創新思維訓練在物理化學教學中的滲透與實踐

謝亞紅*，陳華梅，郭鳳嬌

（新疆大學化工學院，新疆 烏魯木齊 830017）

1 大工科背景下，物理化學的教學使命

“物理化學”是通過數學和物理學的理論與方法研究化學變化的基本規律和理論的一門學科。經過近一個半世紀的發展，物理化學已經形成完整的理論體系和成熟的研究方法，如何將這些經典理論和研究方法與日新月異的科學技術與研究成果相結合，使教學內容更具有啟發性，教學方式更具有引導性，是創新型人才培養賦予物理化學教學的任務與使命。

然而，我國傳統教學模式以教師為中心，以教材內容為核心，不利于培養學生的自主學習能力和創新思維。學生固守書本、死記硬背的學習方式也使他們缺乏批判性思維、不善于創新、不敢于質疑。因此，怎樣在物理化學的教學過程中，從教學內容、教學模式上改革與創新，激發學生學習興趣，訓練學生的創新思維是目前物理化學教學的當務之急。

2 物理化學教學改革與創新思維訓練的滲透

從2016年開始，新疆大學化工學院著手全面推進創新型人才培養模式的創建。以學生為中心，以問題為導向，以創新思維培養為主線，打破傳統的以理論教學為主的課程體系，教學內容與時俱進，教學手段多重互補，實踐教學齊頭并進，并輔以思政內容的融入，構建了問題導向、能力本位的創新人才培養模式。

2.1 教學內容與時俱進，教書與育人相互促進

物理化學教學內容根據學科發展，結合教師的科研工作與時俱進，科研反哺教學，以高水平科研帶動高水平教學，訓練學生用物理化學的角度和方法解決實際生產和科學研究中的實際問題。增加新理論、新材料、新技術的應用及與物理化學基礎知識的關聯性內容。同時，將思政要素與物理化學知識融合，“教書”與“育人”相互促進，為“物理化學”課程中枯燥、抽象的內容和煩瑣難懂的公式賦予新的含義和內涵，達到育人于教，潤物無聲的效果。

2.1.1 以問題為導向，為自然現象尋找理論根源

在授課過程中，以問題為導向，啟發學生思考和討論，并通過查閱資料尋找答案。例如，在界面化學章節，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？在學生的思考和討論后引出本章的內容：表面張力，表面能，接觸角等概念和相關知識，進一步引導學生關注目前的學科前沿，如高分子材料助劑的改性研究。講到催化劑時，可以結合催化劑在合成氨過程中的重要作用，問問學生為什么人們一直在努力研究常溫常壓合成氨？以問題為導向，引導學生多思考，對激發學生好奇心和創新意識，訓練學生的創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，讓學生學著以科學家的視角分析問題

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。與現在先進的儀器設備和實驗條件相比，過去的科學家使用的儀器設備和實驗條件相對落后，卻產生了一批又一批舉世矚目的科學理論和研究成果。在知識探索的過程中，鼓勵學生以科學家的視角分析各種自然現象，推演理論形成的過程，對培養學生的創新思維能力和探索精神。如講到熱力學第一定律時，讓學生回答為什么第一類永動機造不出來？分析歷史上各類永動機失敗的原因，從而引出熱力學第一定律，即能量守恒定律。科學家的小故事很多，捎帶插入課堂中，可增加課堂的趣味性，激發學習興趣，也可使學生的大腦在理科的思維中稍作休息。

2.2 教學手段多重互補

根據“學生為主體、教師為指導”的教學理念，通過改變傳統教學方式，改變枯燥的理論講解，教師以引導學生思考、分析、總結、陳述、分享為主，穿插知識點為輔，通過案例分析、小組討論、翻轉課堂等形式啟發學生，讓學生養成勤思考、多提問的習慣，激勵學生進行創新性思考，逐步提高學生學習的主動性、科學思維能力和解決實際問題的能力，讓學生在不知不覺中感受和領悟創新思維的魅力。

（1）開放式教學：以問題為導向，以教學大綱和教材作為主線，在教學互動環節增加物理化學相關領域最新的研究成果，可以是相關科技新聞、最新學術文獻，也可以是最新科技視頻。讓學生通過對最新科研成果的跟蹤學習，掌握最新研究成果的理論基礎，加深對理論的理解，并將課堂所學與實際科技發展結合，解決生產、生活中的實際問題。

（2）互動式教學：在授課方式上，結合“翻轉課堂”和“小組討論”方式，將學習自主權交到學生手里，結合“教師—學生”互動教學方式，讓學生在教師上課講授的內容基礎上查閱并收集相關文獻，進行知識拓展，跟蹤最新研究成果，并進行一定的總結、整理和匯報，從而加深對課堂知識的了解和應用，提高分析和解決問題的能力。

（3）線上—線下混合式教學：以學生為主體，通過各種網絡資源的推送，構建“線上—線下混合式教學”模式，將學習主動性真正交到學生的手里。在課堂授課環節，通過傳統多媒體PPT+討論環節將教材中的理論、概念、基本公式講清楚，再通過QQ群、雨課堂、騰訊會議、小組討論相結合的線上授課模式，用習題和實際問題解決來加深概念的理解和公式的應用，挖掘、培養學生在學習過程中的主動性和創造性，有效地拓展學習時空。

2.3 實踐教學齊頭并進

（1）綜合實驗：課題組按照“合成、制備—分析、表征—實際應用”這樣“一條龍”式的實驗設計思路設計部分綜合實驗，如接觸角、電化學、膠體與界面化學，動力學，雙克方程等，將教學與教師的科研工作相結合，通過綜合實驗環節，讓學生對材料合成與制備，性能評價與表征、探索實驗條件等多個環節和整體實驗設計都有全面系統的了解，幫助學生將所學的理論知識融會貫通，激發學習潛能，培養團隊合作精神。

（2）開放實驗：實驗室全天開放，由實驗老師提前準備好實驗所需藥品試劑，調試好所需實驗儀器，并負責在整個實驗過程中隨時解決和協調可能出現的任何問題。學生在當天任何時間根據自己的具體情況自主安排實驗進度，協調公共儀器設備的使用，這樣既節約了學生的時間，合理配置了儀器的使用，也鍛煉了學生的組織協調能力，保證了實驗的順利完成。

（3）設計實驗：由實驗老師設定好實驗目標，讓學生通過查閱文獻等途徑，利用學校能夠提供的實驗條件自主設計實驗方案，選擇實驗原料，安排所需要儀器設備，協調實驗時間，完成教師制定的實驗目標。通過設計實驗，很好地培養了學生綜合分析問題和解決問題的能力，培養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一步認識和理解。

3 結語

總之，物理化學理論性、邏輯性強，知識點多，內容龐雜，且已經具備完整的理論體系和經典的研究方法。如何通過物理化學教學激發學生的創新精神，訓練學生的創新思維，培養學生的創新實踐能力，是大工科背景下創新人才培養的需求，也是祖國建設和時代發展的需求。本課題組通過物理化學教學內容和教學方法的改革與創新，將創新思維的訓練滲透到教學的方方面面，形成了以學生為中心的教學體系，為創新人才的培養提供了一種可以借鑒的模式。