科學家故事融入物理化學課堂的新模式探索

邢雙喜

摘? 要：本研究在思政教育的大背景下，嘗試在物理化學教學過程中，組織學生參與錄制與收看科學家故事視頻，使學生將教材中的知識點與相應的科學家立體化地聯系起來。首先，促使學生了解知識產生的背景與學科發展歷程，加深對知識的理解；其次，引導學生從物理化學家的故事中領悟科學精神，提高自身的科學素養；最后，通過錄制視頻的過程，鍛煉學生的邏輯思維與團隊合作能力。通過活動的實施，努力實現“知識傳授、能力培養與價值塑造”的人才培養目標。

關鍵詞：物理化學；科學家；知識理解；科學精神；邏輯思維

中圖分類號：G645? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）05-0100-04

通常在物理化學教學過程中，科學家的名字往往只與某一個公式或者定律簡單地聯系在一起，比如吉布斯相律、亥姆霍茲自由能等；還有些定律、概念與公式中都體現不出發現者的姓名，比如熵、熱力學第一定律等。在面對這些定律與公式時，教師或者學生也許連相關的科學家什么樣子或者是哪國人都不關注，更遑論去了解他們發現定律背后的故事。然而，這些人的奮斗經歷與他們的成就卻是一筆巨大的精神財富。如果能將他們的故事融入物理化學的課堂中來，使學生對他們產生興趣，注定會加深學生對相關知識的認知，促進他們價值觀的重塑。如今越來越多的教師嘗試在物理化學的課堂中適當地引入相關科學家或化學史的介紹，以思政教育的方式引起學生關注，促使學生理解學科發展［1-３］。但是在系統化教學中穿插這樣的環節，會因為時間原因導致介紹的內容受到很大限制；此外，如果融合的方式不好，則會導致知識學習與理解的不連續，甚至容易引起學生的反感。

從學生學習的方式來看，目前出版的很多物理化學教材都很重視介紹相關知識點對應科學家的個人情況［4-5］，但學生更多的是關注教材中知識點的講解，他們甚至只圍繞著教師的PPT進行學習。在這樣的學習模式下，教材只是參考，學生很少系統閱讀。不難想象，學生只關注知識的學習，忽略知識的由來，科學家的精神將很難被傳承下去。因此，教師在物理化學的教學過程中增加了“講述科學家故事”的環節，在課前以播放視頻的形式將每節課與傳授知識相關的科學家的故事分享給每位學生。希望通過這種形式的活動，能夠使學生走近科學家，了解他們的成長經歷，知道他們的奮斗歷程，學習他們的思考方式，感悟他們的科學精神；能了解與之相關的物理化學知識的來龍去脈，加深對知識的理解；學生在參與活動的過程中，還能夠充分鍛煉自己各方面的能力，比如PPT的制作與語言表達，團隊之間的合作以及邏輯思維等。

一、活動的實施

首先，在新學期伊始，教師根據教學內容擬定科學家名字，選擇科學家的原則主要包括：1. 科學家與物理化學知識點密切相關，比如是某個定律的發現者，某個函數的提出者或者某個公式的構建者等；2. 科學家的可查資料比較豐富，至少涵蓋其生平、發現定律與公式的過程以及產生的影響等；3. 科學家的故事能給人以啟迪，能激發學生的科學探索欲望、努力奮斗的動力以及愛國主義情操等。以《物理化學》（傅獻彩等主編，第五版上冊）為例［6］，主講教師根據課程內容相關的知識點，分別為熱力學第一定律（邁耶、焦耳與亥姆霍茲）、熱力學第二定律（卡諾、開爾文、克勞修斯、玻爾茲曼、奧斯特瓦爾德、吉布斯、麥克斯韋、基爾霍夫）、多組分系統熱力學及其在溶液中的應用（拉烏爾、路易斯）、相平衡（克拉珀龍、黃子卿）以及化學平衡（范特霍夫、勒夏特列），挑選出17位科學家。

其次，教師發布通知，介紹活動的意義與模式，主要包含以下內容：1. 活動名稱“人人來講科學家的故事”；2. 活動背景為物理化學的學習過程中會認識許多的科學家，他們每個人都會有許多有意思的經歷，這些經歷也許會讓同學在學習過程中與科學家產生共鳴；3. 參與方式為個人或者組隊參與；4. 活動方式為學生搜集科學家資料，選擇出鏡直接講解或者制作PPT錄屏講解，或推薦學生選擇更加創新的表現形式。

再次，教師組織活動開展。1. 根據報名情況，分配任務，并重點提醒涉及前階段課程相關科學家的同學，盡快完成任務。教師可以提前錄制前期內容視頻，一方面給學生作參考，另一方面避免學生因為時間緊張來不及完成視頻制作；2. 活動前期，教師預先收集部分相關資料，學生則在此基礎上進行補充或刪減，完成錄制視頻的初稿；3. 學生提交視頻初稿，教師從選材、PPT制作、語句表達、整體邏輯性等方面提出修改意見。從提交的初稿來看，學生存在的問題主要包括以下幾點：1. 內容主次不分，沒有突出科學家與相關知識點的聯系；2. 畫面粗糙，很難引起聽者的興趣；或者文字過多，錄制者通篇以“讀”的方式進行，達不到“講”故事的效果；3. 語速過快、聲音過小或者背景音樂干擾較大等，影響了收聽效果。

最后，根據教師的意見，學生修改視頻，確認版本之后，教師上傳于BB平臺，并于課前5分鐘為全體學生呈現。以吉布斯為例，視頻首先展示吉布斯的生平以及獲得的榮譽，并配上經典人像；其次，介紹吉布斯在學術界的貢獻，包括發表論文的情況，尤其是與物理化學課程密切相關的熱力學問題，同時強調研究工作的影響力，比如在“關于多相物質平衡”的兩冊專著中總結標志著化學平衡理論的誕生。除此之外，視頻進一步拓展介紹了吉布斯在向量分析以及統計學方面的貢獻；最后，視頻總結吉布斯的人格魅力，包括他自己的心態與作為以及他人的評價。

二、活動的效果與反饋

（一）錄制視頻反饋

本次活動共有16組（教師錄制一份），共計25人參加（占全班人數的42%）。活動結束后，首先對參與錄制活動的同學進行調研，調研內容包括報名目的、花費時間、對學科發展的理解、三觀的影響以及能力培養等方面，總結得到如下結論：

1. 從報名參與活動的目的來看，有60%的學生是對活動感興趣，而其余的學生則是從鍛煉自己能力的角度選擇報名的。沒有學生是本著給老師留好印象或者完成教師任務的功利思想參與活動。可以看出，此活動的初衷得到了學生的認可，在學期結束全班調研中也發現，有近2/3的學生表示非常喜歡并希望活動繼續開展下去。

2. 從錄制視頻花費的時間來看，68%的學生認為錄制過程所用的時間與預期的差不多，12%的學生認為只要費些心思加以完善，可以較為輕松地完成視頻的制作。剩余20%的學生覺得比預期要花出更多的時間才能達到較好的錄制效果。以此分析，錄制視頻并不會對學生日常的學習產生太大影響，只要合理安排課余時間，可以順利地完成任務。

3. 從理解物理化學學科發展的角度來看，60%的學生認為錄制科學家故事的視頻對此有較大的幫助，其余學生認為有一點幫助。這應該與學生搜集科學家故事的過程密切相關，搜集到的資料越充分，學生對科學家的認識越立體，對于科學規律的發現歷程越清楚，從而能更深入地理解物理化學學科的發展。有學生在反饋信息中寫道：“錄制視頻過程中，選取了科學家學術生涯中比較有代表性的幾個實驗，分析實驗的過程、結果和實驗帶來的影響；還結合目前所學的知識，用通俗易懂的語言解釋清楚每個實驗。在這一過程中，選取實驗相關的圖片和視頻，從而對物理化學課程的一些知識點有了更深刻的印象。有時看到相關題目，就能很自然地聯想到自己錄制的視頻，從而想起某個知識點。”

4. 從世界觀、人生觀及價值觀的角度來看，48%的學生認為錄制視頻的活動對其三觀產生了很大的觸動，其余的學生覺得有一些影響。例如有學生反饋意見如下：“通過錄制科學家視頻，在查閱文獻和資料時對于科學家的生平和杰出貢獻有了進一步的了解，拓寬了自己的視野，提升了自己的素質。對于科學家的認識不應該僅僅停留于他做出的科學成就，更應該學習他們身上可貴的科學精神——上下求索、嚴謹認真、堅持不懈。通過了解科學家的成長背景，體會到了環境的重要性——物以類聚，人以群分，不少的科學成就都是科學家們合作得出的，因此合作精神也是很重要的一個因素。”還有學生在錄制麥克斯韋的視頻過程中體會到：“想要學有所成，不可以故步自封，不可夜郎自大，應當勇于面對問題，積極解決。被他的堅忍不拔所吸引，被他的才華所驚艷，但更多的是學習的興趣。希望學會前人的經驗，將學到的知識應用與傳播。”

5. 從能力鍛煉方面來看，有80%的學生認為經過錄制視頻的過程，其語言表達能力有了明顯的提高，72%的學生覺得自己PPT制作水平有了提高，60%的學生認為其團隊合作能力得到了鍛煉，48%的學生在材料組織與編寫能力方面有了進步。比如有的學生提到信息搜集方面，她說：“在資料查找過程中，發現某些平臺對于科學家的介紹較為簡單，某些則完全沒有。某些有差別的信息要結合已知資料和網站資料來源，篩選出正確的信息，這是對信息搜集整理能力的一種訓練。”有的學生寫道：“錄制科學家的視頻，提高了錄制微課的能力，能清楚地感覺到自身在對微課節奏、講述語氣的把握上有了一些提高。”

（二） 觀看視頻反饋

組織活動所在學期為3學分的課時，超過2/3的時間以播放科學家故事視頻為課前預熱。學期末，對班級同學進行調研，全班共計60人，回收有效問卷52份。調研的內容主要涉及觀看頻率、學科理解、思想啟迪、物理化學知識理解以及思政教育等方面。

1. 從觀看視頻的頻率來看，31%的學生每節課都能準時收看，56%的學生能做到大部分時間觀看。此外，11%的同學偶爾能提前進入課堂收看視頻，只有1人從來沒有看過。對于視頻的觀看，教師并沒有強制進行要求，因此該結果是學生主動收看的有力憑證。

2. 從是否有助于物理化學學科理解的角度來看，40%的學生認為有很大幫助，54%的學生覺得有一點幫助，有3名學生認為沒有幫助或者認為收看視頻與理解學科發展沒有關系。這個比例相對于錄制視頻參與者而言偏低，主要原因在于錄制者會更全面地搜集相關科學家的素材并進行系統整理，而呈現在觀眾面前的只是精華的部分，整理素材本身就是一種認識與理解的過程。此外，收看者相比于制作者來說，可能只是關注過程或者流于表面，很難深入地去關注知識發展的脈絡。

3. 從是否產生思想啟迪的方面來看，29%的學生認為觀看視頻會受到較大的啟發，例如有學生在反饋中寫道：“科學家告訴人們，好奇心是人的天性中最重要的方面之一，也是激發探索科學奧秘的主要動機，而最能滿足這種強烈欲望的方法是要勇于問為什么，勇于嘗試、創新，勇于合理推翻前人的結論，而最終得到的就是自己的成果。”46%的學生覺得觀看科學家視頻有一點思想啟發，少部分學生沒有體會到變化或者只是當作故事來看。可見，只有親自參與到活動當中，才能更好地體驗科學精神，觸碰自己的思想。

4. 從理解相關物理化學知識的角度來看，71%的學生認為從視頻觀看的過程中，對知識的來源有了一定的認知，19%的學生能較好地理解知識的來龍去脈。這說明觀看視頻可以幫助學生在發展中學習知識，從而加深知識的理解。在學生的反饋中，有這樣的文字：“在學習物理化學的過程中，初學者往往會遇到很多困難尤其是涉及一些定理的推導、公式的推演等。通常無法像科學家一樣以犀利的眼光去剖析問題的本質，那么就難以對該問題有實質性的突破。而通過了解每個知識體系背后的科學家后，跟隨著科學家的思路去看待這些問題，就不會對書本上的一些推演過程感到不可思議，這對于學習物理化學有很重要的指導意義。再者，要做重要且實用的化學。書本上的知識固然重要，但是學習理論知識的最終目的就是指導實踐應用，通過對科學家的科研成果的了解，不僅能深入理解理論知識，還能拓寬思路，利用研究的理論知識去解決實際問題，這也是觀看有關科學家視頻能帶來的益處。”

5. 教師調研了從學生角度看待化學史教育融入課堂的必要性。60%的學生認為很有必要，可以幫助學生深入理解物理化學的課程體系。40%的學生則是從迎合思政教育的角度認為有必要開展此類活動。學生在感想中提道：“觀看這些視頻，不僅有助于更好地理解課本中的知識，而且也幫助大家學習到這些偉人身上的精神，包括勇于實踐的科研精神、敢為人先的創新精神、不言放棄的堅持精神等，對今后的學習科研都有著重要的意義。”再比如“通過這次活動，大多數同學認識到了解化學史、科學史對課堂幫助很大，可以讓同學們更感興趣、記憶更深刻，也能感受到科學家刻苦鉆研等寶貴精神，并且通過對科學史的學習，可以對知識點有更深入的理解，促進對學科的認識。通過親身感受活動的影響，以后也將類似的活動引入自己的課堂教學中。”

三、總結與反思

《高等學校課程思政建設指導綱要》針對理學、工學類專業課程的建議中提到，“要在課程教學中把馬克思主義立場觀點方法的教育與科學精神的培養結合起來，提高學生正確認識問題、分析問題和解決問題的能力”。在實施錄制與觀看科學家視頻的活動中，學生確實從中體會到了科學家們敢于質疑、博學求真、勇于創新和務于人文的科學精神。這樣的教育固然有其形式化的不利因素，但是學生普遍能夠接受，并將其內化于心，從而使思政教育有效滲入物理化學的課堂中來，起到了良好的教學效果。同時，了解科學家故事，學習科學家發現問題、思考問題和解決問題的方式，可以潛移默化地培養學生觀察、分析、概括、綜合等邏輯思維能力，有助于其人格魅力的養成與綜合素質的提高。

從活動的整體性與系統性來講，由于是不同的學生分組進行視頻錄制，其素材搜集的容量、重點關注度、PPT的設計與錄制風格等都存在不同程度的差異，可能導致學生在觀看視頻的過程不具備可持續性；觀看視頻可以周期性組織，但錄制視頻是一次性還是周期性開展就需要教師結合實際情況考慮；在教學過程中，如何巧妙地將視頻中的信息與講授和討論的知識點進行融合，是教師要著重解決的一個關鍵問題；如何引導學生從錄制與觀看視頻中最大限度地汲取能量，完成自身的能力進化，也是值得教師深思的問題。

參考文獻：

［1］ 尚小紅，趙振波，關爽. 關于化學史在物理化學教學中所起作用的幾點思考［J］. 廣州化工，2019，47（20）：178-179.

［2］ 許杰，薛冰. 化學史和人文精神在工科物理化學教學中的運用［J］. 廣東化工，2020，47（20）：151.

［3］ 程學禮，趙燕云. 化學史融入物理化學課堂教學芻議［J］. 輕工科技，2021，37（04）：176-177.

［4］ 范康年. 物理化學（第二版）［M］. 北京：高等教育出版社，2005.

［5］ 彭昌軍. 物理化學（第七版）［M］. 北京：高等教育出版社，2021.

［6］ 傅獻彩，沈文霞，姚天揚，等. 物理化學（第五版）［M］. 北京：高等教育出版社，2005.

（責任編輯：向志莉）