“模型→創新→應用”理念在物理化學中提高人才培養質量的研究*

司長代，李志鋒，王曉峰，楊本群，雷新有，龍世佳

(天水師范學院化學工程與技術學院，甘肅 天水 741001)

高等教育理念是高等教育發展的靈魂，古往今來，學者們對于高等教育理念解讀從未停歇。羅納德·巴尼特教授便是眾多學者之一，其著作《高等教育理念》是對高等教育理念釋析的一次孤獨的嘗試，進而呼喚理念重構[1]。世界一流大學的教育理念，便是歷史文化沉淀的產物。所以，不同的大學經歷了不同的歷史發展階段，自然需要形成自己的教育理念，進而指引著大學的發展方向。比如，讓每一個學生在未來都得到良好的發展；為社會培養有創新思想、有自主判斷、全面發展的人等，這些教育理念都體現了高等教育的人才培養規律[2]。而人才培養主要是通過教學來實現的，而課程作為教學內容的一部分，為教學的“藍圖”起著舉足輕重的作用[3]。

1 “模型→創新→應用”教育理念融入實踐教學

隨著一流課程“雙萬計劃”的實施，如何實現“兩性一度”的“金課”標準，即打造具有高階性、創新性、挑戰度的“金課”已成為高校共識[4]。本科基礎課程的教學中，理想模型是自然科學研究中的一種重要的科學方法[5]。要達到“金課”標準，“模型→創新→應用”教育理念的提出，對于《物理化學》教學有著重要意義。

1.1 《物理化學》課程教學中經典模型的挖掘

以《物理化學》(第五版，傅獻彩等編)為例，課本中包含了許多凝聚全世界諸多學者思想精華的理想模型，這些模型博大精深，具有一定的高階性、創新性和挑戰度，因此教師一定要強調這些模型的重要性并且能夠深刻清晰地講解其具體過程，主要經典模型如表1所示[6]。

表1 《物理化學》教材中的主要經典模型

1.2 基于“模型→創新→應用”教育理念的實踐教學案例一

以“等溫可逆過程”為例，此過程包含了等溫可逆膨脹和等溫可逆壓縮。在等溫可逆膨脹過程中，從始態(V1)到終態(V2)是一個無限緩慢的過程，“無限緩慢”是一個非常模糊的概念，到底有多慢，學生很難理解課本中的這個描述。而將此過程按照圖1所示設計，始態自由移動的活塞上面放一杯水，在特定的環境下，每蒸發一個水分子，可看作系統達到一個準靜態過程，這時候外壓(Pe)=內壓(Pi)-無限小的壓力變化(dp)。隨著水分子的不斷蒸發，整個可逆膨脹過程可看作是由無數個這樣的準靜態組成，最終從V1到V2的可逆膨脹功We,1可表示為：

對于等溫可逆壓縮過程，可看作在一個封閉系統中，等溫可逆膨脹過程中蒸發為氣體的所有水分子重新下落過程中冷凝成為液態水分子下落到燒杯中，每下落一個水分子，同樣達到一個準靜態過程，從V2到V1的可逆壓縮過程可看作是由無數個這樣的準靜態組成，如圖2所示，最終從V2到V1的可逆壓縮功We,2可表示為：

綜上所述，通過We,1+We,2=0，說明經過一次無限緩慢的膨脹和壓縮循環后，系統和環境都恢復原態而沒有留下任何影響，此過程就是一次理想的可逆循環過程。通過這樣模型的演示和講解，學生會深刻理解可逆循環的概念和過程，有利于提高他們的分析、思考問題的能力。如果將來設計一個無限接近理想狀態的可逆過程，“緩慢”過程成為關鍵技術，到底有多慢才能達到應用，這便是“模型→創新→應用”教育理念引領的成果。因此，目前的本科教育，務必要讓學生回歸課本，重視課本，特別是一些經典模型，才能潛移默化的培養學生的創新思維和應用能力。

圖1 等溫可逆膨脹

圖2 等溫可逆壓縮

1.3 基于“模型→創新→應用”教育理念的實踐教學案例二

圖3 原電池(a)；電解池(b)

1.4 “模型→創新→應用”教育理念的現實意義

理論教學是大學教育中的重要組成部分，只有學生熱愛課堂并熟悉這些模型蘊含的深刻的思想與抽象的過程，才會有創新思想萌芽的產生，這種創新思想對于學生來說，無論走向社會還是繼續深造，這種能力的擁有在將來面對復雜的局面或者科研困境，都會破繭成蝶，這就是應用。所以要實現從“模型→創新→應用”的教學理念滲透，教師必須高度重視經典模型的分析和講解，創新能力的培養才會在教學過程中慢慢滲透，這種能力的擁有可能會使學生受益終身。

2 “模型→創新→應用”教育理念對物理化學教學啟示

經典物理化學的內容是由化學熱力學、化學動力學和物質結構三部分所組成，這些內容都是在長期的發展過程中形成的，同時不斷發展著。物理化學課程在“模型→創新→應用”教育理念的引領下，不僅能增加學生對知識追求的熱情，還能獲取解決問題所需要的基本概念、基本理論和基本技能，更重要的是能夠培養學生的思維能力和科研創新能力，會使學生將來受益匪淺。

2.1 創設情境，強調回歸課堂、回歸課本的必要性

一個學校的培養目標、學風、學術氛圍及管理體制等都對學生創新思想的形成及創新教育的提高具有重要的作用。 所以，創新思想的形成要求教師自身擁有創新思維，這是教育教學中培養學生創新能力的一個重要因素，也是創新思想培養的必要條件之一，教師所具有的創新意識會極大影響學生的思維方式。其次，平等尊重的師生關系，是培養學生創新能力的基礎。要給學生創設良好的課堂環境，讓他們在內心世界里喜歡物理化學課堂教學，那么教師的角色尤為重要。因為“有理想信念，有道德情操，有扎實學識，有仁愛之心”的教師會讓學生對知識的理解、分析、思考、熱愛及應用水到渠成。實踐證明，創造適宜教學環境，能讓學生主動參與、積極思考、渴求知識的課堂氣氛，有利于培養學生的擔當意識、創新意識、創新能力，大學物理化學課本中的經典模型為學生提供了適宜的“環境”和“土壤”。

大學物理化學教學中，“模型→創新→應用”教育理念的提出，旨在讓學生回歸課堂，回歸課本。其實課本內容并未過時、落后，而是要更重視課本中的經典模型，因為這些模型恰恰凝聚著大師們深邃的思想，所有這些通過學生的獨立思考、深刻分析、知識遷移，才會潛移默化般產生創新思想，為將來能夠勝任工作崗位或繼續深造提供綜合能力支撐，這就是創新思想的應用，這種模式的成果可能會使學生受益終身，也符合當前OBE(Outcomes Based Education)教育理念的范疇[7]。正如霍普金斯大學首任校長吉爾曼陳述大學的使命：“培養有個性的學者,通過他們優異的表現促進科學發展，服務社會[2]”。

2.2 強化課后習題練習，重視創新能力和應用能力的培養

課程是高等教育人才培養的核心要素之一。加強應用型本科教育的課程設置與開發研究，是提高應用型本科教育質量的重要保障和永恒課題。“模型→創新→應用”教育理念下的物理化學教學，關鍵在于教師對高等教育人才培養目標的準確定位，對學生畢業時應具有的知識、能力、素養及其應達成水平的預期成果有準確、清晰的構想，意在重視課本中科研工作者總結出的經典模型，以此來培養學生的創新思想，以提高將來走向社會或繼續深造時的應變能力，這是本科教育需要解決的關鍵問題。

高等教育理念作為一個特殊而復雜的概念，不同的人對其會有不同的見解。我們無法說，誰的理論包羅萬象、能夠覆蓋整個高等教育大環境，但每一個理念，都有其閃光點，發掘其理論精華能夠讓教育工作者更加符合新時代教師的要求。“模型→創新→應用”教育理念下的物理化學教學的提出，打破傳統課堂的桎梏，讓學生熱愛課堂，熱愛知識的探究，并強調課后習題的重要性。如果學生在課堂或者課后能夠正確分析、判斷和應用所學知識來解決課后習題，實現對知識的掌握和靈活應用，那么在將來當他們走出校門，面對復雜的局面，才會有像分析習題一樣擁有清晰的思路。通過習題練習，潛移默化的培養學生分析和解決問題的能力，以此激發學生的學習潛力。無論是現在，還是未來，對學生的創新能力和應用能力的培養至關重要。

3 結 語

本科教育，一定要重視教材尤其是一些經典模型，從中挖掘科學精神和科學思想，教學中自然體現高階性和挑戰性，同時重視課堂教學中融入先進的教學理念。而“模型→創新→應用”教育理念不僅基于以上提出，還對學生創新能力和應用能力的培養尤為重要，其作用在學生走向社會或繼續學習深造時，才會有清晰的思路面對復雜的局面。這種能力的形成可能會影響學生的一生，也凸顯了本科教育的重要性與深遠意義。