基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的物理化學(xué)課程的教學(xué)改革

馬英一 ，董麗敏 ，周 宏 ，陳宇飛

(哈爾濱理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

物理化學(xué)是哈爾濱理工大學(xué)材料學(xué)院高分子專業(yè)、無機(jī)非金屬專業(yè)、金材專業(yè)和材型專業(yè)本科生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程。它是一門理論性和邏輯性極強的課程，涉及到大量的數(shù)學(xué)和物理的知識及方法。在物理化學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，既要求學(xué)生掌握本專業(yè)的基礎(chǔ)理論知識，又要求其掌握物理化學(xué)中所涉及到的科學(xué)分析方法，并且將其應(yīng)用到實際問題的分析和解決中[1-4]。所以，物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)對培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的能力，用所學(xué)基礎(chǔ)知識解決實際問題的能力以及創(chuàng)新能力等都起到極其重要的作用[5-7]。而進(jìn)一步改革物理化學(xué)課程教學(xué)，對培養(yǎng)優(yōu)秀的創(chuàng)新人才具有重要的意義。

1 重視對學(xué)生邏輯思維的培養(yǎng)

邏輯思維的培養(yǎng)對于創(chuàng)新能力的提高具有舉足輕重的作用，而物理化學(xué)是一門邏輯性極強的課程，在其理論發(fā)展的各個階段都體現(xiàn)了很強的邏輯思維，因此，在教學(xué)過程中，不但要向?qū)W生傳授基礎(chǔ)的理論和知識，還要注重引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會物理化學(xué)知識體系中涉及的相關(guān)研究方法，做到讓學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識的過程中，感受到其邏輯性，逐漸形成邏輯思維。例如，在每部分的講授過程中，都對其研究方法進(jìn)行介紹，使學(xué)生了解物理化學(xué)所應(yīng)用的科學(xué)研究方法。而且，大部分物理化學(xué)中的概念以及知識點之間都具有某些邏輯關(guān)系，在每一章、每一部分的學(xué)習(xí)后，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行概念及知識點之間關(guān)系的總結(jié)和分析，將得到的結(jié)論用于分析近似的邏輯關(guān)系中，從而有助于學(xué)生邏輯思想的建立，為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)打下堅實的基礎(chǔ)。

2 將基礎(chǔ)知識與科學(xué)前沿相結(jié)合

縱觀各大高校的物理化學(xué)課程，大多教學(xué)內(nèi)容較為固定，這就不免讓學(xué)生產(chǎn)生內(nèi)容過于陳舊，與高科技發(fā)展脫軌的誤解，事實上卻并非如此，許多科學(xué)前沿領(lǐng)域都要用到物理化學(xué)的知識，都需要以物理化學(xué)相關(guān)的理論為指導(dǎo)，因此，也要適時的更新物理化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，以適應(yīng)科技的高速發(fā)展及其對人才需求的轉(zhuǎn)變。具體來說，在物理化學(xué)的每一章授課過程中，既要介紹相關(guān)知識點在傳統(tǒng)領(lǐng)域中的作用，又要講解其在新興領(lǐng)域中的應(yīng)用。例如，在講解表面現(xiàn)象這一章節(jié)中關(guān)于親疏水性相關(guān)的內(nèi)容時，既可以舉例疏水性涂料在傳統(tǒng)的建筑等領(lǐng)域的應(yīng)用，也可以介紹其在近些年流行起來的沖鋒衣中的應(yīng)用，這些都是基于親疏水性這一概念，這些防水涂料的研發(fā)過程中不可避免地會用到接觸角和疏水性、乃至超疏水等相關(guān)的物理化學(xué)知識。不只是在生活領(lǐng)域，在軍工領(lǐng)域也遍布物理化學(xué)相關(guān)的知識，在講解相圖這一章節(jié)的知識時，既可以舉例鐵碳相圖在傳統(tǒng)碳鋼中的應(yīng)用，也可以介紹其在近年來軍工中大放異彩的特種鋼中的應(yīng)用，如錳鋼，其硬度很高，可用于制造鋼盔和彈頭等。此外，在講授水的相圖時，還可以介紹超臨界流體的概念及其在廢水處理和萃取等方面的應(yīng)用。通過介紹這些物理化學(xué)知識在科學(xué)前沿領(lǐng)域中的應(yīng)用，不僅會極大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們意識到物理化學(xué)知識的重要性，而且會激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新欲望，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識。

3 基礎(chǔ)知識與實際應(yīng)用并重，注重聯(lián)系實際

為了讓學(xué)生深刻了解物理化學(xué)的重要性，為其創(chuàng)新提供足夠的理論基礎(chǔ)，在物理化學(xué)的教學(xué)過程中，更加注重將知識點聯(lián)系實際，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。 對物理化學(xué)知識在實際應(yīng)用的介紹主要分為以下三個部分。

3.1 與生活實際相結(jié)合

在教學(xué)過程中，將知識點與生活中的實例相結(jié)合，能夠吸引學(xué)生的注意，激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)、分析和解決實際問題的能力，取得了良好的教學(xué)效果。例如在講解熱力學(xué)第一定律時，列舉鉆木取火、風(fēng)力發(fā)電、冬天搓手取暖等生活實例；在講解熱力學(xué)第二定律時，通過提問冬天熱寶暖手以及食鹽溶解的逆過程是否能自動發(fā)生而引入熵的概念；在講解化學(xué)勢時，列舉植物施肥，適量有益于植物的生長，但是過量反而有害等例子；在講解化學(xué)平衡時，列舉高中學(xué)過的化學(xué)知識，壓力對合成氨反應(yīng)的影響；在學(xué)習(xí)亨利定律時，列舉喝飲料時有氣泡產(chǎn)生的現(xiàn)象；學(xué)習(xí)克-克方程時，列舉高壓鍋和普通電鍋的區(qū)別；學(xué)習(xí)相圖時，列舉食鹽提純的過程；學(xué)習(xí)表面能時，列舉面粉廠易爆炸的例子；學(xué)習(xí)接觸角時，列舉荷葉上的露珠、雨衣和雨傘等；學(xué)習(xí)膠體系統(tǒng)時，列舉天空的顏色、云、霧等；學(xué)習(xí)動力學(xué)時，列舉吃藥的間隔。 通過這些實例的介紹，有利于學(xué)生基礎(chǔ)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3.2 與科研實際相結(jié)合

在教學(xué)過程中，將物理化學(xué)的知識與科研實際相結(jié)合，介紹前沿科研領(lǐng)域相關(guān)的物化知識點不僅會激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，而且可以培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。在學(xué)習(xí)界面相關(guān)的內(nèi)容時，結(jié)合本組的研究內(nèi)容，介紹利用水滴在界面的自組裝制備蜂窩狀有序多孔膜的過程，通過多媒體展示微乳液的制備過程及性質(zhì)，以及利用微乳液制得多孔膜的過程和結(jié)構(gòu)，使學(xué)生了解物理化學(xué)知識在指導(dǎo)科研實際中的作用。另外，也盡量將物理化學(xué)知識與院系老師或校內(nèi)外專家的研究內(nèi)容相結(jié)合，例如，介紹膠束相關(guān)的內(nèi)容時，介紹膠體界面領(lǐng)域研究者所做的一些膠囊載藥相關(guān)的內(nèi)容，利用特定的分子進(jìn)行自組裝形成膠囊狀的膠束，在膠束內(nèi)部負(fù)載藥物分子，在某些外界條件刺激下，膠束解組裝，進(jìn)而實現(xiàn)藥物的可控釋放。這些物理化學(xué)知識點的相關(guān)科研介紹既可以吸引學(xué)生認(rèn)真聽講，又有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

3.3 與生產(chǎn)實際相結(jié)合

對于本專業(yè)的學(xué)生來說，畢業(yè)后大部分都會去相關(guān)企業(yè)就業(yè)，所以將物理化學(xué)的知識與生產(chǎn)實際相結(jié)合，即在教學(xué)過程中介紹生產(chǎn)實際相關(guān)的物理化學(xué)知識，用物理化學(xué)的理論分析實際的生產(chǎn)過程，有利于培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)理論知識解決實際問題的基礎(chǔ)創(chuàng)新能力。例如，在介紹相圖相關(guān)的內(nèi)容時，會講解精餾的原理，同時也會介紹企業(yè)中的精餾塔裝置，讓學(xué)生深刻體會到所學(xué)基礎(chǔ)知識對實際生產(chǎn)的指導(dǎo)作用。另外，也會將一些常見的工業(yè)化產(chǎn)品帶到物理化學(xué)課堂上，對其進(jìn)行探討，實現(xiàn)實際產(chǎn)品和物理化學(xué)知識的關(guān)聯(lián)思考，例如，在介紹乳液相關(guān)的知識時，將生活中常用的卸妝油、乳液、化妝水等帶入課堂，分析討論乳液的形成和性質(zhì)。 不但會引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還有利于培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)知識用于實際生產(chǎn)的基礎(chǔ)創(chuàng)新能力。

總之，物理化學(xué)課程對于學(xué)生創(chuàng)新思維的形成和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要的作用，作為一名物理化學(xué)教師，要時刻關(guān)注科學(xué)前沿，不斷地充實自己，提高自身的素養(yǎng)，更要不斷更新教學(xué)內(nèi)容，適時引入學(xué)科前沿內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。