“物理化學”課程科教融匯式教學方法探索與發展

摘 要：科教融匯是新形勢下培養高素質人才的一種重要方式，而“物理化學”作為一門基礎課程，對于人才的培養起到了關鍵性的奠基作用，因此，發展科教融匯式教學方法是高校“物理化學”課程教學改革的必然趨勢，符合當前國家對高素質人才的培養需求。文章從“物理化學”課程特點出發，探討了科教融匯式教學方法與“物理化學”課程教學之間的聯系，并肯定了科教融匯式教學方法應用于“物理化學”課程教學之中將有利于增強學生的科研熱情和學以致用的能力等作用。

關鍵詞：科教融匯；“物理化學”課程；教學方法；人才培養

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2024）11-0063-04

一、引言

習近平總書記在黨的二十大報告中首次將教育、科技、人才三者統一部署，并提出“科教融匯”的重要概念。2023年8月1日，習近平總書記在《求是》雜志發表了重要文章《加強基礎研究 實現高水平科技自立自強》，再次強調“切實推進科教融匯”的重要性及緊迫性[1]。由此可見，科教融匯已成為當前教育發展、科技創新、人才培養的必然趨勢。科教融匯本質上是指辦學模式、育人方式和科研機制三者的融合匯聚和高度整合。其一，將科技創新融入院校教學環節，有助于培養學生的科研素養和研究興趣，引導學生參與真實科研項目，并在創新創業教育和實踐教學活動中全面提高創新精神和創新能力；其二，將科學研究融入教師成長全過程，即選派教師到科研機構、高精尖企業掛職鍛煉，開展各類科研項目和技術改革，有助于提升教師的科研意識和實踐能力，構建“雙師型”教學團隊；其三，讓科研機構參與院校教學設計和教材編寫全過程，有助于將教育教學與行業企業無縫對接，提高人才培養質量。國家針對教育所提出的科教融匯教學理念涉及范圍較為廣泛，而文章更注重從本科高等教育的角度出發，著重聚焦科教融匯教學理念在本科高等教育中的探索與發展。本科高等教育是培養高素質人才、科研后備軍的重要環節，其發展方向直接決定了未來國家人才的培養趨勢。

“物理化學”是化學領域重要的基礎課程之一，是化學、化工、材料、生化、制藥、食品、環境等諸多專業學生必修的重要基礎課程，在化學（化工）類課程體系中處于上承基礎課程、下接專業課程的樞紐地位[2]。“物理化學”課程在本科人才培養過程中不僅起到了基礎性的奠基作用，而且承擔著引導學生樹立科學辯證的世界觀和嚴謹求實的科學態度，培養學生用發展的眼光看問題的哲學思想和批判性思維，激發學生勇攀高峰、敢為人先的拼搏精神等重要任務，具有極為重要的地位。因此，將科教融匯式教學方法應用于“物理化學”課程教學之中，不僅是人才培養的應有之義，更是促進教學與科研進一步相互融合的橋梁和紐帶，有利于滿足新時代高素質人才的培養需求[3]。

二、科教融匯與“物理化學”課程的聯系

（一）科教融匯教學理念的具體內涵

科教融匯是指科學研究與教育教學的有機結合及科研創新與人才培養的交融貫通，是推進教育創新式發展的重要策略，在落實人才引領驅動，加快建設教育強國、科技強國、人才強國上有著重要價值，有利于形成推動教育高質量發展的倍增效應[4]。科教融匯教學理念強調的是教學服務科研，科研反哺教學，科學研究與教學實踐相融合，以促進知識的傳播和創新發展，從而培養具備科學家潛質、愿意獻身科學研究事業的高素質人才。科教融匯是新時代對科研工作者和教育傳授者雙重身份的肯定與推進，要求高校教師在完成好教書育人本職工作的同時，承擔起引領科研創新的重任。

（二）“物理化學”課程特點

“物理化學”是化學學科的理論基礎，也是一門化學與物理高度交叉的課程。物理化學的學習過程實際上是運用物理學的方法解釋化學變化之間的相互關系[5]，概括地說就是用物理的原理和方法來研究化學中最基本的規律和理論。物理化學所研究的是普遍適用于各個化學分支的理論問題。“物理化學”課程涉及范圍廣泛，包含《熱力學》《動力學》《電化學》《膠體化學》《界面現象》等重要章節。“物理化學”課程具有知識抽象晦澀、涉及公式繁多、應用復雜及與實際有一定的理論距離等特點，若僅僅采用傳統的“填鴨式”教學方法，則很難激發學生飽滿的學習熱情與持續的學習動力，進而引發學生對理論知識理解不深刻、公式難以辨析、應試教育的“死記硬背”等諸多問題。

首先，若著眼于高校本科生視角不難發現，“物理化學”課程不同于以往所接觸的“高等數學”“大學物理”“無機化學”“分析化學”等課程，其對學生學習方法的優化改進提出更高的要求。同時，“物理化學”課程理論性強、公式繁多，對于同一個物理量在不同適用條件下，往往采用不同的公式[6]，因此，學生通常會面臨上課時能聽懂、做題時無從下手的窘境，而這歸根結底是因為學生對知識缺乏深入理解和系統總結。其次，若從高校教師的角度出發，“物理化學”課程存在授課內容知識點繁多，但課時有限的弊端，因此，在授課時實現深入淺出的教學目標較為困難；又因為物理化學知識的理論性較強，公式的推導及適用范圍大多屬于偏離實際的理想情況，所以“物理化學”課程的理論知識與生產應用之間存在距離。隨著理解難度的增加，學生的學習興趣也隨之被削弱。然而，在教學過程中，教師應以學生為本，讓學生的思維真正活躍起來，讓知識的灌輸變成知識的理解，讓死記硬背變成融會貫通，而這恰恰需要提出新的教學方法，以適應新時代的需求。

（三）科教融匯與本科高等教育的融合

科教融匯教學理念與德國W. V.洪堡（W. V.Humboldt）所提出的“教學與科研相統一”的思想不謀而合，這也證明此種思想的來源有跡可循。將科教融匯與本科高等教育有機融合，一方面可以提高學生學習理論知識的積極性，在一定程度上培養學生的科研思維，從而使學生能夠探索新知識，掌握新技術，在科學的思維方法、科學素養、創新精神、科學研究能力等方面得到全面提升。另一方面，還可以有效規避授課內容過于枯燥的問題，為傳統教學注入新鮮血液。從宏觀角度出發，從科教分離到科教結合、科教融合的提出，再到科教融匯理念的推行，以及將科研滲透于日常教學之中，都說明科教融匯已成為高校重要的辦學導向，反映了高校對高等教育與科技創新認識的不斷深化，證明國家對科研后備力量的關注且寄予厚望。在當前國際國內大環境下，經濟競爭的核心是人才競爭，而科教融匯教學理念的推行有利于為國家培養兼具理論功底與科研能力的高素質人才，同時也有利于提升教師的教學能力與科研創新思維。“物理化學”課程特點鮮明，學習難度閾值具有不可降低性，將豐富的科研經驗與枯燥的理論知識相融合是十分必要的。因此，在“物理化學”課程教學實踐中推行科教融匯教學理念成為一種必然趨勢。

三、科教融匯與“物理化學”課程結合的必要性

切實推進科教融匯，是推動新一輪科技革命和產業變革深入發展的必然要求，是實現高水平科技自立自強的有力支撐，是創新人才培養模式的重要突破口。因此，高校必須深刻理解科教融匯在全面建設社會主義現代化國家中的重要作用，加快培養國家戰略人才，提升國家創新體系整體效能。科教融匯是科學和教育領域緊密結合的重要舉措。將科教融匯與“物理化學”課程相結合的必要性主要體現在以下幾方面。其一，教學服務科研；其二，科研反哺教學；其三，促進高素質人才培養。

（一）教學服務科研

新時代高校教師大多同時具有教書匠與科研工作者的雙重身份，具備一定的科研基礎，并且所教授的課程與個人科研方向在一定程度上吻合或者存在交集。這為科教融匯教學理念的推行提供了便利性及可行性。首先，“物理化學”是一門基礎課程，涉及范圍廣泛，要求教師具備深厚的理論基礎，而每項科研工作的開展都離不開理論基礎的支撐。對于高校教師而言，不僅要具備較強的講解能力，還要具備深厚的理論知識和完善的知識體系。“物理化學”課程的備課及授課過程，也是個人知識體系的梳理過程。基礎知識的不斷夯實，必將為科研工作的深入推進提供便利條件。其次，在“物理化學”課程教學中融入科研成果，需要教師不斷追蹤最前沿的科研動態，并且自我消化后以“潤物細無聲”的形式融入教學實踐。這無疑需要教師把握最新的科研動態，進行脈絡梳理，不斷提升科研素養、科研意識和實踐能力，從而提高科研團隊的整體實力。最后，教學實踐中的問題和需求，可以激發科研工作者的研究興趣，促使他們開展相關的科學研究。在與學生的教學互動過程中，學生提出的新觀點與想法為教師科研工作的開展提供了更多的靈感與閃光點。一個好的想法是一項優秀科研項目的靈魂，由此可見，科教融匯教學理念的推行可為教師科研工作的開展注入源源不斷的活力。最為關鍵的是，在“物理化學”課程教學過程中，教師應引導學生端正學習態度，積極思考，增強自學能力，具備接受新知識、掌握新技能的能力，以及將知識消化吸收轉化為自身的能力儲備的能力。“物理化學”課程科教融匯式教學方法的推行做到了教學服務科研，做到了學思結合、知行統一，有助于培養學生的科研素養和研究興趣，引導學生參與真實科研項目，有利于在實踐教學活動中全面提高學生勇于探索的創新精神和創新能力。

（二）科研反哺教學

注重教學職能并不意味著忽略科研職能，而是要使教學和科研在高等教育質量提升中齊頭并進，做到教研相長[7]。首先，將科教融匯教學理念與“物理化學”課程教學相結合，使科學研究成果為教育實踐提供更加科學有效的指導，從而形成良性循環。其次，將科學研究成果應用于教學實踐中，可以更好地指導教學活動，使學生能夠更深入地理解和掌握知識。基于“物理化學”課程特點，其理論知識枯燥乏味是一個長期存在的問題。目前，高校已推行如研討式教學、案例式教學、線上線下相結合、多媒體教學、慕課教學等多種教學方法和合作式學習方式，有助于提高學生學習興趣。科教融匯式教學方法的推行有利于進一步豐富教學改革模式，同時有利于增強學生學習的積極性與主動性，進而逐步擺脫課堂枯燥的氛圍，以達到提高教學質量的教學目的。此外，科教融匯式教學方法的推行也可提高教育的包容性和可及性，使科學與教育成果共享。值得注意的是，將科研成果融入教學實踐之中，可實現科研成果的普及化，將科研的神秘面紗逐漸褪去，使學生深刻感受到科研已從遙不可及變為觸手可及，進而提高學生參與科研的積極性。提升高校教師科研實力，堅持以科研反哺教學，構建科教融合模式，有利于培養學生的科研創新思維，提高學生的創新實踐能力[7]。

（三）促進高素質人才培養

功以才成，業由才廣。人才培養是高校的重要功能之一，人才質量是檢驗高校辦學水平的重要標準，一流的人才質量必定要建立在一流的教育工作基礎上[8]。教育的最終目的是人才培養。科教融匯教學理念的提出，證明國家對人才的要求不僅僅是基礎培養，更注重培養具備科研能力的高精尖人才。科學的方法和思維方式可培養學生的創新能力和批判性思維，使學生解決問題的能力得以增強。科學的發展需要人才的培養和教育的普及，而科學的研究和應用又可以為教育提供更多的資源和機會。科教融匯式教學方法的推行，可以培養更多具備科學素養和創新能力的人才，進而推動社會的發展和進步。科教融匯具有2個重要的價值取向：一是作為人才培養的理念和方式，著眼于人才培養；二是作為科技創新的理念和方式，著眼于科研創新與發展。在科技革命和產業變革高度融合的新時代，科技在高等教育與產業之間作為中介變量，起著橋梁作用。科教融匯教學理念在“物理化學”等基礎性課程中的推行，也將對就業壓力的緩解起到極大的推動作用，引領學生明確未來規劃，實現自我價值。在今后的發展中，科教融匯教學理念對“物理化學”課程教學的影響，乃至對更多相關課程的影響將逐步深化，終將實現為人類謀幸福、為社會謀發展的目標。

四、促進“物理化學”課程科教融匯式教學方法發展的舉措

“教而不研則淺，研而不教則空。”將科教融匯教學理念和“物理化學”等基礎性課程相結合，不僅需要教師不斷夯實個人的知識體系，積累豐富的科研經驗，并始終保持對學術前沿的追蹤，同時還需要教師注重科研與教學活動相結合，將科研方法、創新成果等融入課堂教學活動中，使學生在學習基本理論知識的同時，培養創新能力和科學研究方法[9]。

（一）科教融匯式教學方法在化學、熱力學、動力學中的實例

針對“物理化學”課程特點，教師可在教學實踐中融入科研案例，實現科教融匯教學理念與“物理化學”課程教學活動的完美結合。例如，在苯制備苯酚的氧化反應中融入反應動力學的知識，獲得其連續反應的動力學參數；將吸附熱量的測定應用于吸附強弱的判斷，并將吸附的強弱和催化反應的選擇性活性關聯；通過反應過程的動力學研究，確定反應的級數，并結合量化計算確定反應機理等[2]。物理化學的重頭戲是熱力學相關研究，其對研究反應的可行性具有重要作用。根據已知的反應焓變、熵變、溫度，根據ΔG＝ΔH-TΔS，可得出反應吉布斯自由能的變化。將此公式引入到科研工作（如藥物緩釋等）的計算之中，可豐富論文的理論深度，增強研究工作的可信服性。

（二）科教融匯式教學方法在膠體化學中的實例

在講授膠體化學中膠體的制備知識點時，教師可引入黃金在通常情況下是黃色的，但在1857年，英國著名科學家M.法拉第（M. Faraday）合成了鮮艷的酒紅色金溶膠的事例引發學生的興趣及思考，隨后可介紹經典的金納米溶膠的合成方法，并帶領學生進入實驗室采用回流法制備粒徑為25 nm的金納米溶膠，讓學生觀察所制備的酒紅色金納米溶膠，并通過紫外可見吸收光譜對材料進行表征。同時，教師還可向學生展示金納米溶膠的透射電鏡圖，加強學生對溶膠的直觀感受。此外，還可對金納米溶膠的丁達爾效應進行表征，即當一束光線透過膠體，從入射光的垂直方向可以觀察到膠體里出現的一條光亮的“通路”，這種現象叫丁達爾現象，也叫丁達爾效應，并強調丁達爾效應是基于膠體中分散質的散射而產生的。金納米溶膠是一種基礎且經典的金屬納米材料，因此，對其制備及表征過程的了解是帶領學生走進科研實驗室的不二之選，同時，動手操作也能進一步加深學生對物理化學理論知識的理解與鞏固。在此過程中，不僅涉及科研環節中材料的制備方法與表征手段等知識，還培養了學生的科研思維與嚴謹求實的工匠精神。

（三）科教融匯式教學方法在界面現象中的實例

在“物理化學”《界面現象》這一章節中，主要涉及把一定大小的物質分割得越小，則分散度越高，比表面積也越大的知識點。例如，當將邊長為10-2 m的立方體分割成10-8 m的小立方體時，比表面積增長了100萬倍。由此可見，達到納米級的超細微粒具有巨大的比表面積，因而具有許多獨特的表面效應，這也成為新材料和多相催化方面的研究熱點。小顆粒的分散系統往往具有很大的比表面積，因此，由界面特殊性引起的系統特殊性十分突出。一些多孔物質如硅膠、活性炭等，也有很大的比表面積。這些比表面積幾乎都是由內部孔道（內表面）提供的。這些孔道可應用于當前極具吸引力的研究方向，如催化、載藥等方面。催化、載藥等功能的發揮離不開材料豐富的內部孔道效應。值得關注的是，在講解吸附等溫線的5種分類及表征時可適當引入BET（Brunauer、 Emmett、Teller）比表面積測試法的介紹，強調此種表征手段是科研活動中對孔狀材料表征的必不可少的手段之一。BET比表面積測試法可用于測試材料的比表面積、孔容、孔徑分布及氮氣吸附脫附曲線，對于研究多孔材料的性質具有至關重要的作用。通過相關知識的學習，學生感受到物理化學理論知識的學習可為日后科研活動的開展打下堅實基礎，體會到理論與科研的距離并不遙遠。

由此可見，教學活動與科研工作并不是相互獨立且割裂的關系，二者關系密切，交融互通。科教融匯式教學方法的推進，是一項針對教學與科研“雙向奔赴”的重大舉措。不僅有利于師生科研素養的提升，而且對教學改革質量的提高起到促進作用，同時可充分發揮學生的主動性，突出學生的主體地位，從而增強人才競爭的綜合實力。

五、結束語

“物理化學”作為一門基礎課程，本身具有知識點繁多、公式復雜、內容枯燥等弊端，而將前沿科研的活力注入到“物理化學”課程教學實踐之中，有利于形成優化教學效果與促進科研發展的雙贏局面。將科教融匯式教學方法在“物理化學”等基礎課程中推行，無論是對于基礎教學的改革，還是對科學研究的發展，其目的都是為了培養高素質人才的共同目標而奮斗。因此，推行科教融匯式教學方法的探索與發展刻不容緩。當然，對教學方法的認識和探索是永無止境的，依然在不斷研究、探討和改進中。希望在今后的教學過程中，隨著科教融匯式教學方法在“物理化學”課程教學實踐中的推行，可以取得更好的效果。

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■ 編輯∕陳晶