物理化學課程教學內容和教學方法的改革

朱志昂

(南開大學化學學院化學系 天津 300071)

在《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020)》中提出了“到2020年，基本實現教育現代化”的戰略目標。要實現這一戰略目標，關鍵在于教育要改革，特別是教學內容和教學方法的改革。作者根據講授物理化學基礎課多年的經驗和體會[1]，對物理化學課程教學內容和教學方法的改革提出粗淺的看法，力圖起到拋磚引玉作用。

1 教學內容和教學方法改革的迫切性

多年來，大學本科教學在教學內容改革方面始終未見突破性的進展，基礎課的教學更是在“基礎課教學內容是基礎的、基本的，沒有必要不斷更新”的思維定式下，課堂教學內容數年來一成不變或變化甚小。就拿物理化學基礎課來說，熱力學第一、第二定律建立于1850年左右，距今已有150多年。經典熱力學認為體系總是自發地趨于平衡、趨于無序。實際上趨向平衡、趨向無序并不是自然界的普遍規律。經典熱力學的規律只適用于孤立體系，而自然界普遍存在的是敞開體系。在非平衡態的敞開體系中，大量存在著從無序向有序變化的現象。在現行的物理化學教學內容中，普遍存在著將過多的學時用于經典熱力學的講授，使學生的思維圍繞著客觀不存在的孤立體系的熱力學規律轉圈圈，而對20世紀50～60年代發展建立的敞開體系的非平衡態熱力學卻極少甚至不予介紹，這顯然是不合適的。隨著科學技術的發展，本科教學應著力培養具有寬廣知識基礎和基本技能，能夠適應未來發展需要的專業人才。目前各化學基礎課的學時在縮減，而對學生創新能力和素質的要求則在提高，這就要求對基礎課教學內容大膽改革，與時俱進，不斷地進行整合與更新。

我國的教學方法、教育方法不夠先進為大家所共識。灌輸式、填鴨式教學方法代代相傳，歷史悠久，從幼兒園直到大學十幾年一貫制。近幾年來，多媒體教學在我國高校普遍使用，但大多數僅是將黑板換成了屏幕，并沒有改變灌輸式、填鴨式的教學方法，有的甚至灌輸得更為嚴重。啟發式教學、討論式教學偶爾也能聽到，但受益面小，形成不了氛圍，對于長期形成的落后的教學方法觸動甚微。教學方法的先進與否，直接影響創新人才的培養。如果不對落后的教學方法進行大的改革，培養創新人才就將成為一句空話。因此教學方法的改革是十分必要而又十分迫切的，可能是今后教學改革、質量提高的一個切入點和突破口[2]。

2 改革的關鍵是更新教育觀念

教學方法不僅僅是方法問題，更是教育思想、教育觀念的問題。沒有先進的教育思想就不可能有先進的教學方法和先進的教學內容。

(1) 轉變以教師傳授知識為中心的傳統教學觀念，樹立以學生為主體的教學觀念。

我國歷來有重視知識積累的傳統。繼承在創新中的價值不言而喻，但是傳統的教育以傳授已有的知識為根本目的。學生習慣在學校和教師的安排下被動地接受知識的灌輸，死記硬背一些書本上的東西。這樣長期下來，會壓抑青年人的興趣、好奇心和想象力，形成一定的思維定式，缺乏探究知識的主動性和創造性。英國教育家懷特海德說過：歸根到底，作為學生，必須把學習當作一種享受、一種樂趣，而不是一塊塊任由教師捏成文化人的膠泥。美國教育家杜威指出：教育不是一種“告訴”和“被告訴”的事情，而是一個主動和建設的過程[3-4]。這個道理在理論上無人不承認，而在實踐中往往違反。

以學生為主體，首先要改變自上而下填鴨式的教學模式。教師不僅要完成知識的傳授，而且要教會學生學習，帶他們由深入而淺出，能舉一反三，能溫故知新；即從“教”達到“不教”而使學生能自覺主動地學習。我們必須跳出一個認識誤區，即總是希望多講，越重要講得越多；總是擔心講不到的學生考試不會，總是擔心學生考試成績不好，結果可能是學生反而不愿學習。

以學生為主體，就是要重視每個學生的個體，要承認個性。大凡拔尖人才都有鮮明的個性，這種個性異乎常人，往往表現出對一些不合常理的事物的理解和接受，恰恰就因為這點，使他們極具想象力和創造性。但這種獨特的特性，容易被人不理解，甚至得不到尊重。我們應遵循“不拘一格降人才”和“因材施教”的原則，對其因勢利導，發展個性，使其充分發揮優勢。

以學生為主體，絲毫沒有降低教師的指導作用，而是對教師提出了更高的要求。要求教師更深入地掌握本學科的知識內容，了解學科前沿動態，以便啟發和回答學生的提問和質疑。要給學生營造寬松的環境，讓學生自由發表意見，提出問題，充分討論，這樣才能產生創新靈感。一個好的教師不應只是系統知識的傳授者，而應是在和學生討論中新視角的提出者，新問題的發現者和新思維的倡導者。

(2) 樹立教學與科研緊密結合的教育觀念。

本科教學處于基礎和優先地位。我們主張教研結合，因為科研也是育人特別是培育創新型人才不可或缺的途徑，我們不能在非此即彼的怪圈里打轉轉。教師要將教學和科研相互融合，應當能夠將知識傳承者的教師角色與知識創新者的學者角色很好結合起來，既能向學生傳授知識，又能通過對前沿問題的追尋和對真理的探索，引導學生有所發現、有所創新。將教師本來就應具有的教師和學者的二重角色割裂開來，既不利于教學，也不利于科研。教師在教學中遇到的問題，可以促使其進行深層次的學術思考，而教師的硏究成果又可以反哺教學實踐。正是在教學與科硏相互促進的過程中，才能真正實現教師角色的價值，也才能將優秀人才培養落到實處。應當確立一種共識，教學和科硏是育人這同一問題的兩個方面，優秀的教師應當積極踐行硏究性教學，在創新人才培養方面做出更大努力。創新人才是在參加創新實踐中成長起來的，應組織學生參加科研項目或世界科技前沿的研究課題。要讓學生在科研的創新實踐中，激發求知欲望和創造沖動，獨立自主地運用已有知識去發現問題，提出解決問題的新觀點、新途徑，最終超越前人，取得創新的成果。

3 如何進行物理化學基礎課教學內容的改革

P.W.Atkins是英國牛津大學的物理化學教授，所著的《物理化學》是一本高質量教材，已出第8版。早在1987年，Atkins 發表了關于物化學課程改革趨勢的看法(New Trends in Physical Chemistry Courses，ChemistryinBritian，July，1987，640-641)。 他認為，“傳統的物理化學已經處于革命的前夜。因為化學家終于可以關注真實而且高度復雜的體系了，新課程必須反映這個巨大的變化。計算機正在開始改變我們的思維以及教學的方式”。作者根據Atkins的觀點,結合長期講授物理化學的體會，談一點對物理化學理程內容改革的粗淺看法。

(1) 大量壓縮經典內容。

Atkins指出，“化學家必須強制自己遠離平衡情結。他們應當認識到，經典平衡態熱力學的局限性太大，而化學中所有新出現的體系都是遠離平衡的”。目前各類高校物理化學教材已對經典熱力學部分作了一些精簡，但受到考研指揮棒和習慣勢力的影響，精簡的量還遠遠不夠。我查閱了幾本大學一年級的大學物理學教材[5-7]及無機化學教材[8-16]。在大學物理學教材中的熱學部分講授了氣體分子運動論及熱力學三大定律；在無機化學教材中講授了氣體、化學熱力學、化學平衡、化學動力學、電化學。除了相平衡、表面和膠體之外的物理化學的基本點均已講授。所以今后編寫物理化學教材時必須參考先行課程教材，要在先行課程教材的基礎上寫，減少不必要的重復。授課教師要了解本校學生先行課程(如大學物理學課程及普通化學課程)的學習內容，要大膽地對熱力學三大定律內容的講授動大手術。講授時要更加簡明，牢牢抓住如何使用熱力學三大定律判別化學變化的方向和限度，以及能量轉換的問題。對先行課程中學生已學習過的知識作一簡單的復習，在其基礎上再講授物理化學課程內容，不要反復炒冷飯；將節省出來的學時用于講授新的內容。

(2) 簡介非平衡態熱力學。

Atkins指出，“我認為化學家感興趣(或應當感興趣)的是非平衡態熱力學。有了計算機，這個領域對他們已經開放，利用微機，他們也可以開始講授了。如果對非平衡體系的概念和技巧不熟悉，物理化學家怎么能夠真正涉足生物學？如果我們判定他們做不到，那么我們的課程必須改變”。我們要簡單介紹線性和非線性非平衡態熱力學，牢牢抓住在線性和非線性非平衡態敞開體系中如何判別變化的方向和限度的問題，使學生了解處于遠離平衡的敞開體系中，變化的方向趨于有序，變化的終點不是熱力學平衡態，而是有序的穩定態。這種新的有序的穩定結構被稱之為耗散結構。近年來出版的物理化學教材[17-23]對非平衡態熱力學均作了一定的介紹,但教師在課堂教學中講的較少或根本不講。為了提高青年教師的講課水平，2007年在煙臺大學承辦的由南開大學、科學出版社等主辦的全國高等學校物理化學課程青年骨干教師高級硏修班上，請復旦大學范康年教授講授了非平衡態熱力學初步；2008年在河南師范大學承辦的由南開大學、科學出版社等主辦的第2屆全國高等學校物理化學課程青年骨干教師高級硏修班上，作者又講授了非平衡態熱力學簡介。在講授非平衡態熱力學時應著重介紹基本概念及基本原理,而不要陷入煩瑣的數學推導。

(3) 更新課程內容，介紹物理化學學科前沿領域的新知識。

Atkins指出：“相關領域的新發現為物理化學家提供了新的興趣。其中最豐富而且可能最重要的是生物學，大學課程應當反映這些成就，它可以增進我們對能量傳遞、NMR成像、過程速率、基因表達、神經心理學和光合作用的理解。物理化學家感興趣的物質已經轉向高聚物、固體、表面、液體和復雜的混合物(諸如天體大氣和化學反應器)。鼓勵物理化學課程和化學工程相容和在物理化學課程中介紹化學工程的內容是發展趨勢之一”。我們應該很好地理解和接受Atkins關于物理化學課程改革的觀點。

此外，我們在講授物理化學的各章節時，可從基本原理出發，適當介紹學科前沿領域的新知識，介紹有關的諾貝爾化學獎， 融匯基礎與前沿。使學生不僅具有扎實的基礎知識，而且能了解學科前沿的基本點，為創新人才的培養起到入門作用。例如：

① 在講授化學動力學時，不僅介紹分子動力學、激光化學，而且可講一些獲2001年諾貝爾化學獎的不對稱催化在工業生產中的應用。

② 在講授電化學時，結合能源和環保，介紹一些綠色環保的新型電池。

③ 很多化學反應都是在表面進行的，表面狀態的研究十分重要。在講授表面化學時，可適當介紹現代表面分析中常用儀器的名稱及功能，使學生了解一些表面研究的現代手段。

④ 我國著名科學家錢學森早在1991 年就指出:“我認為納米左右和納米以下的結構是下一階段科學發展的重點， 會是一次技術革命，從而將是21世紀又一次產業革命”[24-25]。納米粒子屬于膠體粒子范疇，所以在講授膠體化學時，可講一些納米粒子的制備、特性及其應用。作者在2010年由山東大學承辦、南開大學和科學出版社等主辦的第3屆全國高等學校物理化學課程青年骨干教師高級硏修班上，講授了納米粒子，以期教師在物理化學課程中能向學生介紹一些有關納米技術的常識。以上的一些前沿知識，作者在《近代物理化學》(笫4版)教材[17]中做了適當的簡介。期望同行們在教學過程中，根據所在學校和專業的特點，不斷地更新教學內容,不斷地豐富對學科前沿知識的介紹。

(4) 緊密結合學生所學專業。

根據學生所學專業的特點和需求，教師可整合和更新物理化學課程的基本內容，要特別注意物理化學課程與學生所學專業的接口，使學生感到物理化學是他們必須學好的課程。

4 如何進行物理化學基礎課教學方法的改革

(1) 培養學生的學習興趣。

國內大學教材以及教師授課往往比較偏重知識性、理論性，卻忽視了對大學生學習興趣的培養。回想起來，我們之所以選擇化學專業，就是由于在中學時代對化學課的演示實驗和化學實驗的千變萬化感到神奇而產生了興趣。很難想象一個對所學專業不感興趣的大學生能在專業上有所創新。教師要千方百計地想辦法培養學生學習物理化學課程的興趣。例如，可介紹物理化學家的一些趣事，介紹諾貝爾化學獎，或組織學生討論，或觀看一些與物理化學有關的有趣的課件。總之，要提倡“興趣學習”，“快樂學習”。

(2) 摒棄填鴨式。

在物理化學課程講授過程中，要徹底摒棄填鴨式、滿堂灌的教學方法，倡導啟發式、探究式、討論式、參與式的教學方法。在課堂教學中結合物理化學課程的具體章節內容做到這一點不是一件簡單的事情，要花時間下功夫。教師要幫助學生學會學習，要激發學生的好奇心，要激起學生學習和硏究的激情，要營造獨立思考、自由探索、勇于創新的良好環境。

(3) 提倡“講一練二考三”。

教師在授課時要控制講授量，增強課下及課上的練習量，擴大考試面。在試卷中要有一定的比例(20%～30%)是沒有講授過的內容，讓學生所學多于教師所講，培養學生的自學能力，讓優秀學生脫穎而出，為學生留出更多自主發展的空間。

(4) 避免一張試卷定終身。

在學生成績考核上要避免一張試卷定終身，要注重考核學生的綜合能力，要形式靈活多樣。美國大學的考核往往不是一張試卷定終身，教學絕不圍著考試轉。在整個學期中，一般課程都要進行2～3次考核。考試中很少需要死記硬背，考試時可提供必要的公式和計算常數。題量雖不是很多，但特點鮮明，有較強的靈活性、綜合性和實用性。考核中一般都會涉及一定數量的應用問題，需要學生運用學過的知識和技能來解決一些實際問題，考核方式呈現多樣化。例如，經常讓學生結合教學內容和研究專題撰寫論文作為課程考核的組成部分，其中對能力的評價是十分突出的。因此，美國大學的課程學習成績實質上是對學生整個學習過程的綜合評價。和美國相比，我國高校在對學生學習成績的考核上差距甚遠，改革的任務很重。形式靈活的考核制度能促使學生不僅深入學習專業理論知識，同時加強鍛煉自己的邏輯思維能力、口頭表達能力和綜合能力，這也是培養創新人才的重要方面。

5 建立科學的教師評價體系是教學改革的關鍵因素之一

當前，我國高校重科硏輕教學是影響教學內容和教學方法改革深入進行的一個障礙，必須改革對教師的評價體系。美國研究型大學教師考核體系強調教師在教學、學術與創造性研究和服務性工作這3個相輔相成領域的重要作用。學校希望教師在這3個相互支撐的領域保持連續性和高水平，將一個公平、公正、透明的教師評價體系看做是學校管理架構中不可缺少的一部分。考核指標確立的指導思想是與學校的定位、發展戰略保持一致的，是學校的發展目標落實到教師個人身上的直接體現。在德國的高校，學生對教師的教學評價已成為影響教師職位、晉升、薪水等最重要的因素之一。學生對教師進行系統的全方位的評價在德國的大學已形成一種制度，對大學教師應聘和提升職稱所進行的教學考核評定工作必須征集學生的意見，每門課程或每學期結束前都要求學生對課程和授課教師的教學工作進行評價，以便為進一步改進教學提供反饋信息或作為人事決策的依據。

在我國高校對教師評價制度上，存在問題較多，當前的突出問題是重科研輕教學，而在科研上又是片面追求發表文章期刊的影響因子。在教學第一線的教師在教學方法、教學內容的改革上，不愿意多花時間，不愿意下功夫，這與重科研輕教學的教師評價體系不無關系。建立科學的綜合的教師評價體系是實現教學改革的關鍵因素之一。重視對教師的評價將會促進教師教學質量的提高，造就一流的師資隊伍，而一流的師資是大學培養創新人才的關鍵。

教育要發展，根本靠改革。教師作為教育改革的主力軍，理應更新教育觀念，在物理化學課程教學內容和教學方法改革上狠下功夫，堅持幾年甚至幾十年，爭取有大的突破。各級領導應出臺相應政策，激勵教師在教學改革上下功夫，改變重科研輕教學的現狀。各級教育主管部門要組織人力、財力，立項研究教學方法和教學內容的改革。大家共同努力為徹底改變我國教學方法、教學內容落后的狀況，為建設高等教育強國而奮斗。

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