从2017年2月教育部开始大力推进新工科建设，短期内形成了新工科建设的“复旦共识^[1]”“天大行动^[2]”和“北京指南^[3]”，2018年10月，教育部则联合工业和信息化部及中国工程院共同印发了《关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》^[4]，新工科建设工作密度空前，力度不断增大，体现了国家对新工科建设的高度重视。相较于传统工科，新工科建设的先进教育模式，将为国家建设培养大批创新型卓越工程科技人才，为产业发展和国际竞争提供智力和人才支撑。新工科建设既是教育改革的当务之急，也是长远之策，北京科技大学作为“天大行动”参与高校之一，积极响应新工科建设，在教学理念、教育模式、课程体系、知识结构以及质量控制方面进行了大量改革，积极推进和适应新工科教育^[2]。

物理化学实验作为物理化学研究与教学的重要手段，是我校针对理工科学生普遍开设的实验，具有较大的受众面和影响力。为适应“新工科”建设对人才培养的时代要求，助推物理化学实验在新工科教育中发挥独特作用，我校物理化学实验的“新工科”教学改革随学校新工科建设大潮最早被提上了日程。通过不断探索实践，逐步实现了我校物理化学实验教学从传统模式向“新工科”教育的转型。

推进物理化学实验“新工科”改革首先要统一思想，消除对新工科理解的歧义，确认“新工科”教育改革与物理化学实验教学密切相关。通过对“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”等新工科相关政策文件的学习解读，明晰新工科不仅包括人工智能、机器人、智能制造、云计算等新兴工科，也包括针对传统工科专业的转型改造，通过信息化、智能化或与其他学科的渗透结合，将现有的工科专业升级为面向未来发展需要的新型专业^{[5, 6]}。目前我校开设物理化学实验课的材料、化工、冶金等专业均属传统工科，都面临向新工科升级转型的挑战，物理化学实验教学需要积极参与新工科改革，助推我校传统工科向新工科的升级转型。具体可以从三个方面着手，一是在教学方法和实验手段上融入更多信息化、智能化技术，实现培养模式的新工科转型；二是围绕我校专业特色，设置物理化学相关前沿实验内容，引进先进实验技术，为新工科发展提供材料研究的知识储备与技术支撑，实现培养内容的新工科转型；三是围绕新工科建设的人才需求，探索适应新工科建设的教学方式，实现新工科教育的人才培养目标。通过物理化学实验改革架起一条传统工科与新工科连接的桥梁，助力我校材料、化工、冶金等传统工科融入新工科建设与发展。

思想统一过程梳理了物理化学实验与我校“新工科”改革的关系，明确了物理化学实验参与“新工科”改革的必要性、可行性，坚定了推行物理化学实验新工科改革的信心。

“新工科”建设目标是适应新形势下国家战略发展与需求，培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型人才^[7]。我校物理化学实验“新工科”改革也要紧紧围绕“育人育才”目标，从教学体系、教学内容、教学模式、考核方式等全面改革，促进我校传统工科转型成长，适应我校新工科建设人才培养需求。

物理化学实验教学体系的重构建设强调“因需施教”，针对不同专业特点，设立符合专业需求、促进专业创新发展的实验体系，针对性培养学生科研和工程能力。教学内容改革要消除重复性实验、减少验证性实验，增加新工科相关前沿科学。教学内容要拓展广度、挖掘深度，重视数学、计算机与物理化学实验跨学科结合与应用，加强学生全面培养，提升学生解决实际问题能力。教学模式变革目标将“互联网+”引入实验教学，提高实验教学信息化、智能化水平，为实验教学的新工科改革拓展时间空间。教学过程要增强互动性、启发性，加强学生参与，激发学生创造性思维，提升学生创新能力。课堂要加强思政教育，重视学生优良品格培养、价值方向引领，提升实验教学“立德树人”功能。物理化学实验的考核改革则强调“过程”考核，通过考核改革促进实验教学的“全过程育人”，保障新工科改革的顺利进行。

为保障物理化学实验“新工科”改革顺利启动，持续推进，进一步建立了三条驱动和促进机制。一是强调依靠集体智慧，通过集思广益推进改革。即改革方案的制定始终坚持集体讨论，共同确定的原则，通过集体智慧弥补个体思路缺陷，使改革方案更具可行性和系统性。集体参与还具有相互督促作用，有利于克服个体只想不动的惰性，加速改革进程。二是坚持“项目驱动”，经费支持，通过项目迭代推动改革持续进行。近5年物理化学实验改革教改立项10项，其中慕课2项，思政教学3项，虚拟安全1项，有关课程改革、仪器开发等4项，有力支持了物理化学实验“新工科”改革的持续推进、系统进步。第三是设立奖励机制，对相关教改工作和论文发表给予一定绩效奖励，同时增加年终考核评分。通过奖励改革，挂钩考核，鼓励教师在物理化学实验的新工科改革中投入更多精力。

根据“新工科”教育发展的需求，结合我校专业设置特点，重新调整了物理化学实验(以下简称物化实验)的课程体系，在满足不同专业基础训练的前提下，增加了专业拓展相关模块，为我校工科专业发展转型奠定了物化实验教学基础。根据我校工科专业的特点和发展愿景，将物化实验分成4个层次，即物化实验A、物化实验B、物化实验C、物化实验D (图 1)。

其中物化实验A，面向化学、化工等需要全面、扎实的物理化学基础的专业，目标为培养拔尖的创新型化学化工科学研究人才。在实验内容上，减少重复性验证性实验，比如原有的相图实验，删减金属相图，保留了气液相图，为新实验内容调整腾出课时。新增计算化学实验，学习利用Gaussian软件计算分子结构、过渡态能量、预测反应途径；新增光谱与结构关系实验，利用光谱测量验证一维势阱方程；调整电化学实验，增加阻抗谱、噪声内容，为新材料研发提供更全面研究方法。实验内容调整将物化实验与科技前沿紧密结合，有利于学生提升学习兴趣，拓展研究思路，增加研究方法，提高学生科研创新能力。与科技前沿紧密结合的实验内容后续将持续开发，供学生根据兴趣选择。

物化实验B，面向材料化学、压力加工等对物理化学具有较高要求的专业，目标为培养具有一定研究能力的材料科学工程技术人才。实验内容的设置不仅要保障扎实的基础训练，还要有一定的理论提升、视野拓展，提高学生创新创造能力。实验内容设置重视前沿理论引进和先进设备应用，增设了紫外-可见光谱、拉曼光谱与分子结构关系，光催化反应，差示扫描量热法制备金属相图，气体吸附分析研究孔隙材料性能等实验。

物化实验C，面向冶金、材料加工、材料物理、粉末冶金等其他需要一定物理化学知识的材料专业学生，目标为培养材料科学高级工程技术型人才。物理化学实验C (双语班)，面向材料国际班、留学生等特色学生，服务培养在国际竞争中具有创造潜质的高素质工程技术人才。实验内容除基础训练外，注重动手能力培养，强调知识范围拓展。比如开设仪器组装与光谱研究、CO₂反应平衡常数测定装置搭建等实验，减少整机设备，使仪器设备能够拆解组装，不仅锻炼学生动手能力，而且可以深入了解仪器构造与测试原理。课堂教学注重互动，启发学生利用不同实验原理、不同实验方法、不同实验设备解决相同实验问题，帮助学生拓展知识范围。引导学生将数学、计算机等知识应用于数据处理，提高实验数据处理的准确度，扩展实验数据的应用范围。比如乙醇溶液偏摩体积测量的实验结果处理，要求学生利用Origin软件制图，通过求导、切线方程求解偏摩尔体积，提高实验结果准确性。比如蔗糖水解实验，要求学生利用极限求解时间为0和无穷大时溶液的旋光，尝试通过数学方法扩展实验数据。计算机、数学等知识在实验教学中的推广应用有利于培养学生利用跨学科知识解决问题的能力。

物化实验D，面向安全、环境、能源等专业学生，目标为提升学生物理化学学习兴趣、增强学生物理化学方面科学素养。课程设置采取8实验选2模式，学生可以通过实验介绍和预习，根据个人兴趣选做8个实验中的两个。提供的8个实验范围涵盖了化学热力学、化学动力学、表面与胶体、光谱与结构、相图、物性测定、电化学研究等内容。

物化实验通过体系重构，实现了针对不同专业学生的“因需施教”，通过内容调整密切了与新工科建设的关系。体系重构保证了在有限课时内，除满足基础训练、兴趣培养外，让不同专业的学生都能依据需求尽量接触物理化学相关前沿科学，提升学生解决新工科发展中科研、工程问题的能力。内容调整则紧紧围绕新工科发展，为新材料开发提供知识储备与技术支撑。比如Gaussian计算实验帮助学生掌握新兴材料合成路径的优化方法，光催化反应实验让学生了解光学新材料制备途径，光谱与结构关系、差示扫描量热、气体吸附分析等实验让学生掌握先进材料研究的分析手段。物化实验内容的调整紧密围绕新工科建设，有利于推动我校传统工科的转型升级。

传统物化实验将教学工作完全集中在课堂，教师在课内完成讲解，演示并监督学生实验过程，其中讲解原理、安全事项、仪器使用等占据了课堂1/3至1/2时间。受课时限制，教师难以拓展实验内容，与学生讨论互动机会也很少，不利于调动学生主观能动性、启发学生创新思考。

新教学模式将“互联网+”课堂引入物化实验教学。把每个实验分割成目的原理、仪器构造与使用、实验操作和数据处理四个部分，分别拍摄教学视频，将传统课堂讲解内容制成翻转课堂迁移到课外。翻转课堂既节省课内时间，也方便学生自由安排，反复学习实验内容。翻转课堂的交流则通过微信群实现了即时沟通。新教学模式下学生利用网络学习提前熟悉实验，有利于课内开展讨论、启发式教学，拓展教学内容“广度”和“深度”，并辅助思政教育提升课堂“温度”。

实验课堂的讨论、启发模式教学不仅利于突出知识点，加深学生对关键知识点的印象，而且容易引导学生创造思维，活跃课堂气氛，提升学习兴趣。比如在碳与二氧化碳反应平衡常数测定实验中，要掌握平衡气体含量测定方法这个知识点。教材依据一氧化碳和二氧化碳化学性质不同，二氧化碳可以被碱吸收，一氧化碳不能与碱反应的差别设计了测定装置。教学过程中启发学生，能否根据二者其他性质差异，设计出另类测试方法？学生们讨论热烈，提出了热导系数、红外吸收、密度、燃烧等性质差别，并设想了各种测试方法，讨论让课堂充满乐趣，也常常带来惊喜。对学生提出的设计思路，帮助其分析论证可行性，鼓励课后进一步完善，形成了一系列气体分析解决方案。新的教学模式有利于培养学生创新思维，锻炼学生从实际出发发现问题、解决问题能力。

“互联网+”教学模式也为拓展教学内容“广度”和“深度”提供了课堂时间，为开阔学生视野、提升认知高度增加了机会。完成同一实验任务，可能使用不同原理、仪器和方法，只有多了解才能开阔学生思路，帮助学生在实际应用中有针对性地选择。比如教材利用热分析法制作金属相图，课堂拓展可以让学生了解相图制作的物性分析法、动态相分析法、扩散偶微区分析法等，并简单介绍各方法原理、特点，与热分析方法的区别。再比如教材利用奥氏粘度计测乙醇粘度，可以拓展介绍其他类型玻璃粘度计、旋转粘度计等原理和使用范围。新教学模式有利于扩展学生知识面，开阔学生视野，提升知识学习与应用能力。

新教学模式强调实验教学思政育人，重视通过思政教育促进实验教学。相较于理论课，实验课具有更丰富的思政元素，对其充分发掘、科学利用，加强实验课堂“育人”功能，为国家培养德才兼备的人才，符合“新工科”教育改革目标。在物化实验教学中，设计了许多无缝衔接的思政案列，实践着润物无声的思政教育。比如相图实验中对学生强调相的结构和含量严重影响材料性能，某些材料的落后会制约国家重大装备的发展，鼓励学生学好相分析，为发展尖端材料强大国家贡献力量。思政教育不仅坚定了学生科技报国的理想信念，同时也让学生感受到研究相图的重要，增强学习意愿。再比如实验数据的处理分析要求学生客观认真，强调正常实验数据能总结一般实验规律，但异常数据分析能促进纠错进步，甚至产生新的突破发现。数据处理的客观要求既培养学生实事求是的科学精神，也保障了实验结果的可靠性。实验室安全教育、实验室发展、实验室环保等大量思政元素的恰当利用不仅实现了学生的全程、全方位素质教育，增强了学生的社会责任感和使命感，也保障了实验的安全顺利运行。

新的教学模式提升了物化实验的信息化程度，延伸了实验教学的时间和空间，为拓展教学内容、增加实践机会、开展启发式教学、加强思政教育提供了条件。新教学模式有利于拓展学生专业知识，增强学生动手能力，提升学生学习兴趣，助力学生立德树人，符合“新工科”建设为国家培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型人才的目标需求^[7]。

配合课程体系和教学模式改革，物化实验教学的考核方式也进行了相应变革。新考核模式将考核要求与改革目标达成一致，形成闭环，强调“以考核督改革，以考核促发展”，通过考核保障教学改革有效落实，教学质量实质性提升。新考核方式重视过程考核，平时成绩占比提升至50%。按照百分制，平时成绩包括：翻转课堂20，督促课前完成翻转课堂学习；预习报告20，保证课前完成预习报告、数据记录表设计等内容；纪律15，要求学生精力集中，认真实验；动手能力20，考查学生操作能力；独立思考15，对应发现问题和处理问题能力；仪器复位台面整理10，培养学生良好的实验习惯。实验报告占比50%，每个实验根据具体内容给出了详细的评分标准，但必须包含以下几个部分：一是数据记录与处理，考核数据记录的客观规范，数据处理的科学合理，培养良好科研习惯；二是结果与讨论，考核学生实验结论总结，异常数据分析，培养学生分析总结能力，突出独立见解和思维；三是思考题回答，对于实验内容，都留有总结性或开放性问题，培养学生知识归纳总结能力或者对开放性问题的解决能力。比如金属相图实验要求总结所测Pb-Sn相图的特点，二氧化碳与碳反应平衡常数测定的开放性问题，根据体系特性设计不同于教材的气体分析方法，给出原理和具体实施方案。新的考核方式加强过程考核，促进全程育人，更加重视学生的素质提高和能力培养，保障了新工科改革人才培养目标的实现。

立足于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求，“新工科”教育改革对高等院校专业建设和人才培养提出了教育改革方向，要求培养出实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型人才。我校以“新工科”建设为重要抓手，持续深化工程教育改革，通过重建物化实验教学体系，调整实验内容，针对性满足了专业需求，实现了培养内容的新工科转型。通过建设翻转课堂、微课堂，拓展教学内容，增加实践机会，加强思政教育，适应新工科高素质人才培养需求。物化实验教学的系统改革，使物化实验在培养学生的科学素养、探索精神、实践能力和创新能力，提升学生综合素质方面发挥到越来越重要的作用，助力了我校传统工科向“新工科”的升级转型。