1.引言
物理化学是一门重要的自然科学，旨在揭示化学反应的规律，即“化学变化过程中能量流动的一般规律”。物理化学能帮助人们从科学的角度认识自然，进而利用能量流动的规律控制化学反应，最终实现利用自然、改造自然的目的。随着科学的不断进步，物理化学与其它学科如生物学、物理学、食品科学、农学、医学在内容上不断交叉融合，促进了社会的发展，在人们的生产生活中发挥着越来越重要的作用。物理化学不仅具有广泛的实用性，同时也兼具极强的理论性，其必须以物理学基本原理为基础、以高等数学为手段、以客观实验事实为支撑，因此“枯燥乏味”是学生对物理化学的普遍评价。物理化学“难教”、“难学”、“难用”，如何提高课堂教学效果，为化学专业培养研究型、应用型人才打基础，一直以来都是物理化学教学工作者所面临的挑战。
本人自执教化学类专业物理化学课程以来，始终坚持改进教学方法，提出了“三优两法”的课程建设方案：首先，凝练优化的教学内容、挖掘优秀的教学内涵、搜集整理优质的教学资源，即“三优”；然后，充分利用模块教学法和线上线下混合式教学法，即“两法”，提升学生学习效率，提高教学效果。
2.课程建设方案及实施情况
2.1优化的教学内容
北宋欧阳修在《送慧勤归余杭》中云：“一馔费千金，百品罗成行。”，从中可见中国人民对美食的喜爱。如果能将人们喜闻乐见的各色美食与物理化学基本原理相结合，那么课堂教学效果将事半功倍。本人于2016年受陕西师范大学邀请开设公开课，首次将《舌尖上的物化》搬上课堂，好评如潮。自此，本人悉心整理了许多美食中有关的物理化学知识，编辑成大量多媒体教学资料，帮助学生快速理解深奥的物理化学原理。如：以清蒸鲈鱼为案例讲解二元理想完全互溶双液系相图、以陕西特色面食为案例讲解高分子的溶胀行为、以果冻为案例讲解水凝胶的制备机理、以鲜奶和牛排为案例讲解化学反应动力学等等，获得了学生的一致好评。2021年，网易新闻网对本人的创新教学内容——《舌尖上的物化》进行了报道。
图1. “舌尖上的物化”知识架构(左)与网易新闻网对本人教学工作的报道(右).
《木兰辞》中云：“当窗理云鬓、对镜贴花黄”，爱美之心人皆有之。2020年，本人利用模块教学法将护肤品、美妆品中有关的物理化学知识引入到课堂，同时整理出了“科学防晒”、“健康美白”两个相对完整的线上专题讲座。2021年12月，本人向化学类专业学生开设了一次别开生面的线下公开课——《美丽俏化学》，同时在腾讯视频网上线上直播，深受广大学生喜爱。
图2. “美丽俏化学”宣传海报(左)与公开课现场照片(右).
2.2优秀的教学内涵
党的十九大报告指出：我国新时期教育改革方向是“以内涵式发展推动高校‘双一流’建设”，这对物理化学教学工作提出了更高的要求，即“优秀的教学内涵”。鉴于此，本人依据工程师萨迪•卡诺的传奇人生，精心设计了一个以爱国主义、理性主义为主题的故事，以线性叙事的形式，将同学们的思绪带入到第一次工业革命时期，在工程师萨迪•卡诺的办公桌前与他“一同研究”热机热功转换的一般规律，并在线下教学课堂带领学生设计“卡诺热机”、诠释“卡诺循环”、推导“卡诺定理”，将复杂的物理化学原理深讲、精讲、透讲，同时在其中自然地引入了课程思政的内容——“如何科学理性地爱国”。
图3. 关于“卡诺定理”的教学设计.
所谓“抽象的知识千篇一律，欢乐的课堂万里挑一”。物理化学的抽象内容非常多，课堂气氛容易沉闷。本人认为在提升教学内涵的同时，必须照顾到学生的学习心态，因此需要营造一个欢乐的线上、线下课堂氛围。2020年初开始，本人尝试摘选一些经典的影视桥段，来诠释物理化学原理，以幽默的语言营造欢乐的课堂教学氛围，降低学生理解抽象概念的难度，提升学生学习积极性，如：“被嫌弃的CO2的一生——超临界萃取技术”、“让水弹飞！看王老师如何站着让雨降下来”、“中国好闺蜜——过渡态理论”、“非诚物化——碰撞理论”、“天将降大任于分子也——单分子反应理论”、“重工业领域的乾坤大挪移——区域熔炼法”、“霾？汰！——利用粒子分布的统计学规律净化空气中的PM2.5”、“一物一菩提、一化一世界——自然界中的表界面物理化学现象”等等。
图4. 课堂教学现场照片.
2.3优质的教学资源
图5. 《物理化学》类型题训练及解析.
本人在执教物理化学的十余年间，一直关注学生考研情况，坚持每年义务辅导有考研需要的学生，帮助他们选择专业和备考，有着丰富的经验。近5年来，物理化学在研究生入学考试中所占的比重越来越大，因此越发受到学校和学院的重视。为此，本人于2019年联合了兰州大学、吉林大学、东北师范大学、陕西师范大学、长安大学等五所名校的几位一线教师，将《物理化学》中的重点、难点、考点问题以及大量学习资源进行分类整合，编纂了一本《<物理化学>类型题训练及解析》，作为我校学生的考研辅导材料，并利用业余时间在线下集中辅导考研学生，讲解难题、传授答题技巧。同年底，应用化学2016级本科生考研通过率显著提高，学生普遍认为这次集中辅导的作用非常大(图6)。在本人的悉心辅导下，在课题组做毕业设计的5位本科生全部都考上了一流高校和科研院所(吉林大学、同济大学、中科院长春应化所)。
图6. 线上答疑辅导实录.
化学教学工作必须建立在客观实验事实的基础上，然而物理化学的很多理论知识缺乏实验支撑。以“卡诺热机”为例，它目前只存在于人们的想象中，因此给学生讲明其中的原理非常困难。本人参考卡诺热机的原理并结合学科前沿，制作了一种安全的小型气体热机，并创新性地融入相关自然科学的知识(例如电能、机械功、卡诺循环、热力学第一和第二定律等)，设计研发了一种创新科教仪器——斯特林式燃烧焓测量仪，向学生系统讲授相关的科学原理，并实现了从“无实物教学”到“有实物教学”的质的飞跃。目前，这项研究已获批两项国家专利，部分内容发表在核心期刊《实验技术与管理》上。本人还曾受邀在陕西师范大学展示这部分创新教学研究成果，参见链接：
http://news.nwsuaf.edu.cn/yxxw/86895.htm?from=timeline。
图7 专利申请书(左)及斯特林式燃烧焓测量仪构造图(右)
“实践出真知”，在实践中教学对物理化学尤为重要。2019年，因考虑到“超临界技术”在物理化学中的重要地位，本人带领应用化学18级本科生组队前往陕西嘉禾药业有限公司进行生产实习活动，现场教学，重点讲授物质的超临界状态、超临界萃取天然产物的技术要点与原理。并带领同学们收集了超临界萃取的姜辣素。
图8 2019年10月带队赴陕西嘉禾药业有限公司进行生产实习活动
2.4 模块教学法
上个世纪70年代初，模块化教学法被国际劳工组织研究开发出来，是一种以能力培养为核心的教育方法，结合计算机模块即插即用的概念，运用起来更灵活多变，能适应现代化的课堂教学。本人自2019年开始，将“三优”的内容进行凝练，并整理成了包括“美食类”、“科研类”、“名人轶事类”这三大类教学模块，共计二十余个案例，其中最短的2分钟，最长的8分钟，在保障课时充裕的前提下，在课堂教学中自由插入或移除教学模块，增加教学趣味性的同时诠释物理化学抽象原理，降低学生学习难度、提升课堂教学效果。
图9. 科研类教学模块知识架构简图.
2.5 线上线下混合式教学法
“物理化学”这个概念自1752年被俄国科学家罗蒙索诺夫提出以来，至今已有270年历史，其中有许许多多科研工作者砥砺前行的优秀案例，非常适合作为课程思政的内容拿来运用。然而，物理化学的课程内容多，而课时相对紧凑，如何在有限的教学时间内将这些案例融入课堂教学当中，是物理化学课程思政工作的难点。本人利用线上线下混合式教学法，将课程思政的内容进行拆解与合理搭配：在线下教学中，以原理、公式为主线，穿插名人轶事，用公式讲故事；在线上教学中(答疑课、习题课)，以传奇故事为主线，用故事讲公式。在节约课堂教学资源的前提下，提升教学效果。
创新科教仪器——斯特林式燃烧焓测量仪在课堂上的运用，也有赖于混合式教学法。因为仪器的原理、构造非常复杂，演示过程耗时漫长，因此本人采用线上精讲原理、线下真机实操的方式向学生讲授相关知识，收效明显。
图10. 线上讲解斯特林热机的机理图(左)与线下课堂教学现场照片(左).
混合式教学法也非常适用于物理化学习题课。考虑到教学时长的限制，本人尝试将习题内容整理成线上多媒体教学资料。迄今为止，本人已将四十余道经典例题整理成331余页的多媒体教学资料，并录制成微课程，通过网络教学平台向所有本科生公开。同时，在线下课堂上提出问题，督促学生利用线上资源学习解题方法与技巧，回到线下课堂进行课堂测验，帮助学生快速、系统地巩固学到的知识。
图11. 线上习题课教学资料.
3.总结与展望
执教十四年来，本人潜心教学研究，针对《物理化学》课程“难教”、“难学”、“难用”的教学问题，提出了“三优两法”的课程建设方案，最终实现“教好”、“学好”、“用好”的目的。
在未来的道路上，本人仍然会坚持自己的教学风格，砥砺前行，完善物理化学课程建设，为必赢官网培养一批又一批社会所急需的应用型人才而努力。
致谢
必赢官网教务处、必赢官网科研院、必赢官网。
必赢官网教学改革研究项目(JY1903226)、(JY1702036)；国家自然科学基金项目(21808188)；陕西省自然科学基金项目(2017JQ5043)，陕西省重点研发计划项目(2021SF-308)。
