創(chuàng)新思維訓(xùn)練在物理化學(xué)教學(xué)中的滲透與實(shí)踐

謝亞紅*，陳華梅，郭鳳嬌

（新疆大學(xué)化工學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830017）

1 大工科背景下，物理化學(xué)的教學(xué)使命

“物理化學(xué)”是通過數(shù)學(xué)和物理學(xué)的理論與方法研究化學(xué)變化的基本規(guī)律和理論的一門學(xué)科。經(jīng)過近一個半世紀(jì)的發(fā)展，物理化學(xué)已經(jīng)形成完整的理論體系和成熟的研究方法，如何將這些經(jīng)典理論和研究方法與日新月異的科學(xué)技術(shù)與研究成果相結(jié)合，使教學(xué)內(nèi)容更具有啟發(fā)性，教學(xué)方式更具有引導(dǎo)性，是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)賦予物理化學(xué)教學(xué)的任務(wù)與使命。

然而，我國傳統(tǒng)教學(xué)模式以教師為中心，以教材內(nèi)容為核心，不利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維。學(xué)生固守書本、死記硬背的學(xué)習(xí)方式也使他們?nèi)狈ε行运季S、不善于創(chuàng)新、不敢于質(zhì)疑。因此，怎樣在物理化學(xué)的教學(xué)過程中，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式上改革與創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維是目前物理化學(xué)教學(xué)的當(dāng)務(wù)之急。

2 物理化學(xué)教學(xué)改革與創(chuàng)新思維訓(xùn)練的滲透

從2016年開始，新疆大學(xué)化工學(xué)院著手全面推進(jìn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)建。以學(xué)生為中心，以問題為導(dǎo)向，以創(chuàng)新思維培養(yǎng)為主線，打破傳統(tǒng)的以理論教學(xué)為主的課程體系，教學(xué)內(nèi)容與時俱進(jìn)，教學(xué)手段多重互補(bǔ)，實(shí)踐教學(xué)齊頭并進(jìn)，并輔以思政內(nèi)容的融入，構(gòu)建了問題導(dǎo)向、能力本位的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

2.1 教學(xué)內(nèi)容與時俱進(jìn)，教書與育人相互促進(jìn)

物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容根據(jù)學(xué)科發(fā)展，結(jié)合教師的科研工作與時俱進(jìn)，科研反哺教學(xué)，以高水平科研帶動高水平教學(xué)，訓(xùn)練學(xué)生用物理化學(xué)的角度和方法解決實(shí)際生產(chǎn)和科學(xué)研究中的實(shí)際問題。增加新理論、新材料、新技術(shù)的應(yīng)用及與物理化學(xué)基礎(chǔ)知識的關(guān)聯(lián)性內(nèi)容。同時，將思政要素與物理化學(xué)知識融合，“教書”與“育人”相互促進(jìn)，為“物理化學(xué)”課程中枯燥、抽象的內(nèi)容和煩瑣難懂的公式賦予新的含義和內(nèi)涵，達(dá)到育人于教，潤物無聲的效果。

2.1.1 以問題為導(dǎo)向，為自然現(xiàn)象尋找理論根源

在授課過程中，以問題為導(dǎo)向，啟發(fā)學(xué)生思考和討論，并通過查閱資料尋找答案。例如，在界面化學(xué)章節(jié)，可以提問：水滴為什么不能潤濕荷葉？小蟲子為什么能夠停留在水面上？洗衣液是怎樣把污漬從衣物上帶走的？在學(xué)生的思考和討論后引出本章的內(nèi)容：表面張力，表面能，接觸角等概念和相關(guān)知識，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注目前的學(xué)科前沿，如高分子材料助劑的改性研究。講到催化劑時，可以結(jié)合催化劑在合成氨過程中的重要作用，問問學(xué)生為什么人們一直在努力研究常溫常壓合成氨？以問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生多思考，對激發(fā)學(xué)生好奇心和創(chuàng)新意識，訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維具有非常明顯的效果。

2.1.2 以理論形成的過程為線索，讓學(xué)生學(xué)著以科學(xué)家的視角分析問題

任何理論的形成都具有一定的過程，具有其特定的歷史背景和形成原因。與現(xiàn)在先進(jìn)的儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件相比，過去的科學(xué)家使用的儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件相對落后，卻產(chǎn)生了一批又一批舉世矚目的科學(xué)理論和研究成果。在知識探索的過程中，鼓勵學(xué)生以科學(xué)家的視角分析各種自然現(xiàn)象，推演理論形成的過程，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和探索精神。如講到熱力學(xué)第一定律時，讓學(xué)生回答為什么第一類永動機(jī)造不出來？分析歷史上各類永動機(jī)失敗的原因，從而引出熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律。科學(xué)家的小故事很多，捎帶插入課堂中，可增加課堂的趣味性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，也可使學(xué)生的大腦在理科的思維中稍作休息。

2.2 教學(xué)手段多重互補(bǔ)

根據(jù)“學(xué)生為主體、教師為指導(dǎo)”的教學(xué)理念，通過改變傳統(tǒng)教學(xué)方式，改變枯燥的理論講解，教師以引導(dǎo)學(xué)生思考、分析、總結(jié)、陳述、分享為主，穿插知識點(diǎn)為輔，通過案例分析、小組討論、翻轉(zhuǎn)課堂等形式啟發(fā)學(xué)生，讓學(xué)生養(yǎng)成勤思考、多提問的習(xí)慣，激勵學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性思考，逐步提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、科學(xué)思維能力和解決實(shí)際問題的能力，讓學(xué)生在不知不覺中感受和領(lǐng)悟創(chuàng)新思維的魅力。

（1）開放式教學(xué)：以問題為導(dǎo)向，以教學(xué)大綱和教材作為主線，在教學(xué)互動環(huán)節(jié)增加物理化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域最新的研究成果，可以是相關(guān)科技新聞、最新學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，也可以是最新科技視頻。讓學(xué)生通過對最新科研成果的跟蹤學(xué)習(xí)，掌握最新研究成果的理論基礎(chǔ)，加深對理論的理解，并將課堂所學(xué)與實(shí)際科技發(fā)展結(jié)合，解決生產(chǎn)、生活中的實(shí)際問題。

（2）互動式教學(xué)：在授課方式上，結(jié)合“翻轉(zhuǎn)課堂”和“小組討論”方式，將學(xué)習(xí)自主權(quán)交到學(xué)生手里，結(jié)合“教師—學(xué)生”互動教學(xué)方式，讓學(xué)生在教師上課講授的內(nèi)容基礎(chǔ)上查閱并收集相關(guān)文獻(xiàn)，進(jìn)行知識拓展，跟蹤最新研究成果，并進(jìn)行一定的總結(jié)、整理和匯報，從而加深對課堂知識的了解和應(yīng)用，提高分析和解決問題的能力。

（3）線上—線下混合式教學(xué)：以學(xué)生為主體，通過各種網(wǎng)絡(luò)資源的推送，構(gòu)建“線上—線下混合式教學(xué)”模式，將學(xué)習(xí)主動性真正交到學(xué)生的手里。在課堂授課環(huán)節(jié)，通過傳統(tǒng)多媒體PPT+討論環(huán)節(jié)將教材中的理論、概念、基本公式講清楚，再通過QQ群、雨課堂、騰訊會議、小組討論相結(jié)合的線上授課模式，用習(xí)題和實(shí)際問題解決來加深概念的理解和公式的應(yīng)用，挖掘、培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動性和創(chuàng)造性，有效地拓展學(xué)習(xí)時空。

2.3 實(shí)踐教學(xué)齊頭并進(jìn)

（1）綜合實(shí)驗(yàn)：課題組按照“合成、制備—分析、表征—實(shí)際應(yīng)用”這樣“一條龍”式的實(shí)驗(yàn)設(shè)計思路設(shè)計部分綜合實(shí)驗(yàn)，如接觸角、電化學(xué)、膠體與界面化學(xué)，動力學(xué)，雙克方程等，將教學(xué)與教師的科研工作相結(jié)合，通過綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生對材料合成與制備，性能評價與表征、探索實(shí)驗(yàn)條件等多個環(huán)節(jié)和整體實(shí)驗(yàn)設(shè)計都有全面系統(tǒng)的了解，幫助學(xué)生將所學(xué)的理論知識融會貫通，激發(fā)學(xué)習(xí)潛能，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神。

（2）開放實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)室全天開放，由實(shí)驗(yàn)老師提前準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)所需藥品試劑，調(diào)試好所需實(shí)驗(yàn)儀器，并負(fù)責(zé)在整個實(shí)驗(yàn)過程中隨時解決和協(xié)調(diào)可能出現(xiàn)的任何問題。學(xué)生在當(dāng)天任何時間根據(jù)自己的具體情況自主安排實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，協(xié)調(diào)公共儀器設(shè)備的使用，這樣既節(jié)約了學(xué)生的時間，合理配置了儀器的使用，也鍛煉了學(xué)生的組織協(xié)調(diào)能力，保證了實(shí)驗(yàn)的順利完成。

（3）設(shè)計實(shí)驗(yàn)：由實(shí)驗(yàn)老師設(shè)定好實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，讓學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)等途徑，利用學(xué)校能夠提供的實(shí)驗(yàn)條件自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，選擇實(shí)驗(yàn)原料，安排所需要儀器設(shè)備，協(xié)調(diào)實(shí)驗(yàn)時間，完成教師制定的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。通過設(shè)計實(shí)驗(yàn)，很好地培養(yǎng)了學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)了分析和解決問題的能力，并反過來加深對課本理論知識的進(jìn)一步認(rèn)識和理解。

3 結(jié)語

總之，物理化學(xué)理論性、邏輯性強(qiáng)，知識點(diǎn)多，內(nèi)容龐雜，且已經(jīng)具備完整的理論體系和經(jīng)典的研究方法。如何通過物理化學(xué)教學(xué)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神，訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，是大工科背景下創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求，也是祖國建設(shè)和時代發(fā)展的需求。本課題組通過物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革與創(chuàng)新，將創(chuàng)新思維的訓(xùn)練滲透到教學(xué)的方方面面，形成了以學(xué)生為中心的教學(xué)體系，為創(chuàng)新人才的培養(yǎng)提供了一種可以借鑒的模式。