物理化學(xué)研究型教學(xué)的系統(tǒng)構(gòu)建與實(shí)踐

張樹永 李英 苑世領(lǐng) 郝京誠

(山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院 山東濟(jì)南250100)

近年來，通識教育與專業(yè)教育相結(jié)合的培養(yǎng)模式越來越多地被我國高校所采用。山東大學(xué)自2008年開始著手構(gòu)建通識教育體系，設(shè)置3個(gè)層次共48學(xué)分的通識教育課程，同時(shí)設(shè)置了最多18學(xué)分的理科學(xué)科平臺課程，通過壓縮專業(yè)課教學(xué)學(xué)時(shí)，增加實(shí)踐教學(xué)和專業(yè)選修課學(xué)時(shí)，配合全方位創(chuàng)新教育體系建設(shè)［1］和專業(yè)課教學(xué)理念及教學(xué)方法改革，目的是將創(chuàng)新意識及創(chuàng)新能力教育貫穿于整個(gè)人才培養(yǎng)過程之中，探索培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的新模式［2］。作為化學(xué)學(xué)科的理論和方法論基礎(chǔ)，物理化學(xué)教學(xué)在化學(xué)創(chuàng)新人才培養(yǎng)中具有十分重要的地位。我們從2003年開始進(jìn)行物理化學(xué)研究型教學(xué)建設(shè)并取得了一些進(jìn)展和經(jīng)驗(yàn)，介紹如下。

1 研究型教學(xué)改革舉措

有關(guān)研究型教學(xué)的定義目前還缺乏一致的說法，有人將研究型教學(xué)分為滲透型、專題型和實(shí)踐型［3］，我們認(rèn)為研究型教學(xué)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，不宜將其概念化和程式化。研究型教學(xué)要求我們將教學(xué)指導(dǎo)思想從以知識習(xí)得為目的的“知識型教學(xué)”向“能力型教學(xué)”轉(zhuǎn)變，并加強(qiáng)科學(xué)方法教育［4］，加強(qiáng)教學(xué)的整體設(shè)計(jì)，發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用，做到教師與學(xué)生相結(jié)合、課內(nèi)與課外相結(jié)合、理論與實(shí)踐相結(jié)合、學(xué)習(xí)與研討相結(jié)合，推進(jìn)以興趣和方法為先導(dǎo)的教育［5］，培養(yǎng)批判精神，推進(jìn)自主學(xué)習(xí)(active learning)，提高學(xué)習(xí)層次。

1.1 教師的主導(dǎo)作用

課堂的容量是有限的，教師在課堂上只能傳授知識的基本框架、基本原理、基本方法和基本思路，要提高學(xué)習(xí)的層次和效果，必須利用好課外的時(shí)間和資源。因此，教師的主導(dǎo)作用不應(yīng)僅僅局限于課堂，更應(yīng)體現(xiàn)在課外。必須改變以往忽視課外教學(xué)的積弊，努力提高課外學(xué)習(xí)的效果。

教學(xué)的第一要務(wù)是啟發(fā)學(xué)生的興趣與智慧。在課堂教學(xué)中教師的主導(dǎo)作用主要應(yīng)體現(xiàn)在啟發(fā)興趣，講清知識脈絡(luò)、辨析重點(diǎn)難點(diǎn)，講授基本思路，培養(yǎng)批判精神。應(yīng)根據(jù)知識的特點(diǎn)，合理安排授課方式。例如，對于熱力學(xué)基本原理部分，可從常見現(xiàn)象出發(fā)，通過問題引導(dǎo)學(xué)生思考，使每一個(gè)基本原理都成為啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)研究思路、培養(yǎng)研究興趣的案例。物理化學(xué)中有很多思路和方法蘊(yùn)含在化學(xué)史和案例中，如表征溶液導(dǎo)電能力為什么有電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率、極限摩爾電導(dǎo)率、離子摩爾電導(dǎo)率等一系列概念;為什么要建立離子氛模型、簡單碰撞理論模型、單分子層吸附模型等。在介紹平均活度系數(shù)(γ±)與離子間相互作用的關(guān)系時(shí)，先引入γ±與功(W)的關(guān)系，再給出Gosch晶體結(jié)構(gòu)模型和Debye-Hückel離子氛模型，就可以將思路和方法以及模型的本意講清楚。為了培養(yǎng)學(xué)生的批判精神，教師應(yīng)帶頭質(zhì)疑教材，如電導(dǎo)測量電路如何接入可變電容器［6］，高輸入阻抗電壓表是否可以測量電極電勢等。批判和質(zhì)疑可以使學(xué)生不再滿足于教材，可以促使學(xué)生通過對知識進(jìn)行分析、綜合和評價(jià)，不斷提高學(xué)習(xí)層次，培養(yǎng)創(chuàng)新意識。

在課外學(xué)習(xí)部分，教師的主導(dǎo)尤為重要。教師應(yīng)給出高水平的問題，指導(dǎo)學(xué)生閱讀、引導(dǎo)學(xué)生思考。應(yīng)推薦幾本參考書讓學(xué)生研讀，同時(shí)提供部分前沿文獻(xiàn)以拓展學(xué)生的知識面，使教學(xué)與科研、生活相銜接，使學(xué)生能應(yīng)用基本理論解決自己遇到的問題。應(yīng)增加可測評的課外學(xué)習(xí)內(nèi)容，如需上交的小組作業(yè)和課程報(bào)告等。為保證組內(nèi)學(xué)生相互交流，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)意識，我們通常采取抽簽的方式進(jìn)行檢查。在熱力學(xué)基本原理部分，我們要求學(xué)生課下查閱資料，針對一些科研熱點(diǎn)和前沿問題進(jìn)行討論;對簡單級數(shù)反應(yīng)的速率方程則采用學(xué)生課后自學(xué)、上課抽簽進(jìn)行黑板推導(dǎo)、而后共同總結(jié)的方式，使原本一整節(jié)課的內(nèi)容只用不到20分鐘就解決了;對于電解、腐蝕與防護(hù)、化學(xué)電源等應(yīng)用部分，我們安排小組就一些典型問題如合成高鐵酸鉀(無機(jī)電合成)、有機(jī)物氟化(有機(jī)電合成)、陽極保護(hù)、緩蝕劑、燃料電池、鋰離子電池等作課程報(bào)告，雖然所用時(shí)間與授課差不多，但卻能鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識、查閱資料的能力和語言表達(dá)能力，其效果比教師講要好得多。在小組研討部分，我們給學(xué)生提供了一些具有挑戰(zhàn)性的題目和一些沒有確切答案的開放性題目，如為什么堿金屬的電極電勢與其活潑性順序不同，為什么月食前出現(xiàn)紅月亮，通過頭腦風(fēng)暴(brain storms)的方式拓展學(xué)生的發(fā)散思維能力。課程論文是研究型教學(xué)的重要組成部分，我們在課程網(wǎng)站上適時(shí)公布優(yōu)秀論文示例和論文評分標(biāo)準(zhǔn)，以引導(dǎo)和促進(jìn)學(xué)生提高論文撰寫水平。這些措施取得了良好效果。一些學(xué)生的課程論文觀點(diǎn)新穎、創(chuàng)新性強(qiáng)、深入、系統(tǒng)，有的已達(dá)到可發(fā)表的水平［7］。

考試是督促學(xué)生學(xué)習(xí)、檢查教學(xué)效果的重要形式。我們從2003年開始進(jìn)行多樣化考試改革，設(shè)計(jì)了課堂表現(xiàn)(包括回答提問和10分鐘測試等，10分)、課后作業(yè)(10分)、小組研討(10分)、章節(jié)考試(10分)、課程論文(10分)、期末考試(50分)等環(huán)節(jié)。其中10分鐘測試、課堂提問和章節(jié)考試構(gòu)成日常學(xué)習(xí)驅(qū)動力。期末考試采用“一頁開卷”(即允許學(xué)生在一張A4紙上對課程內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)并作為考試的參考)，以培養(yǎng)學(xué)生的總結(jié)歸納能力，推動學(xué)生形成具有個(gè)人特色的知識體系。

1.2 學(xué)生的主體作用

陶行知說“好的先生不是教書，不是教學(xué)生，乃是教學(xué)生學(xué)”。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師的作用就是指導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成喜歡學(xué)習(xí)、善于學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，并發(fā)揮其創(chuàng)造性。由于教學(xué)改革的需要，物理化學(xué)課程的教學(xué)學(xué)時(shí)已從以前的126壓縮到96，學(xué)校已經(jīng)將該給學(xué)生的時(shí)間留給了學(xué)生，教師需要做的就是把該是學(xué)生的任務(wù)留給學(xué)生，并采用各種有效方法督促學(xué)生發(fā)揮好主體作用。

學(xué)生的課外學(xué)習(xí)可分為兩個(gè)階段，一是復(fù)習(xí)鞏固、二是拓展提高。在復(fù)習(xí)鞏固階段，學(xué)生需要對筆記和教材進(jìn)行研讀。實(shí)踐結(jié)果表明，不少學(xué)生的確按照教師的要求養(yǎng)成了同時(shí)研讀印永嘉《物理化學(xué)簡明教程》、傅獻(xiàn)彩《物理化學(xué)》和Levine Physical Chemistry的習(xí)慣。這3部教材各具特色，對拓展學(xué)生視野、引發(fā)思考很有幫助，而學(xué)生提問的問題不少都是從后兩部教材中產(chǎn)生的。在通過識記與理解實(shí)現(xiàn)知識的內(nèi)化后，學(xué)生還會通過應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)知識的泛化和能力的提升，主要表現(xiàn)在做作業(yè)和進(jìn)行小組研討上。雖然學(xué)生一般都會購買習(xí)題解，但我們在作業(yè)批閱的過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生往往會采取不同的思路來解題，這表明學(xué)生們沒有被習(xí)題解束縛，而是在利用自己所掌握的原理和方法，表現(xiàn)出良好的自信。在拓展提高階段，學(xué)生能夠在教師的指導(dǎo)下以小組討論、小組報(bào)告、課程論文等形式完成具有深層次、廣泛性、挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)內(nèi)容。在學(xué)生上交的小組作業(yè)和課堂回答中可以發(fā)現(xiàn)，每個(gè)小組提供的答案都不盡相同，體現(xiàn)出集體研討的特征。而且，學(xué)生們還養(yǎng)成了組內(nèi)交流的習(xí)慣，只有組內(nèi)討論無法解決的問題，才提出來和教師進(jìn)行研討。在課程報(bào)告方面，各小組都采取了集體制作的方式，很多小組還實(shí)行了分工合作，由2～3人承擔(dān)一個(gè)部分，而后大家一起做PPT、匯報(bào)和回答提問。學(xué)生所做的報(bào)告既有深度又有廣度，達(dá)到了較高的水平。課程論文是最能體現(xiàn)學(xué)生主動性和創(chuàng)造性的自主學(xué)習(xí)形式。很多學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)或者日常觀察，提出了有一定見地的題目，而后按照科學(xué)研究的模式設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析結(jié)果、得出結(jié)論，并對結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，體現(xiàn)出良好的科研素養(yǎng)。有些學(xué)生善于進(jìn)行理論思考，并致力于解決一些具有挑戰(zhàn)性的問題。如有學(xué)生選定“為什么堿金屬的電極電勢與其活潑性順序不同?”的問題作為目標(biāo)，結(jié)合物理化學(xué)和應(yīng)用電化學(xué)課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容，自己查閱了大量文獻(xiàn)和資料，寫出了一篇完整且具有較高水平的論文。從過去幾年的情況看，每年都有5%～10%的學(xué)生論文成績可以達(dá)到9～10分，約20%～30%的學(xué)生可以達(dá)到8分，低于7分的學(xué)生只有10%～15%，而且成績呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。

通過學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)可以看出，絕大多數(shù)學(xué)生喜歡通過自主學(xué)習(xí)的方式來挑戰(zhàn)和提高自己，能夠努力按照教師的要求高水平地完成自主學(xué)習(xí)內(nèi)容，并加強(qiáng)組內(nèi)同學(xué)間的交流和合作。而自主學(xué)習(xí)對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力發(fā)揮了不可替代的作用，通過這種方式，學(xué)生所學(xué)和所得遠(yuǎn)比教師直接給出方案和結(jié)論要更深更多。

2 研究型教學(xué)網(wǎng)站建設(shè)

為指導(dǎo)和輔助學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，我們從2003年開始建設(shè)課程網(wǎng)站，并不斷豐富網(wǎng)站內(nèi)容。2011年，利用學(xué)校建設(shè)課程平臺的機(jī)遇，我們進(jìn)一步加大了教學(xué)網(wǎng)站建設(shè)力度，并對網(wǎng)站進(jìn)行了研究型教學(xué)升級和改造(課程網(wǎng)址:http://course.sdu.edu.cn/G2S/Template/View.aspx?action=view＆courseType=0＆courseId=13)。

物理化學(xué)課程網(wǎng)站設(shè)有“課程首頁”、“上課資源”、“課外學(xué)習(xí)”、“實(shí)驗(yàn)教學(xué)”、“課程資源”、“物化智慧”和“申報(bào)材料”7個(gè)一級欄目?！罢n程首頁”欄目包括課程簡介、課程教材、教學(xué)隊(duì)伍以及如何學(xué)好物理化學(xué)等?！吧险n資源”欄目給出了課程大綱、教學(xué)日歷、考試大綱、教學(xué)課件、文本資料、教學(xué)視頻、問題教學(xué)和課堂記錄等，其中的“教學(xué)課件”給出了全部英文版教學(xué)PPT，學(xué)生既可網(wǎng)上瀏覽也可下載使用;“教學(xué)視頻”可用于幫助學(xué)生自學(xué)和復(fù)習(xí);“問題教學(xué)”則給出了課前預(yù)備、課堂思考和課后延伸3個(gè)層次的問題，分別引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)、思考和鞏固提高?！罢n外學(xué)習(xí)”欄目是研究型教學(xué)建設(shè)的重點(diǎn)，包括課程作業(yè)、小組討論、課外閱讀、測試樣卷、學(xué)生論文精選、學(xué)生報(bào)告、物化榮譽(yù)廳、漢英詞匯和常用參數(shù)等欄目，其中的“測試樣卷”給出了測試種類和評分標(biāo)準(zhǔn);“學(xué)生論文精選”給出了優(yōu)秀的學(xué)生課程論文及論文評分標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)學(xué)生提高論文寫作水平;“物化榮譽(yù)廳”給出了物理化學(xué)名家簡歷和成果，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的同時(shí)感悟智慧和精神?！皩?shí)驗(yàn)教學(xué)”欄目設(shè)有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、教學(xué)改革、教材建設(shè)、教學(xué)成果、實(shí)驗(yàn)競賽、創(chuàng)新課題、建設(shè)圖鑒等項(xiàng)目，并與物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)站建立了鏈接?！罢n程資源”欄目是本網(wǎng)站建設(shè)的特色之一，給出了任課教師多方收集整理的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的圖片、照片、錄像等，既可作為教師上課編寫課件的資源，也可引發(fā)學(xué)生興趣，指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)。如講授腐蝕和防護(hù)時(shí)，可以安排學(xué)生登錄網(wǎng)站辨別腐蝕的種類和防護(hù)的形式，效果良好?！拔锘腔邸睓谀恐饕w現(xiàn)科學(xué)方法教育在人才培養(yǎng)中的重要地位和作用［4］，主要介紹物理化學(xué)課程中所涉及的一些基本思路和基本方法，如“大膽假設(shè)、小心求證”、“線性化方法”、“模型化方法”、“相對基準(zhǔn)方法”等，通過閱讀，學(xué)生可以在學(xué)習(xí)基本知識的同時(shí)了解科研的思路和方法。“申報(bào)材料”欄目包括申報(bào)表、教學(xué)改革、課程評價(jià)和學(xué)校文件等內(nèi)容。

3 研究型教學(xué)心得

以往的教學(xué)通常是以知識教育作為落腳點(diǎn)和目標(biāo)，而研究型教學(xué)則要求在對知識系統(tǒng)化的基礎(chǔ)上附之以素質(zhì)和能力培養(yǎng)的內(nèi)容，知識不再是終極目標(biāo)而同時(shí)成為素質(zhì)和能力的載體。研究型教學(xué)是綜合性、系統(tǒng)化的教學(xué)，單純的案例教學(xué)、基于問題的教學(xué)(problem-based learning，PBL)、頭腦風(fēng)暴、啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)、學(xué)生報(bào)告等都構(gòu)不成真正意義上的研究型教學(xué);只有遵循素質(zhì)和能力培養(yǎng)這條主線，合理安排各種教學(xué)方法，才能實(shí)現(xiàn)全面培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的目標(biāo)。充分利用課外時(shí)間和豐富的網(wǎng)絡(luò)和圖書資源，將課外學(xué)習(xí)納入教學(xué)過程統(tǒng)籌考慮，并使之成為課堂內(nèi)容的延續(xù)、補(bǔ)充和深化具有重要意義;而出于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的需要，將化學(xué)信息學(xué)課程提前到大學(xué)一年級講授是開展研究型教學(xué)的必要前提［5］。

在教學(xué)中，學(xué)生普遍認(rèn)為物理化學(xué)課程內(nèi)容新穎，注意理論結(jié)合實(shí)際，注重啟發(fā)學(xué)生的思維，重視學(xué)生能力的培養(yǎng)，可以學(xué)到很多課本上學(xué)不到的內(nèi)容，對物理化學(xué)教學(xué)改革給予了充分肯定(參見課程網(wǎng)站)。這表明，研究型教學(xué)雖然增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，但因?yàn)榕囵B(yǎng)了學(xué)生的興趣，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)生們對此是積極支持的。

［1］張樹永，王仁卿，樊麗明，等.中國大學(xué)教學(xué)，2010(10):56

［2］張樹永，梅強(qiáng)，王憲華，等.高等理科教育，2011(6):111

［3］蔣慶豐，游珍.高等理科教育，2007(6):141

［4］高盤良.中國大學(xué)教學(xué)，2010(3):7

［5］張樹永，宋其圣.大學(xué)化學(xué)，2005，20(4):14

［6］馬潔，邸靜，初一鳴，等.大學(xué)化學(xué)，2008，23(1):55

［7］楊修潔，陳建強(qiáng)，任豐豐，等.大學(xué)化學(xué)，2008，23(5):33