基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的工科物理化學(xué)教學(xué)模式的構(gòu)建與實施

李明霞　曲陽　焦艷清

摘 要：文章針對傳統(tǒng)的工科物理化學(xué)教學(xué)模式不利于培養(yǎng)學(xué)生自主研學(xué)能力與創(chuàng)新思維的問題出發(fā)，以黑龍江大學(xué)為例，提出了基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的工科物理化學(xué)教學(xué)模式的構(gòu)建與實施策略。

關(guān)鍵詞：工科；物理化學(xué)；教學(xué)模式

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

一、工科物理化學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀

工科物理化學(xué)課程是黑龍江大學(xué)化學(xué)化工與材料學(xué)院的化學(xué)工程與工藝、環(huán)境科學(xué)和制藥工程等工科專業(yè)的學(xué)位基礎(chǔ)課程。物理化學(xué)是化學(xué)和物理的交叉學(xué)科，工科專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)物理化學(xué)課程的時候，既要學(xué)習(xí)本專業(yè)所涉及的必備基礎(chǔ)理論知識，為今后學(xué)習(xí)專業(yè)課奠定良好的理論基礎(chǔ)；又要掌握分析、歸納、演繹等科學(xué)分析方法，從而得到數(shù)理推導(dǎo)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(xué)這門課程對學(xué)生的獨立思考能力、實踐能力和科研創(chuàng)新能力等方面的培養(yǎng)起著非常重要的作用。但是，在傳統(tǒng)的工科物理化學(xué)教學(xué)中，還存在一些問題：教學(xué)內(nèi)容陳舊，理論與實際應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)的問題；學(xué)時少與教學(xué)內(nèi)容多的矛盾；內(nèi)容枯燥與學(xué)生學(xué)習(xí)興趣提高的矛盾；教學(xué)活動難以發(fā)揮學(xué)生的主導(dǎo)作用等。這些問題的存在，常常令學(xué)生處于被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、探索精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[4-6]。但是，社會的快速發(fā)展，要求工科專業(yè)的學(xué)生不僅要具有堅實的物理化學(xué)基礎(chǔ)理論知識和相關(guān)的前沿知識，還要求學(xué)生具備一定的動手實踐能力、把理論知識運用到實際生產(chǎn)中的能力和創(chuàng)新能力[7-8]。實踐表明，工科專業(yè)畢業(yè)生如果具有較好的物理化學(xué)基礎(chǔ)知識儲備，在工作中會表現(xiàn)出適應(yīng)能力強(qiáng)，邏輯思維縝密，處理問題靈活性高，發(fā)展空間大等特點。可見物理化學(xué)課程在培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力、實踐能力、適應(yīng)能力和創(chuàng)新能力等方面都起著非常重要的作用[9-10]。因此，構(gòu)建基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的工科物理化學(xué)教學(xué)模式，以適應(yīng)新世紀(jì)對化學(xué)、化工人才的需求是工科物理化學(xué)教學(xué)亟待解決的問題。黑龍江大學(xué)以工科物理化學(xué)課程為載體，結(jié)合化學(xué)工程與工藝、環(huán)境科學(xué)和制藥工程等工科專業(yè)的特點，在 “基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的工科物理化學(xué)教學(xué)模式” 的構(gòu)建和實施上進(jìn)行了有益的探索。

二、基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的工科物理化學(xué)教學(xué)模式的構(gòu)建與實施策略

基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的工科物理化學(xué)教學(xué)模式使得工科物理化學(xué)課程具有整體性、綜合性、探究性、新穎性、前沿性和應(yīng)用性的特點，可激發(fā)學(xué)生的研學(xué)興趣并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。此外，在整個教學(xué)實施過程中，學(xué)生是主體，教師是主導(dǎo)，激發(fā)教師和學(xué)生的主觀能動性并發(fā)揮二者的協(xié)同作用，全面培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的綜合能力，使學(xué)生具有獨立思考能力、實踐能力和科研創(chuàng)新能力。在教與學(xué)的過程中，除了教會學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識，還要給學(xué)生提供培養(yǎng)創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力的條件和環(huán)境。讓學(xué)生能夠把學(xué)到的基礎(chǔ)理論知識與實際應(yīng)用結(jié)合起來。基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的工科物理化學(xué)教學(xué)模式的構(gòu)建和實施主要包括：（1）培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法；（2）基礎(chǔ)理論與科學(xué)前沿相結(jié)合，奠定學(xué)生創(chuàng)新的理論基礎(chǔ)；（3）加強(qiáng)課外科學(xué)研究基本能力的培養(yǎng)，拓寬學(xué)生創(chuàng)新的視野。

（一）培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法

邏輯思維的形成是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)。物理化學(xué)的基礎(chǔ)理論知識體系具有很強(qiáng)的邏輯性，并且物理化學(xué)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(chuàng)新思維不斷完善的過程。因此，在工科物理化學(xué)的教學(xué)中，教師不僅要引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識，還要引導(dǎo)學(xué)生掌握與基礎(chǔ)理論知識體系相關(guān)的科學(xué)研究方法。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)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(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成善于觀察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題的能力。并培養(yǎng)學(xué)生建立基礎(chǔ)理論研究的邏輯思維，為科學(xué)研究中分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)奠定堅實的理論基礎(chǔ)。在具體教學(xué)中，主要通過以下兩方面培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)的邏輯思維。一方面，在教學(xué)中突出科學(xué)研究方法的邏輯思維總結(jié)。在每章的學(xué)習(xí)中，教師對本章的知識體系和相關(guān)的科學(xué)研究方法做簡單介紹，給學(xué)生指出重點和熱點內(nèi)容，讓學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研工作，和學(xué)生一起進(jìn)行研討式學(xué)習(xí)。然后結(jié)合科學(xué)研究熱點內(nèi)容及基礎(chǔ)理論在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用，使學(xué)生初步了解物理化學(xué)原理是如何應(yīng)用在各個實踐領(lǐng)域中的，并靈活掌握如何運用物理化學(xué)科學(xué)研究方法解決問題。另一方面，在教學(xué)中重點加強(qiáng)對知識點之間的邏輯思維關(guān)系的總結(jié)。物理化學(xué)原理中有很多的相似邏輯關(guān)系，要讓學(xué)生學(xué)會舉一反三。這樣會讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中融會貫通，事半功倍。例如：在熱力學(xué)的教學(xué)中，學(xué)生在學(xué)習(xí)了單純的p-V-T變化過程的狀態(tài)函數(shù)性質(zhì)及其應(yīng)用后，就應(yīng)該可以結(jié)合狀態(tài)函數(shù)性質(zhì)自主學(xué)習(xí)相變化過程和化學(xué)反應(yīng)變化過程的各狀態(tài)函數(shù)變化值的計算。

（二）基礎(chǔ)理論與科學(xué)前沿相結(jié)合

工科物理化學(xué)的知識體系相對成熟，教學(xué)內(nèi)容比較穩(wěn)定。但是科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，要求物理化學(xué)課程的內(nèi)容也必須不斷充實新理論、新技術(shù)。與之相矛盾的是，工科物理化學(xué)的學(xué)時很少。因此，在工科物理化學(xué)的教學(xué)中，首先要精選經(jīng)典的教學(xué)內(nèi)容，在講授知識點時要精準(zhǔn)，重點突出，注意知識的系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性、完整性和應(yīng)用性，使學(xué)生能夠牢固地掌握物理化學(xué)基本概念、基本原理、基本公式并能夠靈活應(yīng)用；在此基礎(chǔ)上，結(jié)合基礎(chǔ)理論、原理和方法，深入淺出地介紹物理化學(xué)學(xué)科發(fā)展的新理論、新技術(shù)、新成果、新動向和新熱點，開闊學(xué)生的視野和思路，利用有限的課時，不僅讓學(xué)生能夠扎實地掌握基本概念和原理，還能很好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。但是，課時畢竟是有限的，因此，教師要引導(dǎo)并教會學(xué)生充分利用圖書館的數(shù)字化文獻(xiàn)資源進(jìn)行課外自主學(xué)習(xí)；此外，教師還可以通過案例教學(xué)開闊學(xué)生的視野。這些方法會讓學(xué)生了解物理化學(xué)學(xué)科所涉及的科學(xué)的最前沿領(lǐng)域及物理化學(xué)基礎(chǔ)理論在前沿領(lǐng)域中的應(yīng)用。這種教學(xué)模式能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新科學(xué)思維。例如：學(xué)習(xí)稀溶液依數(shù)性的基礎(chǔ)理論時，可以結(jié)合制藥工程和環(huán)境科學(xué)等工科專業(yè)的特點，選擇增加藥物單體的純度分析、反滲透原理進(jìn)行海水淡化和膜技術(shù)在廢水處理中的使用等方面的應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容；學(xué)習(xí)電化學(xué)原理時，在學(xué)習(xí)傳統(tǒng)原電池的基礎(chǔ)上，可以結(jié)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(yōu)缺點。

（三）加強(qiáng)課外科學(xué)研究基本能力的培養(yǎng)

在工科物理化學(xué)的教學(xué)中，既要物理化學(xué)基礎(chǔ)實驗課程的輔助，幫助學(xué)生進(jìn)一步掌握物理化學(xué)基礎(chǔ)理論及基礎(chǔ)理論的應(yīng)用，還要注意加強(qiáng)學(xué)生課外科學(xué)研究基本能力的培養(yǎng)。因此，教師要充分整合和利用學(xué)校現(xiàn)有的科研資源，給學(xué)生創(chuàng)造進(jìn)行科學(xué)研究的環(huán)境和條件，充分調(diào)動學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究的主觀能動性。向?qū)W生們簡單介紹學(xué)校現(xiàn)有的科研課題的研究方向、研究內(nèi)容和研究成果，鼓勵學(xué)生參與到相關(guān)教師的科研課題中去，讓學(xué)生真正地參與到科研的各個環(huán)節(jié)中（例如調(diào)研文獻(xiàn)、閱讀文獻(xiàn)、分析總結(jié)文獻(xiàn)、發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題、選擇研究方向、設(shè)計實驗方案、進(jìn)行實驗、分析實驗結(jié)果、得出結(jié)論和撰寫論文或?qū)＠龋Ｔ谶M(jìn)行科學(xué)研究的過程中能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究的基本能力。此外，還可以讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)科學(xué)文獻(xiàn)的查閱以及文獻(xiàn)綜述的撰寫，結(jié)合理論與實際應(yīng)用的研究課題開展課外研討和結(jié)合物理化學(xué)實驗教學(xué)進(jìn)行擴(kuò)展性實驗研究，來加強(qiáng)課外科學(xué)研究基本能力的培養(yǎng)。

基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的工科物理化學(xué)教學(xué)模式已經(jīng)在化學(xué)工程與工藝、環(huán)境科學(xué)和制藥工程等工科專業(yè)進(jìn)行了兩年的教學(xué)實踐，該教學(xué)模式逐步得到完善，發(fā)展為化學(xué)工程與工藝、環(huán)境科學(xué)和制藥工程等工科專業(yè)的特色教學(xué)模式，而且取得了理想的教學(xué)效果。學(xué)生們普遍反映這種模式的教學(xué)更具有趣味性、挑戰(zhàn)性和創(chuàng)造性，不僅極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和積極性，還培養(yǎng)了工科學(xué)生的獨立思考能力、實踐能力、創(chuàng)新思維能力和科研創(chuàng)新能力。

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