“雙創”視域下的物理化學課程教學改革與實踐路徑研究

劉越，郭銳，陳偉凡，饒鄭剛

（南昌大學 物理與材料學院，江西南昌 330031）

新一輪科技革命和產業變革在快速發展，新技術、新產品、新業態和新模式蓬勃興起。在這樣的時代背景下，高校能否通過教學改革，提高學生知識應用水平，是培養創新創業人才的關鍵。物理化學是材料學科的專業基礎課，其內容涵蓋了材料科學的基本規律與定理，為后續深入、細化的專業課程提供重要支撐，因此，本門課程的教學質量直接影響學生的專業知識基礎是否扎實穩固。立足當前“大眾創業、萬眾創新”的新局面[1]，切實革新物理化學課程的教學模式，對于培養“雙創型”材料專業人才具有重要意義[2]。

1 材料專業物理化學課程教學現狀分析

物理化學課程不僅是構成化學科學的理論基礎，也是培養材料類專業人才知識結構及能力結構的重要組成部分[3]。在材料類專業教學中，物理化學課程起著承上啟下的重要作用，課程既延續先導性的基礎課程，又承接了后續的專業課程。現代物理化學是研究所有物質體系所包含的共通性的化學行為原理、規律及方法的課程，涵蓋從微觀到宏觀對材料結構與性質的關系規律、化學演變過程及其控制途徑的研究，與自然科學的研究前沿密切相關[4]。更重要的是，由于物理化學是伴隨人類生產實踐產生的一門學科，為各種產業創新提供理論指導與實踐依據，因此，若遵循“單純理論課程+驗證實驗教學”的傳統教學模式，容易造成教學內容與科技發展脫節、知識與應用實踐關系弱化，對學生思維方式的改變和創新意識的培養帶來不利影響。近年來，眾多高校在物理化學課程教學改革方面進行了有益的探索和嘗試[5]，通過課堂調研與分析可以發現，當前的物理化學課程仍然存在兩大共性問題。

1.1 教學模式陳舊，課堂缺乏活力

“課堂講授為主、實驗操作為輔”目前仍是許多任課教師主要選擇的教學方式。盡管目前的物理化學課程教學大綱具有較為完善的知識體系，但傳統的教學模式需要通過細致的知識點梳理，以達成系統性的學習目標。這類教學方式對抽象概念的講授較為刻板，學生往往處于被動學習的狀態，缺乏積極性與主動性[6]。值得關注的是，作為理論課堂的補充，物理化學課程的實驗教學環節同樣存在改進空間。盡管帶著預設進行的實驗可以加深學生對這一知識的理解，卻無法充分發揮理論知識的實用性，更難以促進學生創新思維的發散。傳統教學模式會導致物理化學課堂缺乏活力，教學效果大打折扣。

1.2 案例內容陳舊，理論學習與實際運用脫節

首先，社會發展日新月異，新型材料層出不窮，然而，目前物理化學課程所用的教材中列舉的案例內容滯后，缺乏時效性。其次，盡管講授物理化學課程的教師主要來自材料科學或材料化學等專業[7]，但因經典的物理化學內容難點較多、知識點的邏輯關系非常緊密，學生理解起來相對困難。因此，現階段教師會更側重于理論內容的講解，忽視了與專業特色之間的聯系。再次，專業相關的前沿科創成果與課程的融合度較低，學生無法及時獲取創新科技的發展動態，物理化學課程理論知識的學習與實際應用脫節[8]。最后，課堂教學內容與地方經濟社會聯系不緊密[9]，人才培養與地方特色產業之間缺乏有效對接，學生無法明確物理化學知識在實際生活、工業生產和經濟建設中的重要性，難以培養學生學以致用的能力。

2 材料專業物理化學課程教學改革方案

基于材料專業物理化學課程的教學現狀，本文提出以“雙創”為導向的教學改革方案，其核心思路在于深入貫徹“雙創”理念，提升課程的應用價值。具體方向分為：構筑“知—意—行”三維一體的協同教學框架，主要圍繞理論知識（知）、創新思維（意）、實踐能力（行）三個方面，依托“原型啟發、任務驅動、理實交融、應用創新”四條實施路徑，提高學生科學認知，鍛煉學生創新思維，強化學生動手能力，引導學生積累探索經驗，主動參與新一輪的實踐研究，在環環緊扣、前后聯系的教學閉環中，實現學生專業素養與實踐能力的螺旋式上升，使學生根植創新意識，培育創業能力。

將學生創新思維和創新意識的培養納入課程目標，重視培養學生的創新思維和實踐能力。教師優化教學內容，在保留經典驗證性實驗案例的基礎上，鼓勵學生圍繞科研訓練和“雙創”課題，提煉科學問題，并以此為基礎，通過設置開放的探討實踐活動，促使學生運用物理化學課程知識合作解決材料制備、器件設計及其應用過程的難題。在確立上述方向的前提下，“雙創”理念融入物理化學課程教學的實施路徑可分為兩個方面：

2.1 任務驅動，理實交融，培育“雙創”素養

革新教學方法，以任務驅動學習，使學生在“理實一體式”的學習情境中，深度鍛煉，強化邏輯，萌發科學研究的創新思維，掌握開展科學研究的方法。首先，學生通過主題探究的形式，挖掘原型案例的科學問題。在此基礎上，師生共同分析，通過假設—辯論—舉證的方式，幫助學生打通知識網絡的各個節點；其次，鼓勵學生運用課程知識類比發散方法，以材料應用為目標，開放式設計科研實驗，深度激發學生的創新活力；最后，教師倡導學生將課堂興趣延續到課外，依托學科團隊，積極參與企業實習和教師團隊的科研項目，將所學知識用于實踐活動，提升材料專業的應用實訓效果，培養學生的知識遷移和創造能力。

2.2 原型拓展，聯系前沿，探尋應用新知

打破傳統教學案例的局限性，關鍵在于擴充原型情境，突出材料學科及其應用技術的特色。教師應以學生參與的科研活動及生活所見現象為基礎，豐富案例類別與數量；以解決實踐過程遇到的問題為導向，提煉課堂任務信息，啟發學生反思提出的科研問題與實際現象，將預設框架與課堂所學知識有機融合，協作探索解決方案。教學內容應與材料學科前沿技術相結合，教師引導學生了解本省特色資源的產業進展，開闊視野，同時鼓勵學生發現知識的創新應用價值，主動參與“雙創”競賽等實踐活動[10]，分析科學現象，深化對課程內容的理解。

3 材料專業物理化學課程教學改革實踐探索

3.1 深剖行業案例，挖掘科學問題

以“卡諾循環”為例，其作為熱力學第二定律章節的重難點內容，學生對其理解程度直接影響后續章節的運用。長期以來，“卡諾循環”的教學環節多以簡單的圖示推導為主，缺乏具象化的材料應用案例剖析及問題導入，學生不知“學為何用”，學習興趣受到影響。為解決這一問題，教師可以燃氣渦輪發動機為案例原型，引導學生通過觀察發動機剖視圖，了解其工作原理是基于“卡諾循環”，逐步解析工作過程。在此期間，教師與學生共同探討提高燃料使用效率的方法，如覆蓋稀土熱障涂層等。學生不僅強化了對章節重點知識的理解，更明確了稀土材料在工業器件領域的重要應用。教學過程從行業角度出發，挖掘科學要素，最終回歸應用，解決實際問題，自始至終緊密圍繞材料專業熱點話題。該方法可將教學內容與市場應用無縫銜接，緊隨材料產業的前沿發展動態，促進校企合作[11]，為地方特色材料產業培養工程技術創新人才。

3.2 聯系學科前沿，開發“大創”課題

教師需結合材料專業特色，通過調研科研文獻，深入挖掘材料科學前沿領域與物理化學課程教學相關的新熱點、新思想和新理念[12]，如能源轉化與存儲、污染物治理等領域內契合“雙碳”戰略目標的研究內容，引導學生探索“綠色”新材料。具體實施路徑為可設置蘊含物理化學知識的大學生創新創業訓練計劃課題[13]，鼓勵學生積極參與，延伸教學環節，將理論知識與實踐探索相聯系，鍛煉學生創新能力，提升學生綜合素質。項目開展期間，學生通過與教師交流探討，進行操作，深化對學科知識的理解，將單一的學習轉化為多元探究，從做中學、從學中思，將物理化學知識真正轉化為創新實踐的成果。“大創”訓練計劃項目的實施時間與物理化學課程的教學時間安排重合度較高，有助于促進學生將物理化學知識與“雙創”理念融合，進而讓學生感受到物理化學知識與創新科研領域的緊密聯系，意識到學習物理化學課程的重要性和必要性。

3.3 參與“雙創”競賽，實現能力提升

傳統的物理化學課堂以教師為中心，學生缺乏參與感，學習效果欠佳。為改變現狀，教師可實行翻轉課堂教學模式[14]，突出學生課堂主體的作用，提升學生參與度，活躍課堂氛圍。學生在課余時間，圍繞自身參與的“互聯網+”創新創業競賽項目，發掘與物理化學課程相關的基礎問題，并提出初步的解決方案。課堂上，師生共同為參賽者出謀劃策，進而將傳統的驗證性學習環境轉變為更具創新性、實踐性和挑戰性的路演模擬課堂，提高學生的思考主動性和課堂專注度，激發學生求知欲，強化團隊合作。對于科研興趣濃厚的學生而言，“雙創”競賽與課堂學習融合的新環境不僅為其提供了施展空間，更能助其運用理論知識不斷完善項目方案，反哺課程教學，實現學以致用的教學目標。

4 結語

創新創業人才培養是高等學校的重要任務，滿足“雙創”需求的教學改革是新時期人才培養的關鍵。“雙創”視域下物理化學課程教學模式的革新，有助于改變原有的系統性學習方式，轉變為系統性學習與應用一體的學習方式，使“雙創”教育和專業教育融合，學生的綜合素質可獲得全面提升。教師的科研方向與專業課程體系教學內容的結合更加緊密，有利于建成一支以創新創業為導向、教研能力強、工程實踐經驗豐富的高素質課程團隊。