“受人以鱼，不如授人以渔”，说的就是传授给人既有知识，不如传授给人学习知识的方法，培养学习知识的能力。在教学过程中，应设法逐步培养学生自主学习的意识，逐渐提高学生自主学习的能力，最终形成面对现实问题时的分析与解决问题的能力。在物理化学的教学过程中，可以选择一些难度相对较小的内容，让学生先自学，然后上讲台讲解。教师在整个过程中，注意控制课堂秩序与纪律，注意上讲台讲解学生的选择。最后，教师应对课程内容给予必要的补充与总结，对上台讲解学生给予适当的表扬与鼓励，让学生获得适当的成就感。实践证明，这种方式能够有效地提高学生对于《物理化学》课程的学习兴趣，培养学生自主学习的意识及提高学生自主学习的能力。

三、采用多媒体辅助教学

多媒体辅助教学即运用文字、图表、动画及音视频技术，提高授课效率及效果的教学方式。目前，多媒体技术的快速发展，为现代教学方式变革提供了新的机遇。在物理化学课程教学过程中，运用多媒体技术辅助教学，能够将物理化学中抽象空洞的理论形象化，有助于学生的理解与记忆。除此之外，多媒体的动画效果还能提高学生课堂上的注意力。不过对于多媒体技术辅助教学，也应辩证地看待。尽管目前在大学几乎所有的课程教学过程中，都使用多媒体技术辅助教学。但多媒体技术也存在很多明显的不足。如使用多媒体辅助教学时，讲课的速度一般都较快，学生往往跟不上教师的节奏，更来不及作相关的笔记。多媒体辅助教学还有一个较大的弊端，就是教师肢体语言得不到充分的体现，课堂气氛显得较为呆板。也有学生更习惯于传统的板书教学方式，不太适应多媒体辅助教学方式。况且物理化学有些内容本身更适合传统的教学方式。总之，采用传统的教学方式为主，多媒体教学方式为辅，针对不同的教学内容，选择适宜的教学方式，从而达到最佳的教学效果。

四、理论与实际相结合

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经典的物理化学内容博大精深， “广而博”的教学思想对化学化工类重点院校来说尚且可以，但对于普通院校非化学专业来说要做到面面俱到基本不可能。我校制药工程专业的培养定位是应用型人才，导致的必然结果是理论学时的压缩，实践学时的增加。在“课时少、任务重”的情况下，“少而精”是必然选择。但“少而精”也不是随意的删减，而应紧紧结合专业需求，科学、合理地删减。

如减少热力学、电化学的内容，重点讲解相平衡、化学动力学、表面化学与胶体等与制药专业后续课程密切相关的部分。其实要做到物理化学与制药专业课程之间的完美融合并不是一件容易的事，需要化学教师通过多种渠道提高自身的药学知识储备，只有对制药专业课程有较深的认识，才有可能在教学中灵活把握，更好地有的放矢，使物理化学在后续课程中充分发挥作用。

1. 2 强化应用，弱化推导

物理化学公式推导繁琐是学生畏学的一个重要原因。对于化学专业学生来说，掌握这些理论公式的来龙去脉毋庸置疑，但对于制药专业学生来说，学习物理化学的目的不是从事理论研究，而是应用物化知识去解决药学领域中的专业问题，对结果的应用才是重中之重。因此，教学中应淡化公式推导，重点强调如何运用这些结论去解决实际中的问题。如热力学部分中，理想气体绝热可逆过程的过程方程式，熵函数( S) 、吉布斯函数( G) 和亥姆霍斯函数( A) 的定义，不同物质化学势的表达形式等都无需推导，直接给出即可。重点放在对这些公式和概念的应用上。特别像熵函数的引入是公认的教学难点，传统讲法都是从热机效率开始，由卡诺循环到卡诺定理，最后引出熵函数。对制药专业学生来说，只需给出熵函数的定义式即可，重点应放在如何计算ΔS 和应用熵判据判断变化方向。

1. 3 重视新内容，避免旧内容

在学时有限的情况下，教师要学会“做减法”，对在先行课程中学过的内容要少讲，避免重复。如适当删减无机化学中的化学平衡内容，大学物理中的热机内容。同时也要学会“做加法”，增加与专业结合紧密的物理化学内容，为后续课程做足准备。如，增加相图在药物分离及提纯中的应用介绍。利用低共熔相图原理改良药物剂型，当药物与载体以低共熔比例共存时，制成的药物具有均匀的微细分散结构，可大大改善其溶出速度，提高药物的吸收效果和生物利用度。再如，增加表面化学和胶体化学的介绍，这些内容虽然在物理化学课程体系中所占比例较小，但对制药专业至关重要，可为药物新剂型的开发提供理论指导。如微乳给药系统因其有增溶，促进吸收，提高生物利用度等优点，被广泛用于多种药物制剂的开发，因此在授课时增加有关微乳内容的介绍，使学生充分了解其形成原理和性质，以便将来在工作中去应用。

2 加强理论与生产生活的联系

制药专业学生对物理化学产生畏学的另一个原因就是不知道学习物理化学有何用途。这说明教学内容与实际应用之间的融合还不够，尤其是专业之间的融合不够。加强理论联系实际，不仅可以让学生轻松享受学习的乐趣，也可让学生明白学有所用的道理，这样才有可能将“要学生学”变为“学生要学”。

其实每一个新药的研发过程步步都离不开物理化学知识的指导。首先合成路线的选择，工艺条件的确定离不开热力学和动力学的指导; 其次药物的分离和纯化又需要相平衡的理论知识; 药物剂型的设计离不开表面和胶体知识的指导; 而药物在体内的代谢，合适的给药时间，药物的有效期等离不开动力学知识的指导，可以说药物从原料到产品到应用就是一个完美运用物理化学知识的过程。因此教学过程中，可以给出一个具体药物做合成目标，指导学生运用物理化学知识去设计合成路线，通过这些教学内容让学生切身体会到物理化学对本专业的重要性，从而摆脱物理化学对制药专业“无用”的帽子。同样，在教学过程中还可穿插一些生活中应用物理化学原理的实例，如冰上撒盐化冻，人工降雨等，通过对这些实例的介绍和分析，不仅可以强化学生对教学内容的理解，扩宽思路，提高分析解决问题的能力，还可以极大地提升学生的学习兴趣。

3 加强理论与科学前沿的联系

教学没有科研做底蕴，就是一种没有观点的教学，没有灵魂的教学。坚持教学与科研相结合，是培养学生创新能力的主要途径，也是理论联系实际的重要环节。同时，教学与科研紧密结合，教研相长，也是提高教学效果的重要举措。

( 1) 热力学部分与科学前沿的结合。讲热力学部分测定化学反应热效应时，可以向学生介绍目前常用的量热技术在药学领域的应用。量热法可测定药物、赋形剂的稳定性，药物与赋型剂之间的兼容性，分析药物中无定形态的含量等。还可以定量地研究药物与细胞间的相互作用，获得药效、抑制率等方面的信息，对于药理学，临床医学、药物的合成与筛选等方面均具有重要的理论意义与实际价值。特别是采用微量热技术可以对肿瘤细胞的生长代谢进行研究，可探讨它的生产特点并找出其代谢规律，广泛用于药物对肿瘤的抑制以及肿瘤热疗新方法的研究。

( 2) 动力学与科学前沿的结合。讲动力学部分的阿仑尼乌斯公式求活化能时，可将其与现代热分析技术相联系，前者是将反应分别设置在多个不同固定温度下进行实验来获取活化能，后者是在程序升温或降温的条件下由一条或多条不同升温速率下实验得到的热分析曲线来求取动力学三因子，即活化能、指前因子、最可几机理函数。后者获得的动力学模型适用于定温和变温条件，适用范围比前者更广。

( 3) 相平衡与科学前沿的结合。讲单组分相图临界点时，可以介绍超临界萃取技术在药物提取方面的应用。它是集萃取与分离于一体的新型提取分离方法，利用物质在临界点附近的奇妙特性，将超临界流体做萃取剂，将高压下萃取的物质经降低压力分离出来。该方法由于具有不破坏被提取成份活性的特点使其在纯天然有效组分的提取方面具有重要作用。

4 加强理论与人文科学的联系

物理化学理论深奥、晦涩难懂也是学生感觉物理化学难学的一个重要原因之一，如何才能深入浅出地讲好这门课是每一位物理化学教师都应不断思考的问题。通过多年的物理化学教学，笔者深切地感受到物理化学的许多观点都蕴含着丰富的人生哲理，教师在教学中应该把这些观点和体会引入课堂，这样不仅会营造轻松愉快的学习气氛，而且能传播人文精神，传递正能量，进而激发学生的学习兴趣。

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物理化学在两阶段工科化学(化工类)课程体系中处于枢纽地位。第一阶段由化学原理(基础物理化学)、无机化学、有机化学、分析化学等课程组成。化学原理作为理论教学内容,在对中学化学知识总结提炼上升到理性认识高度的基础上,对后继无机化学、有机化学作为应用教学内容提供理论基础。第二阶段由物理化学加后继专业或专业基础课程、选修课程组成。物理化学作为理论教学内容,既将先前所学无机化学、有机化学等知识从理性上加以认识提高,又为后继课程提供理论基础。[2]在专业教育的范畴内,物理化学是工科,尤其是化工、冶金、轻工等各专业必备的化学理论基础,它衔接基础理论和相关的专业课程,是一门专业基础课程。

二、物理化学课程的教学内容

物理化学提供应用于所有化学以及相关领域的基本概念和原理,严格和详细地阐释化学中普适的核心概念,以数学模型提供定量的预测。因此,物理化学是分析化学、无机化学、有机化学和生物化学课程,以及其他相关前沿课题的概念的理论基础。总体而言,物理化学理论课程可能涉及的教学内容如下:[3]

1.热力学与平衡

标准热力学函数(焓、熵、吉氏函数等)及其应用。熵的微观解释。化学势在化学和相平衡中的应用。非理想系统、标准状态、活度、德拜-休克尔极限公式。吉布斯相律、相平衡、相图。电化学池的热力学。

2.气体分子运动学说

麦克斯韦-玻耳兹曼分布。碰撞频率、隙流速度。能量均分定律、热容。传递过程、扩散系数、黏度。

3.化学动力学

反应速率的微分和积分表达式。弛豫过程。微观可逆性。反应机理与速率方程。稳定态近似。碰撞理论、绝对速率理论、过渡状态理论。同位素效应。分子反应动力学含分子束、反应轨迹和激光。

4.量子力学

薛定谔方程的假定和导出。算符和矩阵元素。势箱中的粒子。简谐振子。刚性转子、角动量。氢原子、类氢离子波函数。自旋、保里原理。近似方法。氦原子。氢分子离子、氢分子、双原子分子。LCAO方法。计算化学。量子化学应用。

5.光谱

光-物质相互作用、偶极选律。线型分子的转动光谱。振动光谱。光谱项。原子和分子的电子光谱。磁共振谱。拉曼光谱、多光子选律。激光。

6.统计热力学

系综。配分函数表示的标准热力学函数。原子、刚性转子、谐振子的配分函数。爱因斯坦晶体、德拜晶体。

7.跨学科的应用

生物物理化学、材料化学、环境化学、药学、大气化学等。物理化学实验课程培养学生用物理化学原理联系定量模型与观察到的化学现象的能力,深化学生对模型定性假设和局限的理解,锻炼他们采用模型定量预测化学现象的基本技能。

学生应能记录正确的测量值,估算原始数据的误差。学生需要理解电子仪器的原理和使用方法,操作现代仪器测量物理性质和化学变化,积累用这些仪器解决实验问题的经验。物理化学实验应含有结合若干实验方法和理论概念的综合实验教学内容。适用于工科化学(化工类)课程体系的物理化学实验教学内容大体如下:

1.热化学实验

计算机联用测定无机盐溶解热。计算机联用测定有机物燃烧热。温度滴定法测定弱酸离解热。差热分析。

2.相平衡化学平衡实验

不同外压下液体沸点的测定。环己烷-乙醇恒压气液平衡相图绘制。液-固平衡相图绘制。凝固点下降法测定物质摩尔质量。沸点升高法测定物质摩尔质量。热重分析。氨基甲酸铵分解平衡常数的测定。

3.表面化学实验

溶液表面张力测定。沉降法测定粒度分布。BET容量法测定固体比表面积。

4.化学动力学实验

量气法测定过氧化氢催化分解反应速率系数。蔗糖转化反应速率系数测定。酯皂化反应动力学。一氧化碳催化氧化反应动力学。甲酸液相氧化反应动力学方程式的建立。可燃气-氧气-氮气三元系爆炸极限的测定。计算机联用研究BZ化学振荡反应。

5.电化学实验

强电解质溶液无限稀释摩尔电导的测定。离子迁移数测定。原电池反应电动势及其温度系数的测定。金属钝化曲线测定。

6.结构化学实验

磁化率测定。分子介电常数和偶极矩的测定。

三、面向专业的物理化学教学内容建设

当然,一个工科类专业的物理化学教学不可能也不必要包含上列的所有内容。因此,各学科专业教学指导委员会根据专业的培养目标和规格,在已经或即将公布的各学科专业的指导性专业规范中,制订了包括物理化学在内的化学课程教学基本内容作为最低要求。如化学工程与工艺专业的规范(研究型)中规定:物理化学可分为两部分,物理化学(I)主要内容为化学热力学和反应动力学等,作为化工主干课的基础,应注意与化工热力学课程和化学反应工程课程的衔接和分界(一些内容可在化工热力学课程和化学反应工程课程中展开,以加强工程背景);物理化学(II)主要内容为溶液理论、统计力学、量子力学等方面的概要以及近展等。各专业的物理化学教学基本内容充分体现了本专业的学科特点,是在保障人才培养质量的前提下,兼顾国内各相关学校的教学条件提出的基本要求。因此,它体现的是该专业人才的知识体系的共性。由于各校的学科背景和教学条件的优势不同,要培养具有特色的专业人才,需要在教学中研究如何在满足各专业的教学基本内容要求的基础上开展物理化学教学。我们认为在教学内容建设中应坚持贯彻下列原则,才能切实发挥物理化学这一门专业基础课程的作用。[4]

1.承前启后,发挥枢纽作用。了解授课对象的先修和后继课程与物理化学的联系,深化化学原理课程中的物理化学理论,介绍其在后继专业课程中的应用,以开阔视野并兼顾系统性和趣味性。

2.少而精和博而通。传统的基础内容要突出重点,讲深讲透,体现学科框架;选择介绍相关前沿的内容以扩大知识面。

3.提倡内容侧重的多样化。针对不同专业时要不拘一格,倡导内容侧重的多样化;即便面对同一专业,内容侧重亦应有宽松的选择余地。

4.体现工科特色,强调应用性和实践性。引入研究型实践项目,使学生加深对理论的理解,提高应用水平。

四、建设物理化学教学内容的措施

华东理工大学物理化学教研室在国家精品课程和国家级教学团队建设过程中,以提高专业人才的教育质量为目标,采取了一系列措施,提高物理化学课程的教学水平和质量,促进相关专业的课程体系建设。

1.根据授课专业的先修、后继课程,研读相关教材,如化学工程与工艺专业的现代基础化学、化工热力学、化工原理、化学反应工程、化工过程分析与合成教材,了解其改革动向和内容变革,并且请有关学科的学术带头人做物理化学在学科领域应用介绍的报告,提出教学内容改革建议。这样做的结果一方面可以避免教学内容上不必要的重复,另一方面可以合理地选择教学内容侧重,实现化学基础课程与专业课程的合理衔接。

2.编写教材和教学参考书,保障教学基本内容的教学质量,介绍物理化学学科发展、在交叉领域的应用;介绍溶液模型、线性自由能关系等半经验方法,以衔接后继课程。近年来编写或修订出版了《物理化学参考》、《物理化学》(第五版)、《物理化学导读》、《物理化学释疑》、《物理化学教学与学习指南》。开展教学研讨,提高教师队伍的学识水平和在教学中贯彻少而精、博而通教学思想的能力。

3.制作相关前沿课题和理论应用实例,如“正、负离子混合表面活性剂双水相系统及其微观结构”、“温室气体CO2的捕集和封存(CCS)技术”、“复杂材料的微相平衡和结构演化的数学模拟”、“离子液体的合成、性质和应用”等教学素材,进行教学资源的储备。

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【中图分类号】H191 【文献标识码】B【文章编号】2095-3089（2012）13-0005-02

物理化学是药学专业学生的一门重要的必修基础课程。当代科技发展的特点，是学科间相互交叉、相互结合，物理化学的基本概念、基本理论、基本技术已渗透到药学领域，产生了巨大的推动作用。由于该课程是一门概念性、理论性、系统性和逻辑性都很强的学科，涉及的公式多、应用条件严格并且比较抽象，因而无论是理科学生还是工科学生普遍感觉物理化学是一门比较难学的课程[1]。同时传统的教学方法也不易让学生产生学习兴趣，教学达不到预期的要求和效果。在医药专业物理化学理论课时不断减少的现状下如何使枯燥、难学的物理化学变得有趣、易学，如何在有限的课时内讲好此门课程如何能提高物理化学课堂教学质量这些问题是广大师生共同所关注的。我们结合山西中医学院的实际情况，在学院领导的大力支持下，对药学专业物理化学教学从课程体系与教学内容、教学方法与手段、网络教学平台建设、实验教学、教学管理等方面进行探索改革：

1课程体系与教学内容的改革

本校的物理化学课程是为中药学、中药分析、制药工程、临床中药等理工科类专业每届200多名学生开设的专业基础课，根据我学院培养合格的药学人才的办学定位和学生需要比较扎实的理论化学知识目标要求：本课程开设目标定位于使开设《物理化学》课程专业的学生通过本课程的学习，了解化学现象和物理现象的内在关系，牢固掌握物质化学变化的基本规律和物理化学原理以及其行为条件与相关的理论计算方法。同时使学生获得物理化学科学的研究方法训练和逻辑能力的培养，强化创新意识，提高发现问题、分析问题和解决问题的能力，从而为其后续专业课程学习打下坚实的化学理论基础。针对本课程面向我校不同专业实际及其专业课程需求的情况，课程授课内容分为两个方向，并制定了相关的大纲及基本要求。第一层次面向药学类理科专业，要求较全面掌握物理化学课所涉及内容的基本概念、基本知识和基本原理以及其应用于药学相关领域研究进展新动态，例如穿插物理药学、生物药剂学等等相关专业知识及科研应用推广。第二层次则面向制药工程等工程类专业，课程授课内容除了加强基本概念、基础理论外，重点在于化学热力学和反应动力学理论及其应用计算和制药工业新进展的内容，以适应其工程类专业学习知识的需要，提高其从化学角度出发的工程设计能力。按照以上教学目标设定我们重新编排物理化学教材：

首先，在教材内容的选择上注重先进性与基础性的结合，精选出国内经典教材中的物理化学学科基础内容掺入本专业各相关知识点的应用及推广，内容的编排与选择体现出物理化学教学基本要求以及学科发展的最新成果，兼顾知识体系的科学规律和教育规律。

其次，在教材章节的处理上注重专业性与普适性相结合。在教材的选用过程中，充分考虑了各专业教学的特点和统一性。为增强教学内容的普适性，各专业教学内容的编排均超出了本专业的教学大纲，授课教师可依据具体专业要求灵活地进行节选。

再次，建立专业全面的物理化学题库。依据各章知识点、测点及对各专业学生的不同要求，分类编排了选择、填空、简答、计算及证明等多种题型，各类题目编排由易到难，题目数量大、内容涉及面广，其中的一些问题来自生活实际、生产现场，有些则来自最新的科技期刊。并选出一些优秀的应用性试题做为例题，帮助学生理解物理化学在药学上的应用拓展。

最后，建立具有专业特色的多媒体辅助教学软件，使得整个教材立体化。将课件设计为开放系统，教师可根据专业所需增加或删减有关内容，对授课内容进行及时更新。教师能够充分利用课件所提供的媒体资料以及自己所需添加的相关内容组织适合自己教学风格的特色课件，从而体现教师个人教学的个性和特点。我们搜集了大量丰富的教学素材，利用动画影音播放等形式辅助理论教学，极大的激发了学生对物理化学课程的兴趣。教师在课前必须认真准备，针对课程内容、专业需求、课堂气氛适时调节等问题，在电子版书的文字、画面、速度等问题上仔细进行教学设计。

2教学方法与手段的改革

在教学方法上我们采用互动启发式教学方法，利用多媒体手段进行课堂教学。如果能激发起学生对所学知识的兴趣就会使他们产生强烈的求知欲，变被动学习为主动学习。为此我们在课程伊始的绪论介绍中就向学生阐明物理化学课程的重要性、特殊性以及课程内容和特点，并特别注重介绍物理化学原理在药学研究、制药工业中的实际应用。例如物理化学可为药物新剂型的开发提供理论指导[2]，混悬液、乳状液、胶体等剂型的药物配制都需要应用表面化学和胶体的知识点。比方说固体分散体是提高药物吸收效果和生物利用度的有效方法，利用物化中的低共熔相图原理，使药物与载体以低共熔比例共存时，制成的药物具有均匀的微细分散结构可大大改善其溶出速度。如灰黄霉素—酒石酸低共熔混合物的溶出速度比纯灰黄霉素的大2.7倍；48%尿素与52%磺胺噻唑制成的低共熔混合物的溶出速度是纯磺胺噻唑的12倍。在课堂教学中还必须改革传统的教学方法注意理论教学贴近生活，适时地列举一些活生生的生活实例，使学生能感受到“学以致用”的乐趣，从而激发他们浓厚的学习兴趣和学习热情保证课堂教学效果。例如在介绍节流效应过程时提出“空调的工作原理是怎样的”；在学习化学动力学时提问学生“为什么夏天牛奶、食物容易变馊”、“为何生病吃药时要求每天要定时定量服药”；在讲授界面现象时可联系生活中常见的现象如 “为什么玻璃管中水呈凹面汞却成凸面”、“气泡、小液滴、露珠为何呈球状”等等实际问题并加以解决。

在课堂教学活动中，教师应成为课程的设计师，依据课程内容以及不同要求，充分利用多媒体技术的灵活、多样以及方便性，设计丰富多样的课堂教学模式。比如讲熵函数时，由多媒体动画动态模拟气缸中气体的做功过程，再由卡诺定理、可逆循环、不可逆循环，演绎得到熵增加原理、熵判据，说明隔离系统总是自发趋于平衡，趋向于无序；再如讲相平衡时，通过气液平衡仪、精馏装置等动画动态模拟实验进行状态，使同学对气液平衡、混合物的精馏分离有直观的认识，加深同学对不同气液平衡体系相图的理解，利用灵活的超连接功能，对相关相图进行对比、分析，即节省时间又直观具体。

3网络教学平台建设

同时我们还在积极寻求网络教学平台的合作建设。从本质上讲，教育是一个信息交流的过程，网络的发展对教育产生了深远的影响，网络辅助教学已成为一种重要的教育方式[3]。在网络辅助教学中，教师根据现阶段的教学条件和教学需要，通过网络来辅助教学，从而提高教学效果。将丰富、齐全的多媒体教学资源网络化，使得概念性强、学习难度大的物理化学课程教学可以在网上远程开展，给学生创造了不受课堂教学时间、地域限制的自主学习空间。同时依托数字化资源信息承载量大、信息呈现方式多样的特点，用网络平台辅助进行课堂教学和考核改革的实践，拓展了教改渠道。我们可以将多媒体课件、教科书、参考书、教案、习题答疑以及笔记等都放在网络教学平台上，这样学生就可以根据自己的情况，参考不同的资料，这也满足了不同水平同学对知识的需求[4，5]。网络答疑系统、网上讨论组等辅助功能使得课堂教学内容得以拓展、深化，师生之间、学生之间的交流更加方便、及时，成为教学的第二渠道。将课程教学大纲、教学日历、课程教学录像、综合思考题、试卷标准答案等资源上网，配合开展研讨式、迁移式、问题式等课堂新模式教学的研究。

4实验教学的改革

在整个教学过程中，实验课是其中的重要组成部分，它既将物理化学的基本理论、知识和技能通过典型实验的设计、分析和操作，将理论与实践相结合，帮助学生巩固课堂知识学习，又培养学生的独立思考、分析和操作能力。目前药学专业物理化学实验课主要由训练基本技能、强化课堂内容的验证性、经典性实验为主。现行的药学专业物理化学实验课程体系还没有完全摆脱“化学模式”的影响，有关药学方面的内容很少，这就使学生难以认识到物理化学在药学中的重要性，从而逐渐产生轻视物理化学课的想法[6]。我们积极调整实验内容，适当缩减经典物理化学实验课的内容，增加近代物理化学实验技术；并准备将一般验证性实验采用附有文字材料的多媒体教学，而集中有限的经费重点开设好难度较大的综合性实验；补充一些和药学关系密切的药物稳定性预测、药物溶解度影响实验等，改善药学人才的知识结构。并准备运用多媒体计算机辅助语言教学，制作形式精美内容前沿的实验课件，形成多角度、多层次的信息刺激，强化学生对知识的记忆和理解，缩短学生对知识的掌握时间，教师也可以从大量重复性劳动中解放出来，这对有限的实验教学课程非常重要。在毕业论文设计实验中增设一些药学相关内容的综合性实验，题目可以是学生在教师的指导下进行选题，使学生在查阅资料，文献，实验设计，实验操作，数据归纳处理，实验结果讨论等方面受到很好的训练。开放实验室，给学生足够的空间和时间，增加动手的机会，充分调动学生的主动性、创造性，进而提高学生对化学知识的灵活应用能力和独立解决实际问题的能力。

5教学管理的改革

在整个教学过程中，作为任课教师要严格遵守理论和实验教学大纲、物理化学课程安排表、物理化学实验等制订的计划去实施教学计划完成教学任务。但在新时代，教师和学生都可随时上网获得系统共享信息，进行网上交流，通过学生反应来随时更改教学进度和调整教学重点，使得整个教学过程更有活力[7]。进入实验室采取登记制度对药品和防火等都有严格的规章制度，将来也可以通过网络来登记老师学生出入。考核是教学的重要环节，如何设计适合的考核方法，提高学生的学习动力和积极性，对学生的学习效果和综合素质的提高给出合理的评价，也是广大教师应当思考的问题[8]。我们主要采取了开卷与闭卷、平时成绩和考试成绩相结合的方式，并积极了解学习国内优秀院校及国外大学物理化学考核办法。如由华南理工大学谢逢春教授介绍的美国田纳西大学物理化学专业的结构性考核[9]。结构性考核由形成性考核与终结性考核两部分组成。形成性考核的一部分是课堂问答与讨论，将学生的积极参与程度及回答正确与否作为课程考核的一部分；另一部分是课堂测验，调用课件中的相关试题进行章节测试，起到了对学习过程的监控作用，引导学生更加关注学习过程，培养了同学学习的主动性。终结性考核是指课程全部结束后的期末考试。结构性考核能够更客观地反映学生对于整门课程的掌握情况，也能为大多数同学所接受。我们正在调整课程设置，希望可以结合本校实际情况运用结构式考核更好的帮助学生学习本课程。

为了适应社会的发展，改革物理化学课程的教学方式，提高教学效果，已经成为当务之急。我们以培养高等技术应用性专门人才为根本任务，以适应社会需要为目标，物理化学教研室还需不断改革，把物理化学课程建设工作推向新的高度。他山之石、可以攻玉，我们通过不断学习研究借鉴各兄弟院校物理化学课程建设，将以教师为中心的教学模式转变为以学生为中心的教学模式，积极调动学生参与教学、大力激发学生的主观能动性，努力提高物理化学教学效果。可以相信通过努力，通过对物理化学教学的不断改革，我们可以培养出具有物理化学的基本理论、基本知识和基本技能的优秀学生，使他们养成既重视理论又重视实验的科学作风，从而为学习药学专业课打下坚实的基础。总之，物理化学教学的改革涉及到教学过程的方方面面，改革需要多方面、多层次的努力。物理化学教学改革是一项长期艰巨的任务，不能期望一挥而就、一步到位，只有不懈努力，不断探索，把注重学生的能力培养作为教学的重要任务，为国家培养出更多有用人才，为科教兴国做出应有的贡献。

参考文献

[1]林树坤，高绍康，庄乃锋，王彬. 注重理论联系实际提高物理化学课程教学质量[J].教育教学论坛，2012，1：37-39.

[2]穆筱梅，梁世强.物理化学教学方法研究[J].广东化工，2009，36（1）：107-108.

[3] 王芳珠，杨国华.物理化学立体化教材体系建设及教学改革实践[J].化工高等教育，2008，99（1）：96-98.

[4] 刘庆波.物理化学改革的几点认识[J].化工时刊，2011，25（10）：52-54.

[5]于丽梅，高占先，姜文凤，陈宏博，王梅.有机化学网络教学平台的建设与应用[J].大学化学，2008，23（6）：16-18.

[6]王周玉，蒋珍菊.提高学生学习物理化学的兴趣[J].高师理科学刊，2008，28（6）：66.

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管山，（1969.11-），男，天津，天津工业大学环境与化学工程学院，研究方向：化学工程。

卢素敏，（1967.07-），女，河北，天津工业大学环境与化学工程学院，研究方向：化学工程。

郭玉高，（1976.04-），男，河北，天津工业大学环境与化学工程学院，研究方向：化学工程。

卞希慧，（1983.11-），女，山东，天津工业大学环境与化学工程学院，研究方向：化学工程。

摘要：《化工原理》普通高校化工及相关专业的重要专业基础课，通过长期教学实践，从培养学生兴趣、利用多媒体教学、加强实验教学等角度探讨提高化工原理教学效果的方法与途径。

关键词：化工原理；课程教学

《化工原理》是高等院校化工、制药、材料和环境专业的一门必修专业基础课，也是很多高校的考研课程。《化工原理》课程多在大二春季学期后开设。在这个阶段，学生们已经系统学习了高等数学、大学物理以及无机化学、有机化学、物理化学和分析化学等基础知识。而化工原理的主要内容是利用数学、物理和化学等自然科学原理，研究和总结实际化工过程中的客观规律，并运用规律进行过程设计、工艺计算、设备的构造和选型等。从培养化工工程师的角度来看，化工原理在自然科学和解决化工实际工程问题间起着承上启下的关键作用。从多年的教学实践和学生的反馈来看，特别是对于初学者，化工原理公式繁多，理论抽象，枯燥、难于理解，即使学完原理，做题还是摸不到头脑。.如何利用有限的学时，提高教学效果，是值得探讨的问题[1-3]。笔者从自身的教学实践出发，谈谈提高化工原理教学效果的体会。

1. 激发和培养学生的学习兴趣

“兴趣才是最好的老师”是爱因斯坦的名言。兴趣，是认知需要的心理表现，是人对某些事物优先给予注意，是带有积极情绪色彩的认识倾向，兴趣可分为直接兴趣和间接兴趣。化工原理是一门实践性很强的课程，不但与化工生产而且和很多生活中的实例密切相关。教学过程中，可以从这些生活实例出发，培养学生的直接兴趣和间接兴趣，激发学生学习热情，形成学生的主动学习。学习过程中，由于学生对生活实例比较熟悉，可采用讨论式教学法。在问和答的过程中，可有效强化师生的互动作用，使师生共处在动态合作的教学环境中，教学信息的传递和反馈得以及时进行。随着讨论问题的深入并不断的解决的过程，可以充分调动学生的积极思维活动，提高学生提出问题、分析问题、解决问题的能力，可以极大地增强学生学好化工原理的信心和提高学生的学习兴趣。

2. 合理的使用多媒体技术

当今社会的信息化速度日趋加快，随着教育改革的不断深化，化工原理教学已经离不开多媒体课件。学生在获取知识的过程中，由于同学们的阅历、理解力等方面的原因，很多化工设备学生们从未接触过进而增加了理解的难度，例如板式精馏塔和填料吸收塔的主要部件和附件。对设备流程的不理解，也导致了对原理概念感觉抽象而难以理解。采用多媒体技术授课，教师可以从黑板的局限中解脱出来，全面照顾每一位学生。它以其直观的画面、形象的声音，使抽象的内容变得直观形象，能帮助学生更好地突破学习中的难点。多媒体能直观形象地表达动态的过程，教师和学生处于主动的人机对话的学习状态，易于唤起学生的学习兴趣。多媒体技术的超级连接和随意置换使教师可以灵活控制前后内容之间的衔接，既可单独讲解某个知识点，又可串起来前后连贯学习，使学生获得连贯、系统知识。在教学实践中发现，由于化工原理课程公式多的特点，如果一味的采用多媒体课件，学生的理解速度很难跟上公式播放的速度，导致学生对讲授内容注意力下降，甚至放弃听讲。因此多媒体教学作为一种较新的教学模式，也有它的不足。在实际教学过程中板书和多媒体要相辅相成，发挥各自的长处，相得益彰才能收到较好的教学效果。

3. 注重实验教学环节

实验教学是教学过程中重要的一环。通过对实验设备的认知与操作，学生不但可以深入了解课上所学的理论内容，而且对工程实践中如何实现原理有更深刻的认识，这对培养学生解决工程问题思维大有裨益。此外，通过实验，可以强化化工设备的操作方法。例如离心泵和旋涡泵的操作和流量调节各有什么样的特点。这些设备的操作和条件对化工类专业同学的职业发展，是十分重要的。在教学过程中发现，很多的化工教学实验装置已经是高度集成的装置，有的装置甚至已经实现了实验数据的实时自动采集。有的同学也反映，化工原理实验就是按照老师的指示，动某个阀门，记录相应的数据，整个过程比较枯燥。这对化工原理教师提出了更高的要求。在指导实验过程中，要严格要求学生的实验预习、实验操作以及实验数据的处理过程，在实验过程中强化学生对实验流程，设备结构的认知和了解，强化对实验中各种现象的观察和记录，养成良好的实验习惯。在期末考核过程中，增加对实验部分的考核，从课程管理的角度引导学生重视实验，从而提高整个课程的教学效果。

以上总结的是我们化工原理教学中的几点实践经验。通过以上环节的实施，我们认为可以培养学生主动思考习惯以及应用知识的实践意识。这几个环节具有内在的统一性，在教学实践中认真实行这些环节，并不断拓新，以期使化工原理课程的教学效果更上一层楼。（作者单位：天津工业大学环境与化学工程学院）

参考文献：

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关键词：传输原理；知识体系；教学质量

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）50-0087-03

冶金传输原理与冶金物理化学、金属学一起构成了冶金工程专业的专业基础。它以高等数学、大学物理、物理化学等课程为基础，进一步向冶金应用理论延伸，作为深入理解和解释专业知识的理论与工具，起到了重要的承上启下作用[1-2]。冶金传输原理教学体系自20世纪70年代建立，至今已有40年左右，冶金传输原理课程内容庞杂，物理概念抽象，计算公式繁多，数学推导烦琐，一直被公认为是“教师难教，学生犯难”的一门专业基础课程[3-6]。许多同学难以深刻理解所学内容，往往通过死记硬背勉强通过考试，在似懂非懂中便结束了课程的学习，对今后继续深造，提高专业技术水平形成了一定的障碍。从行业发展角度看，冶金规模快速扩张阶段已然成为历史，冶金行业发展进入新常态，为缓解过剩产能提出的供给侧改革对冶金工程技术人员的综合设计开发能力提出了更高的要求，也为高校冶金人才的培养提出了新的挑战[7]。因此，夯实理论基础并加强理论实践将成为新时期人才培养的重点。

一、冶金传输原理课程现状

为更加有针对性地制定有效措施，提高冶金传输原理教学质量，对国内外17所冶金相关高校的课程开展情况进行了调研。调研院校冶金传输原理课程平均学时数为56。最多80学时，最少30学时。各高校教学学时数较开课之初均呈现减少趋势，但教学内容却并没有减少，因此对教学效率提出了更高的要求。从国外来看，教学学时更少，亚琛工业大学为43学时，其中还包括16学时的课外辅导；东京大学为30学时。国外授课偏向于基本方程和基本理论，更注重学生自学，通过综合性的作业来促进学生对所学知识的理解与应用。教材方面，沈巧珍、杜建明编写的教材使用率最高（6/17），其次为沈颐身编写的教材（3/16），其余基本由本校教师编写，值得一提的是，国内东北大学采用了英文教材。在成绩考核方面，82.3%的学校采用闭卷考，并辅以不同比例的平时成绩。亚琛大学为三道综合计算题，东京大学为50%报告+50%考试。在其他教学环节中，64.7%的学校设有不同学时的实验课，以此增加同学们对所需知识的理解，激发学习兴趣。调研的国外两所高校没有相应的实验课程，一是与较少的学时数有关；另外国外学生人数少，实验条件普遍较好，学生可根据兴趣自由选择进行相关实验。课程设置上，很多院校研究生阶段不再开设冶金传输原理课程；开设研究生课程的一般在本科阶段着重基本概念、基本原理，研究生阶段偏向一些具体问题的解决，包括建模和数值模拟计算等。此外，查阅近几年冶金工程专业硕士招生情况可知，在每年的硕士入学考试中，选择《冶金传输原理》作为专业基础课考试科目的只有寥寥数人，可见其在全国冶金工程专业学生眼中已成为“不受欢迎”的课程，这对冶金工程专业人才培养是非常不利的，也极大地挫伤了教师的教学积极性。分析各高校课程建设基本情况，并结合实际教学过程中发现的问题，总结如下：

1.课程体系建设有待加强。现行冶金工程专业本科培养计划中规定，课程在本科阶段学习重点为基本概念的理解、基本方程的建立、基本定理的应用，深入了解冶金过程中各种传输现象，为学生将来从事冶金技术开发、提高控制和设计水平打下良好的基础。但由于缺乏对冶金传输原理知识体系结构的梳理，造成具体教学过程中对教学内容以及深度的把握上缺乏整体规划，知识之间的继承与联系不强，导致同学们理解不深入。

2.教学手段有待进一步提高。目前的教学活动并没有充分利用现代化的教学方法和手段，只是将传统的板书搬到了电脑屏幕上，由于课程内容抽象、烦琐，一味单调地讲授，机械地记忆，学习起来非常被动，且容易产生厌烦心理，教学效果不能令人满意。

3.知识体验缺乏。目前的教学过程缺乏知识体验环节，没有提供学生主动体验知识的机会，甚至连演示实验也没有。从人类认知学角度来讲，知识的主观体验是知识学习过程中不能缺少的环节。因此，造成学生对知识的理解不能深入，也缺乏对传输理论实际应用的体验。

二、教学改进与创新

1.完善课程教学体系。每门课程根据其性质及应用对象都有其自身的特点和适用的教学方法，冶金传输原理是一门相对年轻的课程，其课程体系的建设一直在不断完善。冶金传输原理的内容繁杂、抽象，不易理解。与高等数学和大学物理相关教学团队进行研讨，建立课程的知识体系结构，对知识层次进行划分，按照基本定理、基本定理的广义延伸、特定条件下的推理以及实际应用及结论的层次构建知识结构图，使同学们明确新知识与已有知识的联系，便于理解、记忆和应用。如传输原理中最重要也是贯穿整个学习过程的纳维-斯托克斯方程，其本质可以从中学物理所学的牛顿第二定律F=ma得到，推导过程中用到质量守恒定律和动量定理。将特定物体的质量转换为流过一定空间坐标的流体质量，将中学物理概念中的加速度（实际为时变加速度）拓展为时变加速度和位变加速度之和。流体的受力分析除了熟知的压力、重力以及可能存在的各种外场力外，增加了流体特有的粘性力，据此就可以容易地推导出纳维-斯托克斯方程，并与已有知识建立联系。对纳维-斯托克斯方程在不考虑粘性力（理想流体）、稳定流动、不可压缩以及只有重力条件下，沿流线积分或在有势流动中积分可得到伯努利方程，属于特定条件下的推理。而毕托管、文丘里管、飞机起飞升力以及虹吸管等属于具体应用。结论对应于应用过程中得到的一些重要结果，如管道层流和湍流最大速度与平均速度的关系，层流和湍流边界层厚度与板长的关系及阻力系数等。依据此原则将冶金传输原理重点知识进行层次划分，并要求同学们画出知识层次结构图，对同学们理解、掌握整个知识体系具有很大帮助。课堂教学方面，为了帮助同学们理解所学知识，将抽象的概念具体化，制作了多种教具并设计了演示实验。如在讲授动量传输的微分方程时，制作了流体受力模型，采用多层平板代表流层，平板间利用橡皮筋连接代表粘性力。在讲述流体流动状态时，设计了雷诺演示实验，并辅以多媒体展示，丰富了教学手段。对于重点、难点内容设计了讲解策略，吸纳有经验教师和同学们的意见反馈，不断改进。重点和难点的确定一方面来源于教学大纲，另一方面通过调查问卷收集，并参考每年的试卷分析。此外在教学中，充分利用教师丰富的科研资源，将科研工作中应用传输知识的实例简化为课上讲解的例题，一方面使同学们认识到传输原理的重要性，提高学习兴趣，另一方面可以丰富课堂内容，使教学更生动。在解决知识体验问题上，采用教学实验进行弥补，利用公共实验室和专业实验室条件，设计了十余个教学实验。鼓励学生自行设计综合性验证试验，提高学生知识综合运用能力。在升华对知识的认知方面，设计了结合同学们个人兴趣爱好的教学活动――冶金传输原理诗词大赛，收到了预期效果。教学效果反馈上，针对课程整体状况、教材使用、课程设置、教师授课、学生学习以及考试情况设计了调查问卷，在每学期考试后分发，公布考试成绩前收回。每学期末，任课教师对反馈情况进行研讨，分析存在问题，提出改进策略，形成良性循环。最终形成了“课程内容设计课堂知识讲授重要知识体验知识升华演绎学习效果反馈”的完备教学循环体系，对每个具体教学环节给出明确的执行方式，具有可持续性和操作性强的特点。

2.深化知识体验。引导同学们对所学知识进行深入思考，才能更好地理解掌握；将枯燥的问题规律化才能记忆深刻。开创性地设计了冶金传输原理诗词大赛这一教学环节，利用当代大学生的多才多艺，将其自身特长、才艺、爱好转嫁应用到枯燥的专业知识学习中。以所学传输原理知识为题材，通过总结、分析以各种文学形式进行表达。作品可以是对一类具体问题如管道流动、边界层理论、对流传热等问题的系统总结，也可以是对某个具体知识点的深入剖析。作品由两部分组成，第一部分为作品的正文，第二部分为作品内容的分析、解释，篇幅不超过3000字。将抽象的理论以不同的文学形式进行表达，无疑将极大调动同学们的积极性，发挥各自想象力和创造能力。由于诗词作品讲究工整、押韵、流畅，易读易记。因此传输原理知识的文学化表达必须在对所学知识充分理解、消化的基础上才能完成，通过作品创造，提高同学们的认知。作品以答辩的形式呈现，现场打分，教师点评和同学们的陈述给大家提供了二次学习的机会，每个人都受益匪浅。作品的创作以团队形式完成，2―3人一组，创作过程中，组内同学之间的相互交流、学习是进一步巩固所学知识、完成从简单认知到灵活掌握的助推剂。每个小组针对特定传输原理知识进行总结、升华，深刻诠释知识的内涵及应用，为其他同学学习、体会该部分知识提供便利和帮助。通过不断地积累，将不断提高同学们的认知水平，事半功倍。与此同时，教师可通过作品，了解学生知识掌握状况。将好的作品汇编成册，七律、绝句、诗歌、歌曲等创作形式一些枯燥的专业知识更接地气，给了专业知识全新的诠释。这种从学生理解角度出发的知识诠释，由于大家知识背景类似，学习程度相近，因此最易于理解，成为新同学学习的有益补充，也增加了学习兴趣。

3.建立开放教学实验平台。知识体验是学习过程中不可或缺的环节，根据教学内容要求及现有条件，设计了管道流动中的质量平衡；不可压缩流体定常流能量方程；平板法测定保温材料导热系数；卡门涡街；气隙对材料导热性能影响；流动过程中的流线和迹线；毕托管测量流体流速；雷诺实验；多种传热形式综合传热；液―液间传质；气体蒸发过程的扩散传质等11个基础教学实验。利用学院开放教学实验平台，逐渐为同学们提供服务。每个实验设计包括五个部分：实验目的、实验原理、实验设备、实验步骤、结果与讨论。实验目的和实验原理主要描述对应的传输原理知识；实验设备的介绍使同学们对实验平台有直观认识；实验步骤提供了实验操作指导；结果与讨论引导同学们进一步思考实验背后的基本理论以及对所学知识的灵活运用。此外，充分发挥教师的专业实验室资源，在开展相应科研工作时，在开放实验平台上提前公布，鼓励同学们观摩、学习和参与讨论。

三、结束语

本文在充分调研国内外教学基本状况基础上，提出通过教学体系完善、深化知识体验以及教学实验平台建设来提高学生学习兴趣，改善教学效果的一系列改革措施。研究结果对改善本课程教学质量具有较强的实践意义和较高的借鉴价值。此外冶金人才培养全国应为一盘棋，建议整合国内冶金传输原理教学优质资源，充分利用现代化网络工具，建立冶金传输原理课程网站。实现教学资源共享，建立教学课件库、习题库、学生自我测试平台，重点难点解析专栏，并定期安排优秀教师网络答疑，通过不断努力，使冶金传输原理课程建设更上一层楼。

参考文献：

[1]吴铿.冶金传输原理[M].北京：冶金工业出版社，2011.

[2]岳强.冶金工程专业传输原理课程教学的创新探索与实践[J].教育教学论坛，2014，（13）：212-213.

[3]何飞.关于提高《冶金传输原理》课程学习兴趣的教学改革探讨[J].高教学刊，2016，（3）：70-71.

[4]刘然，王杏娟，艾立群，李运刚，李俊国.《冶金传输原理》课程教学手段的改进[J].教育教学论坛，2015，（27）：135-136.

篇10

基金项目：本文系南京理工大学教改资助项目“材料专业基础课概念－问题－探究教学模式研究”阶段性成果之一。

摘要：通过对探究式教学目的的反思，以及理工科基础课特点的总结，摸索出适用于理工科基础课的“概念-问题-探究”教学新模式。

关键词：探究式教学；理工科；基础课；核心知识

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1008-2646（2012）01-0082-05

研究型大学的建设对研究性教学提出了日益迫切的要求。在研究性教学的实践中，源于西方的探究式教学受到广泛重视，这种以讨论课(也称Seminar)为载体的课程模式提倡知识学习的自主性与面对未知的探索性，因此从理论上讲与研究型大学的科学研究精神相契合，故近年来相关的研究文章较多，在教改立项中也成为了热门课题。

但是，当我们在实践中真正落实探究式教学时，当这种模式与具体的课程结合时，就会发现探究式教学从理论研究到实际操作，都存在不小的问题，因此需要进一步的反思，以便清除形形的认识误区，从而把握其精神实质，为实践操作奠定坚实的理论基础。

从方法论的角度看，具体问题具体分析是教育研究不二的法则。因此，我们将探究式教学聚焦在理工科基础课上，也就是高等数学、大学物理、大学化学，以及各工程学科的主干基础课，如化工学科的物理化学、化工原理，材料学科的固体物理、材料科学基础，控制学科的电工学、自动控制原理，等等。这些课程是理工科课程体系的真正精髓，对后续课程从知识结构到认知方法都会产生深远影响。因此，探究式教学的真正落脚点应该放在这些课程上。

一、探究式教学的目的与反思

所谓探究式教学(也称探究式学习，Inquiry Learning)通常指从学科领域或现实生活中选择和确立主题，在教学中创设类似于学术研究的情境，学生通过独立自主地发现问题、操作实验、收集与处理信息、表达与交流等探索活动，获得知识，培养能力，发展情感与态度，特别是发展探索精神与创新能力。它倡导学生的主动参与，是一种积极的学习过程。［1］

不难看出，探究式教学以自主与探索为目的，重视学生能力与素质的培养，从理论上完全符合现代教育理念。但是，理论上的完备不等于实践操作的可行，因为理论往往源于具体对象，一旦对象发生变化，理论(特别是教育理论)通常要做出相应的调整，有时甚至是重大调整。以探究式教学为例，目前国内更多地在基础教育中采用这种形式，而理工科基础课中却很难操作。之所以这样，与理工科基础课的特点(见本文第二部分)有关，其中知识的坚实性、系统性与深奥性对传统意义的探究产生了重大影响。因此，应该在理工科基础课的背景下重新审视探究式教学的目的。从知识的坚实性看，现行探究式教学中对于新知识的诉求是不可行的。面对基础课中的核心知识，主要任务是接受、理解，以及理解基础上的应用，而与新知识发现关系不大。从知识的系统性与深奥性看，也与现行探究式教学的目的格格不入，因为深奥、抽象及知识关系复杂，意味着凭借学生自身的认知能力，是无法理解与掌握这些知识的，故老师的作用相对彰显，而这又与现行探究式教学强调学生自主性的诉求相矛盾。如果进一步考虑到大学生都是高中应试教育的“产品”，则探究式教学更是难上加难。这样一来，似乎根本颠覆了传统意义上的探究式教学，因为探索性与自主性都已落空。正因为如此，探究式教学尽管研究得热火朝天，但在高校中真正操作却很少，在理工科基础课中更是如此。

那么，是不是要根本放弃探究式教学的理念呢？理工科基础课中探究式教学是不是真的没有了空间？结论当然是否定的！而新的探究式教学，主要取决于通过反思达成的观念转化，特别是对一系列相关教育教学理念的重新认识。

首先，什么是新知识？一般来说，新旧是有相对性的，但传统教学观念却把新知识当成绝对的事物，即那些从未被人们认识到的知识才是新知识，而相对于学生而言的新知识却不在其中。以热力学第二定律与熵概念为例，一方面它们已经产生了100多年，是耳熟能详的知识；但另一方面，对学生而言它们又是新事物，是需要学习的新知识。对于具有相对性的“新知识”，客观上不存在探索与发现的问题，因为它们都清清楚楚地展现在教材中。因此，探究必须赋予新的含义，即根据知识对于学生的相对新颖性，以及由此产生的认知过程的不完备性，将发现式的探究转变为澄清式的探索，使学生的知识认识由模糊、理解不深，逐步达到较高的认识水平，并最终获得运用知识于具体问题的能力。以高等数学的极限理论为例，学生不是见过极限的定义、学习了几个例题，就能把握该理论的核心，真正认识与理解需要漫长的探究过程，需要学生自主地提出与极限相关的问题，试探性地运用极限理论到其他领域，如物理学、化学，甚至是生活领域，从而在提问、反思、质疑、具体运用中，逐步加深认识。

其次，探究的方向。传统观点认为，探究式教学总是向外的，向着未知的外部世界，特别是自然界。但是，还有一种向内的探究方向，即面向我们自身，面向人的头脑与思想，去探究其中未知，甚至是构建其中的空白。改革开放30年来，人们已经习惯于对外开放，热衷于面对外部世界，特别是西方发达国家，这一点在教育中尤其明显。但是，30年带来的思维惯性使我们忽视了向内这个重要的方向，忽视了自我改造，特别是自身思想观念深层次问题的解决。2008年爆发的金融危机已经从思想方向(注意：不是思想方法)上给我们敲响了警钟，也进一步启发我们在教学中眼睛向内，在探究式教学中努力解决自身的问题，而不是一味地眼睛向外。

最后，探索的自主性。事实上，自主也是一个相对的概念，因此不能绝对化。在传统的探究式教学中，过于强调学生的自主性，老师似乎已经失去了基本地位而变得可有可无。我们认为，至少在理工科基础课中，老师的地位绝不能动摇，知识的基本传承不能因为强调自主探究而丧失。当然，这不是说回归到满堂灌的老路上，而是根据理工科基础课知识深奥、系统等特点，充分发挥老师的作用，特别是在新式探究下的作用，以便调动学生的探究积极性，引领探究的方向，把握探究的尺度(因为过度探究容易钻牛角尖)，使探究式教学真正落实到理工科基础课中。

不难看出，观念转换后的探究式教学获得了新的意义，探究式教学的自主性与探索性诉求有了新的生存空间，这为它的实践操作奠定了基础。

二、理工科基础课教学的特点分析

如果要在理工科基础课中真正实践探究式教学，必须对其特点有深入的认识。尽管理工科基础课的重要性不言而喻，但它们的特点，特别是面向探究式教学时表现出的特点，却并不清楚。根据经典的课程理论，课程是由教材、教师与学生构成的，故分析课程特点也要从这三个维度展开。

1. 理工科基础课教材

教材是学科知识体系的代名词。对于理工科基础课，知识体系往往有以下特征：

(1)核心知识的坚实性

每一门理工科基础课中，都有一批核心知识。它们经历了长期的实践检验，得到了反复的证实，因此不可动摇。例如，高等数学中的极限理论、函数理论，大学物理中的牛顿定律、电学基本公式，物理化学中的热力学定律与动力学理论，材料科学中的结构与缺陷理论、相变理论等等。这些核心知识的坚实性特点对探究式教学会产生重要影响。

(2)知识的系统性

理工科基础课的另一个特点是，其知识经过长期的发展与演化，已经形成了逻辑关系复杂的较为庞大的体系。知识系统性的显性含义是知识庞杂，知识点众多；其隐性含义是，知识结构复杂，具体就是知识点之间的关系众多，而“关系众多”相比于“知识点众多”会带来更大的教学难度。

(3)知识的深奥性

大学知识有着固有的深奥性，而理工科基础课中，知识深奥性表现得更加突出。相对论、量子力学、极限理论、热力学原理、控制理论等一系列理论，量子化、相对性、极限、函数、内能、熵等一系列概念，无一不显示出深奥的品性，它们中的绝大多数远离人们的日常感知，具有极为抽象的特征。

2. 基础课教师

从教师的角度考察理工科基础课的特点是新概念，这方面很少有人涉及。但是，教师毕竟是课程三要素之一，有着举足轻重的作用，因此全面考察教师是很有必要的。

由于基础课在理工科课程体系中的重要地位，基础课教师通常是一个学校教师队伍的中坚力量。他们常年从事教学工作，理论水平较高，教学经验丰富，作风严谨，责任心强。因此，作为传承式的教学，这些教师是完全胜任的。但是，从探究式教学的要求看，基础课教师又存在一些不足。首先，经验丰富与作风严谨使得易于墨守成规，而不敢积极探索教学中的新事物；其次，由于基础课教学任务重，工作量大，这部分教师的科研项目较少，与生产实际的接触远不如专业课教师，加之基础课教师教育理论水平不高，使得基础课中大胆改革的精神不足，教学改革的活力不够。在探究式教学中，必须注意到教师的上述特点，有针对性地做好教师的工作，特别是思想观念的转化工作。

3. 基础课学生

在教学三要素中，最容易忽略的恰恰是学生！从某种意义上讲，学生是三要素中最重要的。尽管学生的作用至关重要，但遗憾的是，学生很可能是探究式教学实际操作中的主要障碍。

理工科基础课通常在第一、二个学年开设，此时学生刚刚从高中考入大学，他们的学习目的、认知习惯、知识结构主要来源于中学，而且以应试教育为主要特点，造成大一、大二学生在面对探究式教学时全方位的不适应。首先，从知识传承的角度看，学生不知道知识以概念为核心，理工科学生往往热衷于公式与计算，因为公式记忆与计算娴熟是应试之本，但这恰恰从根本上偏离了知识的核心；其次，学生普遍缺乏主动意识，且这种缺乏贯穿于学习的全过程，如知识寻找、问题生成、探究讨论，而这些都是探究式教学不可或缺的；最后，学生普遍惧怕不确定，惧怕改变现状，习惯于固守以往的模式。根据我们多年的观察，一些好学生反而在变革时表现得相对保守。

学生状况的不如人意恰恰反衬出教学改革的必要性，以及在理工科基础课中实施探究式教学的迫切性。

三、探究式教学的操作之道

综合以上分析不难看出，在理工科基础课中实践探究式教学，将面临巨大的困难与挑战。从另一方面讲，困难与挑战也意味着其中蕴涵着巨大的价值。正是由于这种巨大的价值牵引，我们通过多年的实践，逐步摸索出一套基础课中探究式教学的操作方法，其核心就是：概念问题探究。

1. 概念

教学中强调概念是老生常谈。但将概念置于理工科基础课的背景下，特别结合探究式教学的要求，则概念的教育意义与教学操作就需要重新认识。前已述及，基础课知识体系具有坚实性，这一特性反映在概念上就是基础性，即这些课程中有一批基本概念。概念的基础性意味着其内涵小而外延大，因此意义深奥，影响深远。从探究式教学的角度看，概念的基础性为新式探究提供了巨大的空间，因为深奥意味着学生不可能马上领悟，他们必须通过不断的思考(即探究)才能逐渐明白概念的深刻内涵；而影响深远意味着基础概念可以与许多事物相结合，从而为概念的反复认知提供大量机会。以物理化学中的系统概念为例，它不仅仅属于物理化学课程，也是控制原理、信号与系统，甚至是高等数学等课程的核心概念。同时，系统也广泛存在于社会科学领域，如经济系统、社会系统、教育系统等。通过系统概念在各个学科领域的广泛应用，学生会逐渐明白系统的层次性，明白系统的物质属性是最为重要的(即唯物主义的基础)，明白系统与环境的相互作用决定了系统发展的外在方向性，等等。这样，对系统概念的认识得到不断深化，属于学生的系统概念的外延逐渐扩大，最终形成一个关于系统的概念体系，从而基本完成对系统概念的认识。

上述概念认知过程启示我们在探究式教学中注意概念建立之初的简洁与形象化。基础课中概念的基础性与深奥性，及这些特性衍伸出的特点(如外延广大)，使得概念的建立不可能一蹴而就。因此，在概念建立之初，就应该努力使概念简洁，即教师通过典型事例展示概念最基本的内涵，而不能面面俱到。我们发现，中国教材在概念引入时，有从一般到特殊的普遍习惯，在理工科基础课中更是如此，似乎先给出了概念的一般定义，就能包罗万象、一劳永逸。但是，无论从学生的认知能力还是实际教学效果看，从一般到特殊并不是概念教学的万能形式，对于基本概念更是如此。以熵概念为例，即使告诉学生它与混乱度有关，即使让学生记住熵S的经典公式，甚至是通过该式做了一些题目，学生对熵概念还是不甚了了。因此，对这类基本概念的认识就应该另辟蹊径，即从特殊到一般，而这里的特殊要求教学中使基本概念变得简洁(尽管这会一定程度影响普遍性)，因为简洁的东西才易于把握；同时，使概念更加形象化，因为形象化是应对基本概念深奥性(从而具有抽象性)的法宝。不难看出，我们主张初学时全力建立简洁清晰的概念，这样能够在学生的头脑中留下鲜明的印象，这为概念的后续学习奠定了坚实的基础。

在概念建立中，特别是概念建立之初，教师的作用是不可或缺的。此时不宜将任务主要交给学生，而是应该以教师为主导，快速高效地建立概念。我们反对在探究式教学中弱化、甚至忽略教师作用，因为这相当于否定知识传承。教师的知识理解、认知水平、思想方法，以及这些背后的态度与精神，对后辈学生都是宝贵的财富，因此绝不能轻易放弃。此外，强调快速高效，是为后续以学生为主体的教学过程预留了时间。

2. 问题

不难看出，上述过程仅仅是教学的初级阶段，要想使学生的概念深化、理解加深，还必须进一步展开教学，而这一阶段的核心是问题的生成。在传统的灌输教学模式中，教学的进一步展开是通过例题，特别是各种各样的计算题目，其目的主要指向公式的记忆与计算的娴熟。但是，概念的认识与理解，特别是概念的应用，有着不同于公式-计算的模式。例如，函数概念的深入理解不可能只通过函数的计算、证明，它必须通过问题，如函数的要素到底是3个还是2个？矢性函数、矩阵函数与普通的函数的异同何在？函数空间与尺度空间的差异是什么？等等。又如，内能的概念不可能仅凭热力学第一定律(即)就能掌握。对于内能，还要进一步区分动能与势能，区分各种场景下动能与势能的具体组成；要追问凝聚态与气态间内能的差异，搞清楚进一步细分成液态与固态时内能的差异；要明确内能在凝聚态化学势中的作用，明确内能是有层次性的，及这种层次性在转变、相变、化学反应诸过程中的体现。不难看出，对于概念的认识及其深化，是以问题为教学手段的，通过问题实现对概念加深认识，因此问题的形成至关重要。

问题的来源分为三种：老师、学生和师生互动。当概念初步建立后，为深化概念认识而生成的首批问题理所当然的来源于老师，因为此时学生还没有入门，还不会提问，特别是结合所学概念的具体问题，这方面的能力缺陷与长期的中学应试教育有很大关系。因此，教师应该首先提出一批问题供学生思考、探索，从而引导学习的方向(以免重蹈公式、计算的覆辙)，特别是通过这些问题诱发学生自身的问题，这一点非常重要，它是探究式教学自主精神在基础课教学中的核心。随着(教师)问题的思考，学生逐渐形成了自己的疑惑、问题，这些问题带有学生认知结构上的缺陷，因此是个性化的，是鲜活的，也是学生最感兴趣的。不难看出，教师问题的真正作用不是拾遗补缺以完善学生的认识不足，而是激发学生在所学概念框架下的思考。由于理工科基础课中概念的基础性、深奥性及系统性等特点，所以学生在思考中一定会想不通、看不透或讲不清，因此能够产生大量属于学生自己的新问题。根据心理学原理，学生对于自己的问题是非常认真的，总是希望解决这些问题，这就给自我探究奠定了基础。另一方面，学生的新问题从相对的角度讲，也算是未知，探索这种未知对提升学生的思维水平与认知能力具有重要意义。问题的最高形式源于师生互动，此时已经无法区分问题的归属到底属于谁，它形成于师生间的讨论过程，是相互启发的产物，这就是所谓的教学相长。

顺带指出，现有理工科教材在提问方面是不符合探究式教学的，因为现行的做法是概念定义之后，马上将教学引向公式与计算。而真正围绕概念，以概念深化理解为宗旨的问题却很少，也缺乏时效性，具体就是没有在概念初步建立后立即提出有利于深化理解的问题，使得学生错误地以为概念的认知状态已经达到要求，殊不知实际差距非常大。

3. 探究

事实上，探究与问题是相互融合的，之所以分开讨论无非是强调同一过程的不同侧重。当概念初步建立后，随着教师问题传递给学生，真正意义的探究正式开始。学生开始思考，学生有了问题，学生需要解惑，凡此种种都离不开探究，它是学生自主参与的思考过程。根据认知心理学，思考过程分为分析、综合、推理、判断，其中分析既是思考中首先进行的过程，也是现代大学生最为缺乏的能力之一，因此理工科基础课探究式教学首先应该重视分析能力的培养。下面用一个实例说明如何通过提升分析能力来强化概念的理解。

热力学第二定律的核心思想是通过如下的克劳修斯不等式表达的dSδQT教材中给出的标准解释是：δQ是实际过程的热效应，T是环境温度(对于可逆过程，环境温度等于系统温度)，dS是伴随过程的熵变，等于号对应可逆过程，大于号对应不可逆过程。记住了这个式子及其条件，熟练地用该式(通过计算)判断具体过程的可逆性，这样是否就算完成了对热力学第二定律的认识？答案显然是否定的，因为如此深奥的物理定律不可能一蹴而就。我们因此设计了这样的问题：dS到底与过程有无关系？由于答案较为复杂也非常专业，因此只介绍答案与分析的关系，该答案主要借助对过程概念的进一步分析，即学生应该将过程分解为：起点、中间过程和终点，这样一来就能分清上式两侧的性质，其左侧只与起点和终点有关，因为dS是状态函数；而右侧只与过程有关，因为δQ/T只与中间过程有关。故克劳修斯不等式的真正含义是，比较同一过程不同侧面的性质，当表示状态性质的dS等于过程性质δQ/T时，该过程就是可逆的，大于时是不可逆的。更进一步，学生们明白了起点与终点固定的前提下，过程是多种多样的，其中有一类过程(可逆过程)是特殊的，其δQ/T=dS，而任何其他过程的都不具备可逆性。显然，不可逆过程不是一类，而许许多多，但可逆只是一类过程，这个概念对于后续的非平衡热力学至关重要。对克劳修斯不等式认识的加深，会促进学生回过头来认识热力学第一定律，它也是起点与终点的状态函数差与中间的过程量之间的关系，只不过此时是与能量有关的诸量，如内能、热与功。这样就从更高层次统一了两大热力学定律。如果延伸这个概念，还能进一步联想到数学中的积分，其中导函数(中间过程)的积分，等于原函数的端点差值！由此可见，真正的概念认识与理解有着强大的“辐射”作用，这为概念应用提供了广阔的空间。

不难看出，我们的教学目的是提升学生的概念认识水平，因为概念是学生今后学习、科研的真正出发点，故概念的认识水平与应用能力至关重要。在概念深化的探究过程中，分析、综合等思考能力随之加强。而上述水平与能力的综合就可以达成理工科基础课探究式教学的主要目的。

参考文献

［1］任长松. 探究式学习［M］. 北京：教育科学出版社，2005：25.（责任编辑、校对：臧莉娟）Reflections on Inquiry-Oriented Teaching of Basic Technical Courses

WU Qiang，GUO Yu

(1. School of Material, Nanjing University of Science and Technology，Nanjing, Jiangsu, 210094;

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中图分类号：TV13；G6423文献标志码：A文章编号：10052909（2016）03009904一、水力学课程特点

水力学主要研究液体的宏观机械运动规律及其在工程实际中的运用。水力学课程为后续相关专业课程，如水泵与水泵站、给水排水管网系统、建筑给水排水工程、给水水质工程学、排水水质工程学的深入学习打下牢靠基础。因此，学好水力学课程尤为重要。

水力学是一门理论性质较强的专业基础课，如何让学生对单调枯燥、抽象繁杂的教学内容产生浓厚兴趣并加以充分吸收，如何调动学生的热情和积极性，如何更进一步提升水力学的教学质量，是一直以来高校水力学教学研究的重点，也是土建学科教师共同面临的教研问题。

（一） 培养目标定位

通过课程的学习，学生需要了解和掌握水力学的基本原理与实际运用，最终形成扎实的理论知识和应用能力。结合工程实际问题简化分析水力学问题，并具备常规实验动手能力，主要包括水静力学分析计算与水动力学三大典型方程的灵活运用、水流形态的判断及其沿程和局部水体损失的确定计算，注重学生面对实际水力问题的分析计算能力和基本实验动手能力培养，为后续相关专业课程的学习奠定良好基础。

（二） 理论教学部分

水力学的理论教学用时占到本课程总学时的70%，主要是传统“粉笔+黑板”板书教学和多媒体讲解及展示教学相结合，并辅以一定的讨论和检测习题来巩固完善水力学教学。刚开始，必须掌握静水压强、静水总压力计算分析和水动力学三大基本方程，只有精通水静力学和水动力学的基本知识，才能在后续水头损失、有压管道、明渠恒定流、堰流、渗流等内容学习过程中游刃有余，水到渠成地完全掌握各种典型实际水力分析工程运用。水力学教学本身抽象性和理论性很强，有较多的计算方程及其附属的方程运用条件，再加之实际环境类型的差异及水质条件参数的变化，使水力学讲解授课和学习掌握存在相当难度，对工程力学、大学物理、高等数学微积分等基础知识储备有一定要求，这就需要学生在平时掌握过程中清楚各个方程的详细推导过程，包括等式方程的等效替换、适度变形和方程使用前提及在该条件下的参数确定，遇到与之对应的具体水力学问题，可以按照等式方程形成原理，写出适合实际问题的水力学方程。

此外，水力学教学课时相对紧张，在理论教学部分要针对给排水科学与工程培养计划量体裁衣，有别于土木工程、水利水电工程等专业的水力学教学，重点突出水动力学中的“水头损失”、“有压管道”和“明渠”相关分析计算，让学生掌握与管道、明渠相关的水头损失及水流形态判断确定及分析计算，而堰流部分多是水利水电工程为主要教学内容，渗流多是岩土工程岩土水力学的主要研究内容或是地质工程、地下水科学等专业的教学重点。鉴于此，课堂授课的例题讲解，要多以市政管道、室内管道、水泵站、大坝修筑、自来水厂、污水处理厂等为主，让学生更关注本专业领域所涵盖内容，培养学生结合实际问题的分析能力。

（三） 实验教学部分

实验教学是水力学授课的重要环节。水力学的实验教学用时占到本课程总学时的30%，主要在实验室通过水力模型模拟实际工程中的现象，基于化学试剂在水中呈现的不同颜色，来清晰地观察不同外部因素驱动下的水流形态及所形成的水力现象，对课堂理论教学起到补充作用。学生通过动手实验和观察实验，并结合课堂理论知识，使整个水力学的学习变得轻松。实验教学能让学生动手参与并思考问题，积极性显著提高。

值得重视的是，指导教师的水力学实验选择和教学安排对水力学教学效果影响较大。水力学实验的典型性是实验选择的一个重要方面，而水力学实验的全面性更值得思考，要选择能反映多个水力学知识点的综合性实验，特别重视涉及核心知识点的实验。例如，雷诺实验中层流和紊流形态的观察区分，阻力实验中水损的形成，及阻力存在下对水流形态的作用影响。教学中可以让学生观察具体的实验装置和器具，回忆并讲解理论知识，查漏补缺、强化理解，也可以让学生结合生活实际工程中的水力现象，来分析其涉及的水力学知识，如泵站水泵的吸水管路、压水管路设置安装、室内用水器具的管道衔接及其水力成因，将抽象空洞的理论知识与生活生产实际紧密结合，让学生意识到水力学知识对社会发展的巨大贡献。

二、提升教学质量探索

（一） 强化基础课程教学

学好水力学需要掌握好工程力学、大学物理、高等数学等基础知识，否则在水力学学习过程中容易发生概念模糊，公式记忆不清晰等现象。例如，研究液体黏滞性、牛顿内摩擦定律、真空度等知识会涉及大学物理的相关知识，讲解静水压力、液体平衡微分方程、静水总压力的分析计算会涉及高等数学中的微积分原理，水静力学中具体水工构筑物受力分析会涉及工程力学的力学分析内容。如果高等数学、工程力学、大学物理等基础知识掌握不到位，在分析具体水力问题时就会力不从心，感觉找出解题思路却难以继续计算下去而不了了之，更多的时候甚至会对整个题目无从下手，这样发展下去会极大地消弱思考热情，教学成果大打折扣。因此，授课教师在课堂应根据学生的知识接受情况，决定是否需要温习回顾以前的基础课程内容。在合理控制教学进度的同时，让学生理解知识点。

（二） 激发学生学习兴趣

兴趣是最好的老师。在学生刚刚接触水力学课程的时候，就要突出水力学课程在整个专业领域的核心地位，要让学生明白学好水力学的重要性和必要性。事实表明：（1）水力学是后续专业课的重要基础，不学好水力学，后续的相关专业课（给水排水管网系统、水质工程学等）和课程设计（水泵站设计、自来水厂和污水处理厂设计等），甚至包括毕业设计都很难顺利通过，即使在后续学习过程中，通过一定途径弥补以前水力学的弱势，也会消耗大量的宝贵时间，因此，在初期学习过程中，掌握好水力学知识显得尤为重要。（2）相当数量的高校在本专业研究生初试时就考查水力学，基于考取研究生的高难度要求，如果想在本专业继续深造学习，就应该不遗余力地学好水力学。（3）毕业后如果直接参加工作，施工单位、设计单位、自来水厂、污水处理厂等都不可避免涉及水力学知识。换言之，只要从事“水”相关的工作，水力学内容就必不可少。另外，水力学教学中知识本身的丰富性及其与工程实践的联系性将促使初学者高度关注，极大地增加了初学者的学习兴趣，引导并不断培养学习兴趣对水力学讲授至关重要。

（三） 创新课堂教学方法

水力学课程理论性较强，概念理解困难，公式计算较为复杂，单一选择“粉笔+黑板”传统教学模式势必会降低教学效率，教学内容易受限制。与此同时，仅仅采用传统的多媒体教学，学生可能跟不上教学进度，课堂学习难度加大。板书教学与多媒体教学结合，教学效果显著[1-2]。在公式推导与理论分析方面，板书教学具有无可替代的教学优势，其讲解速度较慢，推导过程清晰，使学生紧跟教师思路而不落后，较为容易掌握。在水力学作用效果及实验现象描述方面，多媒体教学更加直观、深刻、形象，使学生迅速洞察其中奥秘，明白变化流程，加深对知识的理解。课堂上例题分析与小组讨论结合有助于进一步提升教学质量，例题与习题讲解是强化理论知识掌握的重要方法，小组讨论便于发现知识体系中的新问题并进行探讨归纳。如在水静力学和水动力学知识掌握中，可让学生总结比较“静”与“动”分析中的异同点，巩固基本理论。

创新教学模式助力教学效果提升。有学者提出“三合一”分层教学模式[3]。第一，结合具体工程实践实例、生产实际讲授知识点，将课堂抽象的水力学理论分析结合具体工程实践，如水体动静结合的水力作用下大坝的建设施工。第二，自主学习课堂教学模式下的水力学教学探讨，教师定期设置教学内容，让学生自主探讨完成，并及时对疑难问题答疑和详细讲解，增强学生自主学习意识。第三，构建师生互动的启发式课堂教学，教师提出问题，或是给出部分引导条件，激发学生自主探索思考。

利用多媒体平台优化教学方法，通过动画视频展示让复杂的问题通俗易懂，尤其是在讲解复杂水力学现象的动态成因和静力分析、“动”与“静”耦合体系在复杂水力条件下的形成过程及水力分析时，通过多媒体演示，使学生豁然开朗。此外，针对个别基础薄弱的学生，可结合学生个体实际制定有效的学习计划，帮助学生巩固掌握水力学知识。

当前混合学习和移动学习日益快速发展， “微课”教学模式已成为当前我国教育信息化资源建设的重点和研究热点[4]，涵盖了从中学到大学的整个教育历程[5]。“微课”的优点表现在：教学时间较短，教学内容较少，资源容量较小，资源组成/结构/构成情景化，主题突出等[6-9]。“微课”不同于一般单纯知识性的传统视频演示，而是模拟一对一的教学情景，针对一个很小的知识点，进行讲解。讲解具有“启惑”作用，既注重教师的教，更注重学生学习，区别于一对多课堂教学。“微课”教学模式可帮助教师拓宽教学技能，深化教学实践[10]。“微课”是一种很好的辅助教学模式，对教学重点或难点，可采用录制“微课”的模式进行讲解。“微课”应用于给排水专业水力学课程是一种新的教学模式。

（四） 提高学生动手实验能力

为促使学生更好理解理论知识，加强实验教学显得尤为重要。尽管学生在课堂上已经掌握了水力学理论知识，但是在学习初期学生可能产生许多疑虑，即并不确定这些理论知识是怎样运用于实际生活生产，甚至会怀疑这样复杂的理论知识在实际情况下是否有效。水力学实验正是将理论与实践工程结合的实验探索，而实验参数的调整和不确定性正是实际水力现象的可能变化途径。直观的动手操作实验能让学生很快明白实验方法步骤及其与实验相关的理论知识分析，实验所引发的新问题必然引起学生的积极思考，以期运用所掌握的相关理论知识解决实际水力学问题，动手实践可显著提升学生自主思考的能力。

不同于一般的物理化学实验，不同的水力学实验需要相对独立的实验仪器。“先教师示范、后学生模拟”是水力学实验的通用流程。一般情况下，在进入水力学实验中心后，教师先讲授实验背景、实验核心理论、实验流程，紧接着教师会示范模拟并讲解，其次是学生动手实验并观察记录，而后是教师指导实验并解析实验中的问题，最后归纳总结、整理仪器、离开实验中心。实际教学中，可分小组实验，但各组进行的试验一般相同，而实验最终结果差异较大，甚至部分小组实验难以完成，针对这些差异的讲解也是实验教学的重要组成部分，会让学生直观地认识到外部因素对实验的偶然性影响和理论知识对实验指导的必然性作用。实验完成后，教师要督促学生及时完成实验报告书并批阅反馈，不仅让学生明白实验报告所涵盖内容，而且培养学生对实验现象、实验数据处理的能力。

（五） 引导大学生自主创新

随着社会和科技的发展，知识创新已成为各行各业不断发展的动力。当前大学生的能力评估已经不单纯依赖于考试成绩，大学生知识创新活动是另外一种展示大学生风貌和知识水平的方法[11]，也能一定程度反映高校的人才培养质量。在水力学的教学过程中，激发学生以水力学知识进行自主创新是课堂教育与实验室教学的升华。因此，应当积极引导学生参与各项竞赛活动或一些社会团体举办的具有开发大学生自主创新能力性质的活动，如“全国大学生挑战杯”“中国给水排水杯”“力诺瑞特杯”“大学生节能减排社会实践与科技竞赛”等。大学生参与这些竞赛将有助于提高大学生专业知识水平、动手能力、自信心与自主创新能力。大学生自主创新的方法不局限于各种竞赛，由于各方面条件限制，大学生也可以通过撰写论文、申请发明专利或实用新型专利等形式体现自身的自主创新能力。当前，大学生在自主创新过程中可能遇到诸多问题，例如，普遍缺少科学精神，教育体制存在缺陷，创新平台有待搭建，缺少自主创新能力等级评价体系等[12]。因此，在创新的过程中，学校和教师需要加强科学精神的宣传工作，积极为学生搭建各项创新平台，不断提高学生自主创新能力。应以学生为主，教师为辅，积极开发学生的创新能力，只有这样，学生的自主创新能力才能提高。

三、结语

水力学是一门理论性较强的专业性基础课，对本科生后期学习相关专业知识影响很大。在传统的教学基础之上，在教学过程中激发学生学习兴趣与提高学生专业知识水平是一项重要课题。充分利用当前信息化技术优势，采用多元教学模式，如自主互动、“粉笔+黑板”教学方式、视频动画等多媒体，甚至新型的“微课”教学模式。教学规律与专业化人才培养需求相结合，传统教法与新形势下现代教法并轨，将学生能力素质培养放在首位，有针对性地设计教学内容，积极推动和引导学生参与社会实践，提升学生自主创新能力和专业知识水平。

参考文献：

[1]郭小英， 孙书洪， 周青云， 等. 多媒体在水力学课程教学中的应用与选择 [J]. 教育教学论坛， 2014（10）：253-254.

[2]司春棣， 韩会玲， 齐清兰， 等. 水力学教学中多媒体课件与板书的使用模式优化研究 [J]. 河北农业大学学报： 农林教育版， 2009， 11（3）： 351-353.

[3]郑志宏， 李寻， 刘金辉， 等. “三合一” 分层教学模式在水力学教学中的应用 [J]. 高等建筑教育， 2007， 16（3）： 79-81.

[4]胡铁生， 黄明燕， 李民. 我国微课发展的三个阶段及其启示 [J]. 远程教育杂志， 2013 （4）： 36-42.

[5]胡铁生， 周晓清. 高校微课建设的现状分析与发展对策研究 [J]. 现代教育技术， 2014， 24（2）： 5-13.

[6]胡铁生. 中小学微课建设与应用难点问题透析 [J]. 中小学信息技术教育， 2013（4）： 15-18.

[7]胡铁生， 詹春青. 中小学优质微课资源开发的区域实践与启示 [J]. 中国教育信息化， 2012（11）： 65-69.

[8]张志宏. 微课： 一种新型的学习资源 [J]. 中国教育技术装备， 2013（20）： 50-51.

[9]张剑波， 张欣杰. 高职微课程的开发与应用 [J]. 中国职业技术教育， 2014（2）： 9-11.

[10]吴秉健. 国外微课资源开发和应用案例剖析 [J]. 中小学信息技术教育， 2013（4）： 23-26.

[11] 钟玉泉， 彭健伯. 问题激发教学法与大学生自主创新能力的培养 [J]. 中国大学教学， 2009（7）： 57-58.

篇12

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）23-0041-03

“工程热力学与传热学”是一门与工程实际联系紧密、应用性很强的热科学基础课，它源于矿业、石油、冶金、化工、机械、环境、航空航天等工程领域中的实际工程问题，也发展、应用于解决实际工程问题，在理工科本科生教育中占有重要地位，为理工科专业技术课的学习提供重要的理论基础。近年来，随着人类社会的进步和科学技术水平的提高，实际工程领域所面临的热科学问题更加复杂，这使得“工程热力学与传热学”课程传统的教学模式及授课内容已面临社会发展和学科发展的严峻挑战，存在较多问题和不足。[1]作为中国矿业大学（北京）（以下简称“我校”）“工程热力学与传热学”课程的主讲团队，笔者结合近年来科研工作中关于热力学与传热学的问题和多年对该课程的教学经验，对该课程在安全工程专业本科教育中的课程改革和教学实践进行了一些探索，并得到了一些粗浅的体会和认识。

一、安全工程专业“工程热力学与传热学”课程教学改革的必要性

1.该课程对安全工程专业本科教育的重要性

安全工程专业是一个涉及理、工、文、法、管等学科的综合交叉工科专业，目前国内开办安全工程专业的高等院校的类型很多，有矿业、石油、化工、军工、土木、交通、环境、经济等。“工程热力学与传热学”是安全工程专业必修的一门专业基础课程，在安全工程专业的培养计划中有非常重要的地位。根据安全科学基本理论，事故是能量失去控制而意外释放所造成的，而“工程热力学与传热学”正是研究能量转化与传递过程的基本规律，由此可见该课程对安全工程专业本科生培养的重要性，其教学水平直接影响安全工程专业本科生的培养质量。

2.目前该课程教学中存在的问题和难点

（1）教学学时少，但教学内容多，造成教与学矛盾。随着21世纪国家人才培养战略逐渐向拓宽专业口径、培养复合型人才方向发展，安全工程专业本科教育的培养计划和培养目标也不断调整，更加重视大安全“通才”教育。为满足安全工程专业培养计划改革和课程体系设置需要，我国多数高校对“工程热力学与传热学”课程学时都进行了缩减。比如我校，由起初64学时调整为48学时，虽然学时减少，但主体教学内容并未删减，这导致教学进度不得不加快。然而热力学和传热学理论性、专业性强，因为教学进程加快，使得学生不能深入透彻理解重要知识点，造成教学效果较差，引起教与学的矛盾。

（2）课程概念多、公式多、理论性强，降低了学生学习兴趣。“工程热力学与传热学”课程概念多、公式多、图表多，尽管有些概念和公式在“大学物理”和“物理化学”课程中学习接触过，但运用这些抽象概念和基本公式解释、推导热物理规律时，多数学生都会感觉到比较吃力，因为这要求学生具有扎实的数理基础和较强的抽象思维能力。另外，该课程中一些概念比较抽象且比较相近，容易发生混淆，比如可逆过程与准静态过程的联系与区别，技术功、轴功、容积功区别，导热系数、传热系数、导温系数的联系与区别等。同时，“工程热力学与传热学”中繁多的公式的关联性极强，推导过程复杂。上述理论性和专业性很强的概念、公式及其之间的复杂关系，大大地降低了学生学习的兴趣和动力。

（3）教学内容及参考教材安全专业应用案例较少，学生专业实践应用能力培养不足。随着科学技术的快速发展，热力学与传热学领域一些新的概念和理论不断涌现，目前多数新出版的“工程热力学与传热学”教材内容丰富，知识面力求新颖和广博，只配有少量简单应用案例。这对目前压缩学时的安全工程专业本科教学来说不合适，不利于学生在有限学时内深入学习和掌握重要热力学和传热学理论，而且不能使学生深入了解热力学和传热学理论在安全专业的应用，从而造成专业实践应用能力培养不足。因此，针对安全工程专业“工程热力学与传热学”课程教学，应有所侧重，补充该专业应用案例，强化学生学习兴趣和动力。

3.该课程教学内容和教学方法优化的必要性

随着经济的快速发展和社会的不断进步，人们对安全的要求越来越高，近几年来安全学科发展迅猛，“安全科学与工程”已成为工学门类下第37个一级学科，安全学科涉及面越来越广，已深入到矿业、石油、冶金、化工、环境、土木、交通等多个工程领域。“工程热力学与传热学”作为安全工程专业重要专业基础课，面临社会科技发展和安全科学发展的新形势，特别是教学学时压缩情况下，其传统的教学模式、授课内容、教学效果已充满挑战，存在较多问题和不足，其教学情况，在一定程度上影响安全专业人才在实际工程中解决相应问题的能力。因此，在有限学时内，对该课程教学内容和教学方法进行改进和优化是非常必要的。通过教学改革，提高该课程教学水平，才能使其充分发挥对安全专业技术课学习应起到的桥梁和铺垫作用，从而在一定程度上提高安全工程专业本科生的培养质量。[2]

二、安全工程专业“工程热力学与传热学”课程教学改革思路及实施

1.该课程教学内容调整和优化

（1）根据安全专业方向和学时分配，强化和弱化部分教学内容。为满足安全工程专业培养计划改革和课程体系设置需要，我校对“工程热力学与传热学”课程学时由起初64学时缩减为48学时。为在有限学时内完成教学计划和提高教学质量，笔者选用的参考教材为张学学教授主编的《热工基础》，该书基本内容由工程热力学和传热学两部分组成。[3]该书侧重于热力学和传热学基础，有助于学生对基本理论知识和方法的理解和掌握，但对于安全工程专业基础教育来说，其部分章节教学内容不重要，比如工程热力学篇的第六章内燃机和燃气轮机动力循环装置和第七章制冷装置循环等内容，因此在教学过程中对上述内容可以弱化。该书第五章中作为了解内容的湿空气性质及其热力学过程，是通风安全理论的基础，对安全工程专业来说就特别重要，因此在教学中对该部分内容应强化。总的来说，对该课程的教学应因材施教，根据安全工程专业方向和教学计划分配，灵活调整和优化教学内容和重点，使得学生能深入透彻理解重要知识点，避免引起教与学的矛盾。

（2）扩充传热学数值计算知识及应用算例，增强学生对基本公式及理论知识应用方面的理解，激发学生学习兴趣和动力。“工程热力学与传热学”课程概念多、公式多、图表多，通过实验教学可以加深学生对热力学与传热学理论知识的理解和掌握，但受于学时和实验条件限制，目前该课程实验教学课时还比较少。近年来随着计算机技术和数值计算方法的快速发展，数值计算（或称数值实验）为热力学和传热学研究开辟了一个新途径。目前“工程热力学与传热学”课程教学中，只在导热部分对数值计算基础进行了简要介绍，为了使学生能较系统地了解和掌握数值计算在传热学的应用，也需要对流换热部分的数值解算进行补充。考虑到本科生对数值计算涉及的数学推导和偏微分方程求解等知识的理解和掌握比较吃力，在课程教学中对MATLAB软件在传热学数值计算中应用进行介绍，并引入相关传热问题解算案例进行讲解。MATLAB是一套综合性的高性能数值计算和可视化软件，借助MATLAB软件不仅能使学生较快掌握传热学数值计算的应用，同时借助其强大的计算和绘图功能，也可以使学生对热力学和传热学中的许多公式和热物理规律推导进行图像化展示，这有助于学生对热力学和传热学基本理论知识的理解和掌握。[4]

（3）建立安全专业应用案例库，细化到具体章节教学内容中。“工程热力学与传热学”与工程实际联系紧密，应用性很强，它源于工程实际，并应用于解决实际工程问题。因此，若要提高“工程热力学与传热学”课程教学质量，在课程教学过程中应将实际工程案例作为教学素材，引导学生对特定的教学案例问题进行分析，并借助热力学和传热基本理论提出解决方案。针对安全工程专业说，工作中会遇到各种各样的危险情景，引入专业案例教学非常重要，比如应该补充讲授热力学能量传递、烟气对流和辐射复合传热方面的案例、热力学与传热学在事故演变分析中的应用案例。通过案例教学不仅可以使学生对热力学和传热学知识有深刻的理解和掌握，也有利于拓展学生的思维模式，激发学生的创新意识，更重要的是培养学生的专业应用和实践能力，对工作中危险情景问题应该怎样借助热力学和传热学理论来分析和解决会有较好的把握。因此，笔者近几年来特别重视对安全专业应用案例库的建设，对各个案例根据教学内容进行分类，基本贯穿于各个章节的教学中。

2.该课程教学方法改进和优化

近几年来随着国家对人才培养战略的调整以及工科类专业培养目标的改革，为了保证和进一步提升“工程热力学和传热学”课程教学质量，笔者对该课程教学方法进行了一些探索和改进。

（1）以科研与工作实践促进教学。大学教学不同于中学教学，大学是培养人才和创造知识的重要平台，在大学教学过程中要讲授传播高深前沿的专业技术知识。只有通过科研历练和工作实践，大学教师才可以逐步提高专业素养和综合素质，才能紧跟进而较好地把握本专业科技前沿。“工程热力学和传热学”课程作为工科类重要专业基础课，该课程任课教师更应立足于科技前沿，通过科研工作不断提高自身业务素质，并将科研成果转变为专业理论知识渗透到教学过程中，这样才能克服教材内容滞后于最新专业科技知识的不足，保证教学质量，同时通过“工程热力学和传热学”课程教学也能拓宽学生的科研视野和提升学生专业知识水平。为此，笔者在教学过程中穿插介绍了课题组在采空区自然发火、矿井降温等领域与热力学和传热学有关的研究成果。

（2）设立课程助教和网络讨论课堂，增强课程教学答疑和交流。为了及时解答学生学习过程中遇到的问题，在“工程热力学和传热学”课程教学过程中笔者安排了助教，助教一般由青年教师或高年级研究生担任，主要负责课程作业批改和答疑，并不定时开展相关专题讨论班，加强学生对重要章节的学习和理解。另外，在课外，笔者还充分利用网络资源，建立了网络讨论课堂（QQ群）。针对课程学习疑难问题、课程建设及改进建议等问题学生都可以在课程讨论群中提出，助教或任课教师基本每天都会登陆讨论群回答学生提出的问题。通过设立助教和建立网络讨论渠道，较大程度上增进了课堂教学以外老师和学生的交流，提升了该课程的学习质量。

（3）借助现代多媒体教育技术丰富教学手段。近年来，随着计算机科技和互联网技术的快速发展，多媒体技术成为教育教学过程中一个非常重要和便利的工具。“工程热力学和传热学”课程涉及的公式和图表非常多，采用多媒体技术可以显著节省教师对一些公式和图表的板书时间，不仅能提高教学效率，并且采用图文并茂的PPT可以形象具体地展示教学内容，利于学生理解。然而，对于比较重要的教学内容，比如导热微分方程、对流换热方程等数学描述的推导，笔者仍采用传统板书方式，详细分析和讲解重要定律和公式的提出和推导过程。另外，要充分利用多媒体技术的多种媒介形式，包括多种形态的文字、图片、动画、录像等。[5]目前笔者已经制作和收集了一些图片和视屏（热电偶等测温器件、肋片、换热器传热过程Flash、煤自燃实验录像等），在课堂教学实践中取得了较好的效果，大大激发了学生的学习兴趣和热情，也加深了学生对传热学在科技生产领域中应用的认识。

（4）改革和优化考核方式。“工程热力学和传热学”课程涉及的公式和准则特别多，有些公式较难记忆和推导，因此任课教师在闭卷考试命题时不得不压缩范围，这导致一些同学在考试复习时会忽略一些教学内容。为了使学生能对热力学和传热学基本理论知识有一个整体的把握和思考，特别是对该课程基本理论的应用有较深刻的认识和理解，笔者采用多元化考核方式。多元化成绩评定包括三部分：第一，课后习题作业、出勤、课堂表现、课下网络讨论表现情况；第二，专题大作业完成情况，专题大作业主要是基于热力学和传热学基本理论开展相关产品设计或数值模拟等；第三，闭卷考试成绩。采取这种多元化考核方式，不仅能促进学生对热力学和传热学理论知识的深入学习和掌握，也能提高学生的学习能动性，提升实践应用能力，有助于培养高素质人才。

3.学生实践应用能力培养引导

为了进一步提高学生的实践应用能力和培养学生的创新意识，笔者在“工程热力学和传热学”课程教学过程中通过多种形式对学生进行引导或提供多种实践渠道进行学习。

（1）设置热力学和传热学专题大作业。在教学过程中，笔者精心选取了多个与热力学和传热学密切相关的专业问题，让学生分组协作，首先对这些问题进行调研，然后开展实验设计和数值模拟分析，并写出相应的总结报告。最后，利用讨论课时间，组织各组以PPT形式进行汇报，通过提问和讨论意见进一步完善作业成果。专题大作业的成果作为期末考试总成绩评定的一部分。在课堂教学过程中增加学生参与的比重，使学生成为课程学习的主体，能为培养学生的实践创新能力创造有利条件。[6]

（2）利用大学生创新计划项目。目前，我校积极响应国家、北京市有关开展大学生创新训练的政策和工作安排，每年都组织设立大学生创新训练计划项目近300项，这为我校大学生参与科研工作、开展创新活动提供了重要的平台和良好的条件。我校“工程热力学和传热学”课程刚好在大学生创新训练项目立项这学期开课，在教学过程中，笔者鼓励学生应用热力学和传热学基本理论进行选题，并在开展研究工作过程中给予方法和技术指导。

（3）利用校外实践基地现场实习交流。为了提高学生的实际工作能力和教学质量，培养高素质复合型人才，以尽快适应社会发展的人才需求，和加强本科实践环节的教学，我校资源与安全工程学院积极开展校企合作实践教学，目前已建立了39个校外实习和实践教学基地。在“工程热力学和传热学”课程教学过程中，笔者穿插介绍了安全工程专业相关应用案例，同时，也经常给学生灌输实践学习的思想，鼓励学生好好利用实践基地这个很好的学习平台，到实践基地去实习或社会实践时现场观察、学习热力学和传热学的应用实例。通过现场学习能较大程度上拓展学生实践应用思维和激发学生创新意识。

三、结语

“工程热力学与传热学”课程在理工科本科生教育中占有重要地位，它源于工程实际问题，也发展、应用于解决实际工程问题。为能使热力学和传热学知识适应社会发展需要和满足现代社会对信息型、复合型人才的需求，“工程热力学与传热学”教学内容和教学方法需不断改进和优化。

本文以安全工程专业“工程热力学与传热学”教学为例，针对该课程教学内容、教学特点和目前教学中存在的典型问题和不足，提出了该课程教学改革和优化的思路和具体改进实施方案。该课程教学改革在安全工程专业教学中实践结果表明，新的人才培养目标和培养模式下“工程热力学与传热学”课程教学质量有较大改观，学生理论知识学习情况、分析解决问题能力、实践应用能力都得到较大提升。笔者对该课程在安全工程专业本科教育中的课程改革和教学实践，希望能为国内其他高校理工科“工程热力学与传热学”课程教学改革提供思路借鉴。

参考文献：

[1]于靖博，董丽娜，赵兰英.《工程热力学与传热学》课程教学改革与实践[J].广州化工，2013，41（11）：259-260.

[2]林日亿，梁金国，黄善波，等.安全工程专业“工程热力学与传热学”课程教学改革[J].中国电力教育，2010，（167）：93-95.

[3]张学学，李桂馥，史琳.热工基础[M].第二版.北京：高等教育出版社，2006.