基于創新人才培養的工科物理化學教學模式的構建與實施

李明霞　曲陽　焦艷清

摘 要：文章針對傳統的工科物理化學教學模式不利于培養學生自主研學能力與創新思維的問題出發，以黑龍江大學為例，提出了基于創新人才培養的工科物理化學教學模式的構建與實施策略。

關鍵詞：工科；物理化學；教學模式

中圖分類號：G640 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2016）12-0062-02

一、工科物理化學課程教學現狀

工科物理化學課程是黑龍江大學化學化工與材料學院的化學工程與工藝、環境科學和制藥工程等工科專業的學位基礎課程。物理化學是化學和物理的交叉學科，工科專業的學生在學習物理化學課程的時候，既要學習本專業所涉及的必備基礎理論知識，為今后學習專業課奠定良好的理論基礎；又要掌握分析、歸納、演繹等科學分析方法，從而得到數理推導能力、圖解分析能力和實驗操作能力的鍛煉[1-3]。所以，物理化學這門課程對學生的獨立思考能力、實踐能力和科研創新能力等方面的培養起著非常重要的作用。但是，在傳統的工科物理化學教學中，還存在一些問題：教學內容陳舊，理論與實際應用嚴重脫節的問題；學時少與教學內容多的矛盾；內容枯燥與學生學習興趣提高的矛盾；教學活動難以發揮學生的主導作用等。這些問題的存在，常常令學生處于被動的學習狀態，難以激發學生的學習興趣，不利于學生自主學習能力、探索精神和創新能力的培養[4-6]。但是，社會的快速發展，要求工科專業的學生不僅要具有堅實的物理化學基礎理論知識和相關的前沿知識，還要求學生具備一定的動手實踐能力、把理論知識運用到實際生產中的能力和創新能力[7-8]。實踐表明，工科專業畢業生如果具有較好的物理化學基礎知識儲備，在工作中會表現出適應能力強，邏輯思維縝密，處理問題靈活性高，發展空間大等特點。可見物理化學課程在培養學生的獨立思考能力、實踐能力、適應能力和創新能力等方面都起著非常重要的作用[9-10]。因此，構建基于創新人才培養的工科物理化學教學模式，以適應新世紀對化學、化工人才的需求是工科物理化學教學亟待解決的問題。黑龍江大學以工科物理化學課程為載體，結合化學工程與工藝、環境科學和制藥工程等工科專業的特點，在 “基于創新人才培養的工科物理化學教學模式” 的構建和實施上進行了有益的探索。

二、基于創新人才培養的工科物理化學教學模式的構建與實施策略

基于創新人才培養的工科物理化學教學模式使得工科物理化學課程具有整體性、綜合性、探究性、新穎性、前沿性和應用性的特點，可激發學生的研學興趣并培養學生的創新能力。此外，在整個教學實施過程中，學生是主體，教師是主導，激發教師和學生的主觀能動性并發揮二者的協同作用，全面培養學生發現、分析和解決問題的綜合能力，使學生具有獨立思考能力、實踐能力和科研創新能力。在教與學的過程中，除了教會學生學習基礎理論知識，還要給學生提供培養創新思維、創新能力的條件和環境。讓學生能夠把學到的基礎理論知識與實際應用結合起來。基于創新人才培養的工科物理化學教學模式的構建和實施主要包括：（1）培養學生科學的思維方法；（2）基礎理論與科學前沿相結合，奠定學生創新的理論基礎；（3）加強課外科學研究基本能力的培養，拓寬學生創新的視野。

（一）培養學生科學的思維方法

邏輯思維的形成是培養創新能力的基礎。物理化學的基礎理論知識體系具有很強的邏輯性，并且物理化學知識體系的建立、研究以及不斷完善的過程，也是一個邏輯創新思維不斷完善的過程。因此，在工科物理化學的教學中，教師不僅要引導學生系統地學習基礎理論知識，還要引導學生掌握與基礎理論知識體系相關的科學研究方法。讓學生在學習的過程中，感受到知識體系的邏輯性，并通過邏輯推理的方法拓展有限的書本知識。同時，值得注意的是要培養學生養成善于觀察現象、發現問題、提出問題和解決問題的能力。并培養學生建立基礎理論研究的邏輯思維，為科學研究中分析問題和解決問題能力的培養奠定堅實的理論基礎。在具體教學中，主要通過以下兩方面培養學生的科學的邏輯思維。一方面，在教學中突出科學研究方法的邏輯思維總結。在每章的學習中，教師對本章的知識體系和相關的科學研究方法做簡單介紹，給學生指出重點和熱點內容，讓學生對相關內容進行文獻調研工作，和學生一起進行研討式學習。然后結合科學研究熱點內容及基礎理論在生產實踐中的應用，使學生初步了解物理化學原理是如何應用在各個實踐領域中的，并靈活掌握如何運用物理化學科學研究方法解決問題。另一方面，在教學中重點加強對知識點之間的邏輯思維關系的總結。物理化學原理中有很多的相似邏輯關系，要讓學生學會舉一反三。這樣會讓學生在學習中融會貫通，事半功倍。例如：在熱力學的教學中，學生在學習了單純的p-V-T變化過程的狀態函數性質及其應用后，就應該可以結合狀態函數性質自主學習相變化過程和化學反應變化過程的各狀態函數變化值的計算。

（二）基礎理論與科學前沿相結合

工科物理化學的知識體系相對成熟，教學內容比較穩定。但是科學技術的飛速發展，要求物理化學課程的內容也必須不斷充實新理論、新技術。與之相矛盾的是，工科物理化學的學時很少。因此，在工科物理化學的教學中，首先要精選經典的教學內容，在講授知識點時要精準，重點突出，注意知識的系統性、準確性、完整性和應用性，使學生能夠牢固地掌握物理化學基本概念、基本原理、基本公式并能夠靈活應用；在此基礎上，結合基礎理論、原理和方法，深入淺出地介紹物理化學學科發展的新理論、新技術、新成果、新動向和新熱點，開闊學生的視野和思路，利用有限的課時，不僅讓學生能夠扎實地掌握基本概念和原理，還能很好地培養學生的創造性思維。但是，課時畢竟是有限的，因此，教師要引導并教會學生充分利用圖書館的數字化文獻資源進行課外自主學習；此外，教師還可以通過案例教學開闊學生的視野。這些方法會讓學生了解物理化學學科所涉及的科學的最前沿領域及物理化學基礎理論在前沿領域中的應用。這種教學模式能夠很好地培養學生的創新能力和創新科學思維。例如：學習稀溶液依數性的基礎理論時，可以結合制藥工程和環境科學等工科專業的特點，選擇增加藥物單體的純度分析、反滲透原理進行海水淡化和膜技術在廢水處理中的使用等方面的應用的教學內容；學習電化學原理時，在學習傳統原電池的基礎上，可以結合太陽能電池、鋰電池和燃料電池等新型新能源電池，分析不同種類電池的原理、優缺點。

（三）加強課外科學研究基本能力的培養

在工科物理化學的教學中，既要物理化學基礎實驗課程的輔助，幫助學生進一步掌握物理化學基礎理論及基礎理論的應用，還要注意加強學生課外科學研究基本能力的培養。因此，教師要充分整合和利用學校現有的科研資源，給學生創造進行科學研究的環境和條件，充分調動學生進行科學研究的主觀能動性。向學生們簡單介紹學校現有的科研課題的研究方向、研究內容和研究成果，鼓勵學生參與到相關教師的科研課題中去，讓學生真正地參與到科研的各個環節中（例如調研文獻、閱讀文獻、分析總結文獻、發現科學問題、選擇研究方向、設計實驗方案、進行實驗、分析實驗結果、得出結論和撰寫論文或專利等）。在進行科學研究的過程中能夠培養學生的科學研究的基本能力。此外，還可以讓學生通過學習科學文獻的查閱以及文獻綜述的撰寫，結合理論與實際應用的研究課題開展課外研討和結合物理化學實驗教學進行擴展性實驗研究，來加強課外科學研究基本能力的培養。

基于創新人才培養的工科物理化學教學模式已經在化學工程與工藝、環境科學和制藥工程等工科專業進行了兩年的教學實踐，該教學模式逐步得到完善，發展為化學工程與工藝、環境科學和制藥工程等工科專業的特色教學模式，而且取得了理想的教學效果。學生們普遍反映這種模式的教學更具有趣味性、挑戰性和創造性，不僅極大地激發了學生學習的熱情和積極性，還培養了工科學生的獨立思考能力、實踐能力、創新思維能力和科研創新能力。

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