地方农业院校“高等物理化学”教学质量提升之思考
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摘 要：“高等物理化学”是化学类硕士研究生的学位课或专业必修课，长期以来，就如何提高“高等物理化学”的教学质量与效果，笔者一直进行着探索和改革。文章结合创新人才培养的大背景与农业类院校的学科特点，对“高等物理化学”的教学内容、教学方式及考核方式进行了系列探讨与改革，以期能以改促教，以教促学，使在学硕士研究生在逻辑思维、创新意识和科学素养等方面的能力均有较大提高。
关键词：高等物理化学;教学质量;地方农业院校
中图分类号：G643 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2019）010-0059-02
“高等物理化学”是运用现代科学理论和方法，研究化学系统微观行为与宏观性质之间的关系与规律，为化学研究提供理论基础的一门课程。“高等物理化学”是山东农业大学化学与材料科学学院应用化学专业硕士研究生的学位课，也是化学一级硕士点研究生的专业选修课。目前国内有多所高校都开设“高等物理化学”，大多数作为研究生的学位课，也有的作为高年级本科生的选修课。“高等物理化学”是对本科物理化学研究内容的广度拓展和深度强化，具有基础性、宽广性、系统性、实践性、先进性和前沿性的特点[1]。研究生通过对“高等物理化学”的学习，可进一步掌握物理化学的基本原理和研究方法，为后续阶段的研究工作做好必要的知识和方法储备，深刻体会物理化学领域科学研究的思维方式与魅力，进一步激发对化学学科的兴趣和深层次思考，更有利于结合学科发展前沿，将物理化学的基本原理和研究方法运用到科学研究中，激发创新意识，培养逻辑思维，提高科技能力。
“高等物理化学”是适应社会需求建立和发展起来的一门课程，但迄今为止，公开发行的、以《高等物理化学》命名的教材只有两本：一本是刘寿长教授编著、郑州大学出版社2005年出版，另一本是司云森教授主编、科学出版社2015年出版。两本教材各有侧重，内容各有不同。国内各高校开设的“高等物理化学”，基本上都是根据各学院发展特点和专业需求制定教学大纲，任课教师自主选择课程内容，所以各高校“高等物理化学”内容机动灵活，授课内容与深度差异很大[2-3]。
山东农业大学于2004年开设“高等物理化学”课程，当时以韩德刚教授编写的《物理化学》为主要参考教材，选取本科阶段物理化学未涵盖的内容。但因学院刚开始进行硕士研究生招生，招录的研究生在本科阶段所修物理化学教材多样、学时各异，知识水平差异较大，给“高等物理化学”的教学带来了极大困难。任课教师要经常调整教学内容、授课进度，甚至授课方式，以满足多层次生源研究生培养的需求。近年来随着学院研究生招生规模不断扩大，生源相对稳定，建立教学内容充实丰富、教学模式生动灵活、考核方式客观公正的“高等物理化学”教学体系已经迫在眉睫。
一、优化课程内容设置
根据农业类高校的学科背景及“高等物理化学”的宗旨精神，重新设计和规划教学大纲，构建了相对固定的经典部分和灵活多样的专题讲座相结合的课程内容，实现了基础厚重扎实，专题新颖有趣的新格局。
量子化学由量子力学基础、原子结构和分子结构三部分构成，可以定性甚至定量地阐明分子、原子和电子尺度级别上的问题，在量子化学和分子动力学模拟之间架设沟通与联系的桥梁，并将应用拓展到生物、医药、环境和能源等领域。科学家马丁·卡普拉斯等就因开发和设计多尺度复杂生物分子反应系统模型而斩获2013年的诺贝尔化学奖。通过量子化学的学习，可加深学生对物质微观结构的认识，为理论计算进入研究生的科学研究奠定基础，也为没有学过结构化学的研究生补充量子化学基础知识。
非平衡态热力学又称不可逆过程热力学，以普里高津的局域平衡假设和耗散结构为基础，包括线性非平衡态热力学和非线性非平衡态热力学。线性非平衡热力学是指偏离热力学平衡不远的系统，热力学力如温度梯度、浓度梯度等仍与热力学流如热流、扩散流等近似呈线性关系。远离平衡区的非平衡热力学系统，力与流为非线性关系。处于非线性区域的系统不一定总是趋于稳定，有可能会发生从稳定到不稳定的突变。突变是出现有序结构及非平衡相变的条件。分形、混沌、有序结构和自组织现象都属于非线性非平衡态物理化学问题，对这些问题的研究具有很好的理论和实践意义[4]。
统计热力学主要研究粒子的力学性质和相互作用，以大量粒子运动的统计平均结果，求取平衡系统的各宏观性质。统计热力学以粒子所遵循的力学定律为理论基础，结合实验测得的结构数据（如核间距、键角、振动频率等）来计算分子配分函数，然后求取物质的热力学性质。通过对统计热力学的学习，可使学生掌握微观状态和宏观性质之间的关系，培养逻辑思维能力，加深对“高等物理化学”的认识。
在经典内容之外，可根据“高等物理化学”基础理论在科學研究中的新发展和新突破，附加一定课时的专题讲座，如为结合山东农业大学特色，在分子层次上设计高效、高选择性的生物分子，促进生物酶、生物模拟和生物制药等涉农领域研究的深入和为相关研究提供理论指导，开设了量子化学应用专题讲座。讲述Gaussian程序使用入门、量子化学在药物设计中的应用。其他的专题讲座可包含（但不止）如下内容或方面：计算化学在催化剂选择、反应动力学中的应用;催化剂的制备及在定向合成中的应用;离子液体的功能及应用;表面活性剂的新发展;农药悬浮剂与乳状液中的稳定机制等。
二、综合运用多种授课方式
“高等物理化学”具有较强的理论性和抽象性，为加强授课效果，本课程采取灵活多样的授课形式。理论性强的章节仍按照教师讲解、多媒体辅助的授课方式，以图片加动画的方式增强学生的视觉效果，加深对抽象构型及理论的理解。讲课中注重逻辑推理，注重“高等物理化学”理论的系统性及应用性，注重基础理论与其他学科的联系与结合。大多数章节讲授时可结合启发式教学，部分与实践联系紧密的内容可采用讨论式教学，教学过程中注重学生开放性思维的启迪与培养。专题讲座可采取教师主讲式和学生汇报式两种形式，通过学生汇报课使学生参与教学，提高学生学习的积极性和学习效果[5]。多年的教学结果表明，多种形式相结合的授课方式受到了研究生的欢迎，收效显著。通过学习，培养与增强了研究生的逻辑思维和科学思维能力，增强了分析问题时的全局意识，改善了思维方式与习惯。通过文献查阅，与教师讨论和汇报拓宽了研究生的知识面，增强了基础理论的实际运用能力，提高了创新意识和探索能力，后续阶段亦具有较好的独立科研精神与分析解决问题的能力。 三、变革课程考核方式
传统的理论课考核基本上采用期末统考“一张卷”的方式。这种考核方法具有较大的弊端，无法考量学生对知识的理解能力，也无法判别运用所学知识解决实际问题的能力[6]。改革“高等物理化学”的考核方式，减小期末考试成绩比例，将结果评价改为过程评价和结果评价相结合，加大平时成绩的考核力度及比例，可使考核标准更加公平公正。平时成绩形式多样，包括出勤、课堂回答问题、讨论表现、小命题论文及专题汇报等五部分。前三部分主要考查学生的课堂表现与参与度，小命题论文是任课教师根据讲授内容布置的课后作业，是对章节知识的认识、系统与全面掌握。学生的专题汇报题目自选，可根据学生的硕士研究课题，也可根据兴趣爱好，通过查阅最新文献、组织及梳理内容，在课堂上汇报展示、交流和讨论。此种考核方式，既锻炼了学生的自主学习能力，体验自主学习的快乐，又能使学生及时掌握学科前沿，增强文献阅读能力和文字整理能力，增强语言表达、逻辑思维及应变能力。据此得到的最终成绩，既能体现学生对课程知识的掌握程度，又能展现学生的综合实力，所以这一改革措施得到了众多导师和学生的好评。
“高等物理化学”是化学类硕士研究生培养过程中的一门重要课程，通过系列改革，有利于学生对“高等物理化学”知识的掌握，也有利于学生逻辑思维能力和创新探索精神的培养。“具有物理化学素养的大学毕业生，适应能力强，后劲足”。“高等物理化学”同样在研究生培养中具有重要作用，因为它更能使研究生从理论高度思考问题，也就更容易站在国际科技发展的前沿。
参考文献：
[1]孙少瑞，李钒，张丽娟，等.高等物理化学教学内容初探[J]. 高教学刊，2017，（19）.
[2]刘元隆.高等物理化学课程教学内容与教学方法探讨[J]. 广东化工，2012，（10）.
[3]王齐.环境专业高等物理化學教学改革思考[J].课程教育 研究：新教师教学，2013，（27）.
[4]吴越，杨向光.在非平衡态热力学的基础上探索建立催化 理论的新途径[J].化学进展，2003，（2）.
[5]胡新根，李新华，胡茂林，等.高等物理化学课程前沿导向 的模拟探究教学法[J].广州化工，2012，（13）.
[6]高丽娟，方志刚，顾婷婷，等.化学化工专业研究生高等 物理化学课程建设[J].教育教学论坛，2015，（51）.
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