創(chuàng)新思維訓練在物理化學教學中的滲透與實踐

謝亞紅*，陳華梅，郭鳳嬌

（新疆大學化工學院，新疆 烏魯木齊 830017）

1 大工科背景下，物理化學的教學使命

“物理化學”是通過數(shù)學和物理學的理論與方法研究化學變化的基本規(guī)律和理論的一門學科。經(jīng)過近一個半世紀的發(fā)展，物理化學已經(jīng)形成完整的理論體系和成熟的研究方法，如何將這些經(jīng)典理論和研究方法與日新月異的科學技術(shù)與研究成果相結(jié)合，使教學內(nèi)容更具有啟發(fā)性，教學方式更具有引導性，是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)賦予物理化學教學的任務與使命。

然而，我國傳統(tǒng)教學模式以教師為中心，以教材內(nèi)容為核心，不利于培養(yǎng)學生的自主學習能力和創(chuàng)新思維。學生固守書本、死記硬背的學習方式也使他們?nèi)狈ε行运季S、不善于創(chuàng)新、不敢于質(zhì)疑。因此，怎樣在物理化學的教學過程中，從教學內(nèi)容、教學模式上改革與創(chuàng)新，激發(fā)學生學習興趣，訓練學生的創(chuàng)新思維是目前物理化學教學的當務之急。

2 物理化學教學改革與創(chuàng)新思維訓練的滲透

從2016年開始，新疆大學化工學院著手全面推進創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)建。以學生為中心，以問題為導向，以創(chuàng)新思維培養(yǎng)為主線，打破傳統(tǒng)的以理論教學為主的課程體系，教學內(nèi)容與時俱進，教學手段多重互補，實踐教學齊頭并進，并輔以思政內(nèi)容的融入，構(gòu)建了問題導向、能力本位的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

2.1 教學內(nèi)容與時俱進，教書與育人相互促進

物理化學教學內(nèi)容根據(jù)學科發(fā)展，結(jié)合教師的科研工作與時俱進，科研反哺教學，以高水平科研帶動高水平教學，訓練學生用物理化學的角度和方法解決實際生產(chǎn)和科學研究中的實際問題。增加新理論、新材料、新技術(shù)的應用及與物理化學基礎(chǔ)知識的關(guān)聯(lián)性內(nèi)容。同時，將思政要素與物理化學知識融合，“教書”與“育人”相互促進，為“物理化學”課程中枯燥、抽象的內(nèi)容和煩瑣難懂的公式賦予新的含義和內(nèi)涵，達到育人于教，潤物無聲的效果。

2.1.1 以問題為導向，為自然現(xiàn)象尋找理論根源

在授課過程中，以問題為導向，啟發(fā)學生思考和討論，并通過查閱資料尋找答案。例如，在界面化學章節(jié)，可以提問：水滴為什么不能潤濕荷葉？小蟲子為什么能夠停留在水面上？洗衣液是怎樣把污漬從衣物上帶走的？在學生的思考和討論后引出本章的內(nèi)容：表面張力，表面能，接觸角等概念和相關(guān)知識，進一步引導學生關(guān)注目前的學科前沿，如高分子材料助劑的改性研究。講到催化劑時，可以結(jié)合催化劑在合成氨過程中的重要作用，問問學生為什么人們一直在努力研究常溫常壓合成氨？以問題為導向，引導學生多思考，對激發(fā)學生好奇心和創(chuàng)新意識，訓練學生的創(chuàng)新思維具有非常明顯的效果。

2.1.2 以理論形成的過程為線索，讓學生學著以科學家的視角分析問題

任何理論的形成都具有一定的過程，具有其特定的歷史背景和形成原因。與現(xiàn)在先進的儀器設(shè)備和實驗條件相比，過去的科學家使用的儀器設(shè)備和實驗條件相對落后，卻產(chǎn)生了一批又一批舉世矚目的科學理論和研究成果。在知識探索的過程中，鼓勵學生以科學家的視角分析各種自然現(xiàn)象，推演理論形成的過程，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力和探索精神。如講到熱力學第一定律時，讓學生回答為什么第一類永動機造不出來？分析歷史上各類永動機失敗的原因，從而引出熱力學第一定律，即能量守恒定律?？茖W家的小故事很多，捎帶插入課堂中，可增加課堂的趣味性，激發(fā)學習興趣，也可使學生的大腦在理科的思維中稍作休息。

2.2 教學手段多重互補

根據(jù)“學生為主體、教師為指導”的教學理念，通過改變傳統(tǒng)教學方式，改變枯燥的理論講解，教師以引導學生思考、分析、總結(jié)、陳述、分享為主，穿插知識點為輔，通過案例分析、小組討論、翻轉(zhuǎn)課堂等形式啟發(fā)學生，讓學生養(yǎng)成勤思考、多提問的習慣，激勵學生進行創(chuàng)新性思考，逐步提高學生學習的主動性、科學思維能力和解決實際問題的能力，讓學生在不知不覺中感受和領(lǐng)悟創(chuàng)新思維的魅力。

（1）開放式教學：以問題為導向，以教學大綱和教材作為主線，在教學互動環(huán)節(jié)增加物理化學相關(guān)領(lǐng)域最新的研究成果，可以是相關(guān)科技新聞、最新學術(shù)文獻，也可以是最新科技視頻。讓學生通過對最新科研成果的跟蹤學習，掌握最新研究成果的理論基礎(chǔ)，加深對理論的理解，并將課堂所學與實際科技發(fā)展結(jié)合，解決生產(chǎn)、生活中的實際問題。

（2）互動式教學：在授課方式上，結(jié)合“翻轉(zhuǎn)課堂”和“小組討論”方式，將學習自主權(quán)交到學生手里，結(jié)合“教師—學生”互動教學方式，讓學生在教師上課講授的內(nèi)容基礎(chǔ)上查閱并收集相關(guān)文獻，進行知識拓展，跟蹤最新研究成果，并進行一定的總結(jié)、整理和匯報，從而加深對課堂知識的了解和應用，提高分析和解決問題的能力。

（3）線上—線下混合式教學：以學生為主體，通過各種網(wǎng)絡資源的推送，構(gòu)建“線上—線下混合式教學”模式，將學習主動性真正交到學生的手里。在課堂授課環(huán)節(jié)，通過傳統(tǒng)多媒體PPT+討論環(huán)節(jié)將教材中的理論、概念、基本公式講清楚，再通過QQ群、雨課堂、騰訊會議、小組討論相結(jié)合的線上授課模式，用習題和實際問題解決來加深概念的理解和公式的應用，挖掘、培養(yǎng)學生在學習過程中的主動性和創(chuàng)造性，有效地拓展學習時空。

2.3 實踐教學齊頭并進

（1）綜合實驗：課題組按照“合成、制備—分析、表征—實際應用”這樣“一條龍”式的實驗設(shè)計思路設(shè)計部分綜合實驗，如接觸角、電化學、膠體與界面化學，動力學，雙克方程等，將教學與教師的科研工作相結(jié)合，通過綜合實驗環(huán)節(jié)，讓學生對材料合成與制備，性能評價與表征、探索實驗條件等多個環(huán)節(jié)和整體實驗設(shè)計都有全面系統(tǒng)的了解，幫助學生將所學的理論知識融會貫通，激發(fā)學習潛能，培養(yǎng)團隊合作精神。

（2）開放實驗：實驗室全天開放，由實驗老師提前準備好實驗所需藥品試劑，調(diào)試好所需實驗儀器，并負責在整個實驗過程中隨時解決和協(xié)調(diào)可能出現(xiàn)的任何問題。學生在當天任何時間根據(jù)自己的具體情況自主安排實驗進度，協(xié)調(diào)公共儀器設(shè)備的使用，這樣既節(jié)約了學生的時間，合理配置了儀器的使用，也鍛煉了學生的組織協(xié)調(diào)能力，保證了實驗的順利完成。

（3）設(shè)計實驗：由實驗老師設(shè)定好實驗目標，讓學生通過查閱文獻等途徑，利用學校能夠提供的實驗條件自主設(shè)計實驗方案，選擇實驗原料，安排所需要儀器設(shè)備，協(xié)調(diào)實驗時間，完成教師制定的實驗目標。通過設(shè)計實驗，很好地培養(yǎng)了學生綜合分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)了分析和解決問題的能力，并反過來加深對課本理論知識的進一步認識和理解。

3 結(jié)語

總之，物理化學理論性、邏輯性強，知識點多，內(nèi)容龐雜，且已經(jīng)具備完整的理論體系和經(jīng)典的研究方法。如何通過物理化學教學激發(fā)學生的創(chuàng)新精神，訓練學生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力，是大工科背景下創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求，也是祖國建設(shè)和時代發(fā)展的需求。本課題組通過物理化學教學內(nèi)容和教學方法的改革與創(chuàng)新，將創(chuàng)新思維的訓練滲透到教學的方方面面，形成了以學生為中心的教學體系，為創(chuàng)新人才的培養(yǎng)提供了一種可以借鑒的模式。