简论无机非金属材料工程专业《物理化学》的课程教学改革研究论文
1前言
近年来，随着我国中长期教育改革和发展规划纲要提出“全面提升高等教育质量”是高等教育发展的首要任务，国内各大院校开始投入到教育质量改革的大潮中。陕西科技大学作为西部地区唯一一所以轻工为特色的多科性大学，也将高等教育专业认证作为学校保障本科教育质量的重要手段。我校无机非金属材料工程优势特色专业率先实施了工程教育专业认证。物理化学课程作为无机非金属材料工程专业本科教学的专业基础必修课，应从解决专业工程问题的实际出发，探索适合本专业学生的一套教学模式。
2应用型人才培养目标定位
为了满足行业资质认证考核的要求，无机非金属材料工程专业确立了与行业接轨的应用型人才培养目标：立足陕西、面向行业，培养具有以陶瓷、玻璃为特色，涵盖无机非金属材料相关领域所需的工程知识;具有利用现代工具对相关复杂工程问题进行分析、研究、解决和管理能力;具有良好的职业素养、团队精神、创新意识、沟通交流与自我提升能力;具备社会、法律、环境等意识及评价能力的应用型人才。在新的培养模式下，物理化学课程对材料专业学生提出了相应的毕业要求：掌握化学的基础知识和基本原理，能就简单的工程过程进行分析，选择正确方法，对所研究的对象进行合理优化。为此，物理化学课程建立了“重基础、强实践、突出综合应用能力”的全新教学体系。
3改革教学模式，加强综合应用能力培养
无机非金属材料工程专业物理化学课程教学内容改革紧紧围绕基础理论知识与实际工程操作相互贯通，理论知识与创新能力培养相互渗透的创新教育模式展开，注重大学生综合应用能力的培养，力求激发每个学生的学习兴趣和能动性，提高大学生自主学习能力和运用专业理论知识来解决实际复杂工程问题的能力，提升我国工程技术人才的国际竞争力。
4结合专业特色，优化教学内容
对于无机非金属材料工程专业，物理化学教学内容应实现化学与材料专业的对接，突显“陶瓷、玻璃材料”特色，注重理论知识与材料科学研究、实际工程问题的有机结合。教学中，着重讲授物理化学应用在材料科学领域的相关理论知识，注重大学生运用物理化学的基本理论分析解决无机非金属材料相关的相图分析及应用、晶相反应体系动力学、薄膜制备及研究、复合材料设计及合成等复杂工程问题的能力培养。材料专业物理化学教学内容调整重点从以下几个方面开展：(1)分时分配。我校物理化学课程全年总学时为80学时。依据无机非金属材料专业需求，对各章节学时进行重新分配。化学热力学基础两章由18学时压缩至12学时;第五章相平衡由6学时增至10学时;第七章电化学由17学时压缩至8学时;第九章表面现象由6学时增至10学时;胶体化学由6学时增至10学时。(2)适当消减与专业不太相关的复杂逻辑推导部分和理论知识，重点讲解无机非金属材料相关的重要理论及应用。具体可以删去以下内容：Cp,m-CV,m=R、理想气体的绝热可逆过程方程、卡诺定理、各体系化学势计算公式、理想液体混合物混合性质、开尔文公式等推导过程。热力学基础部分应重点讲授无机材料系统(凝聚态系统)的固相反应(晶体和玻璃体)、液相反应(高温熔体和水溶液)、相变化(多晶转变、固液相变、结晶)等复杂过程发生的方向和限度问题。讲授中应强调上述凝聚态体系中进行的物理化学过程往往达不到热力学意义上的平衡，因此，探讨反应进行的方向性问题比探讨反应平衡更有实际意义。此外，利用相图可以预测新材料的性质，确定制备、加工工艺等。相平衡讲授中应侧重相律的应用，特别是二组分凝聚系统和三组分凝聚系统相图的识图、相变规律等。化学动力学部分重点讲解固相反应的速率和机理。实际上，固相反应通常多为复合反应，整个反应的速率可以用速率控制步骤法近似处理。表面化学和胶体化学对于无机非金属材料专业学生显得尤为重要，重点讲解纳米材料、功能梯度复合材料的表面(界面)结构和特性、纳米材料的发展新动态、溶胶的传统和新颖制备技术、溶胶的电性性质和溶胶稳定聚沉理论等，拓展学生的视野。
5教学方法多样化
在物理化学的课堂教学中，选取合理灵活有效的教学方法至关重要。对此，除了传统的讲授方式还增加了启发式教学、专题讲座、课堂讨论、应用举例、参与式教学等多样化教学方法，充分激发学生的学习能动性和创新思维。启发式和提问式教学能培养学生独立思考能力和独立解决实际问题的能力，如在节流膨胀时可先提问冰箱的工作原理，讲授表面张力时可提出为什么小液体呈球形，肥皂泡要用力吹才能变大，在讲授毛细管现象时先提问植物如何输送水分，在讲授过饱和蒸气时先提问人工降雨的原理是什么，在介绍瑞利公式时可提问晴朗的天空为什么呈蓝色等，让学生带着问题主动地学习相关的物理化学理论。对于重点难点理论和基本原理可采用课堂讨论和应用举例方式，这种教学方式是培养学生发现问题、分析问题、解决实际问题能力的重要途径。如润湿现象这部分内容可采用课堂讨论形式进行，首先让学生讨论自然界中固体表面的`润湿现象都有哪些，再分析这些润湿现象的润湿程度差异，然后由教师讲解接触角和杨氏方程这一重要理论，针对杨氏方程的实际应用由教师设定讨论主题：如玻璃表面的防水处理和喷洒农药让学生继续展开课堂讨论。在防水材料主题讨论中教师应把握主题，不能偏离正题，紧紧围绕防水机理、自然界中的超疏水现象(典型的如荷叶表面、水稻叶、水黾的腿和蝉的翅膀等)、防水材料(含氟材料和有机硅材料等)的发展动态进行讨论，这样才能做到在有限课堂时间获得良好的授课效果。在讲授学科发展前沿时可采用专题讲座形式，在开拓学生视野的同时也激发了学生的科学研究兴趣。此外，物理化学教学中采用参与式教学是提高课堂教学效果的极为有效的方法之一。实践中发现该方法从真正意义上体现了教学以学生为中心，学生由被动学习转为主动参与，从主观意识上能积极主动参与到课堂学习教学环节中，这也充分体现了工程教育专业认证的基本理念——以学生为本，面向全体学生。
6建立合理的课程考核评价体系，促进课程持续改进
持续改进是工程教育专业认证的基本理念，合理的课程考核评价体系是对教学效果的有效检验，是课程持续改进工作的重要保障。在新的教学体系中，物理化学采用了累加式的考核方式：平时成绩和卷面成绩相结合。其中，平时成绩占总成绩30%，由课后作业、平时考勤、课堂提问组成，课后作业占平时成绩的60%。这种新的考核方式，不仅极大地激发学生的求知欲，而且能更好地体现学生的综合能力。此外，在期末考试的命题中，注重重要基础理论的理解和实际应用方面的考查，特别是试卷中新增了一道与无机非金属材料专业紧密结合的综合性大题，以考察学生运用化学的基础知识和原理分析和解决实际问题的综合能力。
7结束语
提高高等教育的教学质量，一直是我国高等教育工作者不变的追求。在无机非金属材料工程专业物理化学课程的教学改革中，不断地调整课堂教学内容、教学方法和评价体系，建立一套完整的适应社会和学科发展的教学新体系，进而提高学生的逻辑推理能力、分析解决实际复杂工程问题的能力，增强学生的创新能力，从真正意义上来提高教学质量。
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