基于创新人才培养的工科物理化学教学模式的构建与实施

李明霞　曲阳　焦艳清

摘 要：文章针对传统的工科物理化学教学模式不利于培养学生自主研学能力与创新思维的问题出发，以黑龙江大学为例，提出了基于创新人才培养的工科物理化学教学模式的构建与实施策略。

关键词：工科；物理化学；教学模式

中图分类号：G640 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2016）12-0062-02

一、工科物理化学课程教学现状

工科物理化学课程是黑龙江大学化学化工与材料学院的化学工程与工艺、环境科学和制药工程等工科专业的学位基础课程。物理化学是化学和物理的交叉学科，工科专业的学生在学习物理化学课程的时候，既要学习本专业所涉及的必备基础理论知识，为今后学习专业课奠定良好的理论基础；又要掌握分析、归纳、演绎等科学分析方法，从而得到数理推导能力、图解分析能力和实验操作能力的锻炼[1-3]。所以，物理化学这门课程对学生的独立思考能力、实践能力和科研创新能力等方面的培养起着非常重要的作用。但是，在传统的工科物理化学教学中，还存在一些问题：教学内容陈旧，理论与实际应用严重脱节的问题；学时少与教学内容多的矛盾；内容枯燥与学生学习兴趣提高的矛盾；教学活动难以发挥学生的主导作用等。这些问题的存在，常常令学生处于被动的学习状态，难以激发学生的学习兴趣，不利于学生自主学习能力、探索精神和创新能力的培养[4-6]。但是，社会的快速发展，要求工科专业的学生不仅要具有坚实的物理化学基础理论知识和相关的前沿知识，还要求学生具备一定的动手实践能力、把理论知识运用到实际生产中的能力和创新能力[7-8]。实践表明，工科专业毕业生如果具有较好的物理化学基础知识储备，在工作中会表现出适应能力强，逻辑思维缜密，处理问题灵活性高，发展空间大等特点。可见物理化学课程在培养学生的独立思考能力、实践能力、适应能力和创新能力等方面都起着非常重要的作用[9-10]。因此，构建基于创新人才培养的工科物理化学教学模式，以适应新世纪对化学、化工人才的需求是工科物理化学教学亟待解决的问题。黑龙江大学以工科物理化学课程为载体，结合化学工程与工艺、环境科学和制药工程等工科专业的特点，在 “基于创新人才培养的工科物理化学教学模式” 的构建和实施上进行了有益的探索。

二、基于创新人才培养的工科物理化学教学模式的构建与实施策略

基于创新人才培养的工科物理化学教学模式使得工科物理化学课程具有整体性、综合性、探究性、新颖性、前沿性和应用性的特点，可激发学生的研学兴趣并培养学生的创新能力。此外，在整个教学实施过程中，学生是主体，教师是主导，激发教师和学生的主观能动性并发挥二者的协同作用，全面培养学生发现、分析和解决问题的综合能力，使学生具有独立思考能力、实践能力和科研创新能力。在教与学的过程中，除了教会学生学习基础理论知识，还要给学生提供培养创新思维、创新能力的条件和环境。让学生能够把学到的基础理论知识与实际应用结合起来。基于创新人才培养的工科物理化学教学模式的构建和实施主要包括：（1）培养学生科学的思维方法；（2）基础理论与科学前沿相结合，奠定学生创新的理论基础；（3）加强课外科学研究基本能力的培养，拓宽学生创新的视野。

（一）培养学生科学的思维方法

逻辑思维的形成是培养创新能力的基础。物理化学的基础理论知识体系具有很强的逻辑性，并且物理化学知识体系的建立、研究以及不断完善的过程，也是一个逻辑创新思维不断完善的过程。因此，在工科物理化学的教学中，教师不仅要引导学生系统地学习基础理论知识，还要引导学生掌握与基础理论知识体系相关的科学研究方法。让学生在学习的过程中，感受到知识体系的逻辑性，并通过逻辑推理的方法拓展有限的书本知识。同时，值得注意的是要培养学生养成善于观察现象、发现问题、提出问题和解决问题的能力。并培养学生建立基础理论研究的逻辑思维，为科学研究中分析问题和解决问题能力的培养奠定坚实的理论基础。在具体教学中，主要通过以下两方面培养学生的科学的逻辑思维。一方面，在教学中突出科学研究方法的逻辑思维总结。在每章的学习中，教师对本章的知识体系和相关的科学研究方法做简单介绍，给学生指出重点和热点内容，让学生对相关内容进行文献调研工作，和学生一起进行研讨式学习。然后结合科学研究热点内容及基础理论在生产实践中的应用，使学生初步了解物理化学原理是如何应用在各个实践领域中的，并灵活掌握如何运用物理化学科学研究方法解决问题。另一方面，在教学中重点加强对知识点之间的逻辑思维关系的总结。物理化学原理中有很多的相似逻辑关系，要让学生学会举一反三。这样会让学生在学习中融会贯通，事半功倍。例如：在热力学的教学中，学生在学习了单纯的p-V-T变化过程的状态函数性质及其应用后，就应该可以结合状态函数性质自主学习相变化过程和化学反应变化过程的各状态函数变化值的计算。

（二）基础理论与科学前沿相结合

工科物理化学的知识体系相对成熟，教学内容比较稳定。但是科学技术的飞速发展，要求物理化学课程的内容也必须不断充实新理论、新技术。与之相矛盾的是，工科物理化学的学时很少。因此，在工科物理化学的教学中，首先要精选经典的教学内容，在讲授知识点时要精准，重点突出，注意知识的系统性、准确性、完整性和应用性，使学生能够牢固地掌握物理化学基本概念、基本原理、基本公式并能够灵活应用；在此基础上，结合基础理论、原理和方法，深入浅出地介绍物理化学学科发展的新理论、新技术、新成果、新动向和新热点，开阔学生的视野和思路，利用有限的课时，不仅让学生能够扎实地掌握基本概念和原理，还能很好地培养学生的创造性思维。但是，课时毕竟是有限的，因此，教师要引导并教会学生充分利用图书馆的数字化文献资源进行课外自主学习；此外，教师还可以通过案例教学开阔学生的视野。这些方法会让学生了解物理化学学科所涉及的科学的最前沿领域及物理化学基础理论在前沿领域中的应用。这种教学模式能够很好地培养学生的创新能力和创新科学思维。例如：学习稀溶液依数性的基础理论时，可以结合制药工程和环境科学等工科专业的特点，选择增加药物单体的纯度分析、反渗透原理进行海水淡化和膜技术在废水处理中的使用等方面的应用的教学内容；学习电化学原理时，在学习传统原电池的基础上，可以结合太阳能电池、锂电池和燃料电池等新型新能源电池，分析不同种类电池的原理、优缺点。

（三）加强课外科学研究基本能力的培养

在工科物理化学的教学中，既要物理化学基础实验课程的辅助，帮助学生进一步掌握物理化学基础理论及基础理论的应用，还要注意加强学生课外科学研究基本能力的培养。因此，教师要充分整合和利用学校现有的科研资源，给学生创造进行科学研究的环境和条件，充分调动学生进行科学研究的主观能动性。向学生们简单介绍学校现有的科研课题的研究方向、研究内容和研究成果，鼓励学生参与到相关教师的科研课题中去，让学生真正地参与到科研的各个环节中（例如调研文献、阅读文献、分析总结文献、发现科学问题、选择研究方向、设计实验方案、进行实验、分析实验结果、得出结论和撰写论文或专利等）。在进行科学研究的过程中能够培养学生的科学研究的基本能力。此外，还可以让学生通过学习科学文献的查阅以及文献综述的撰写，结合理论与实际应用的研究课题开展课外研讨和结合物理化学实验教学进行扩展性实验研究，来加强课外科学研究基本能力的培养。

基于创新人才培养的工科物理化学教学模式已经在化学工程与工艺、环境科学和制药工程等工科专业进行了两年的教学实践，该教学模式逐步得到完善，发展为化学工程与工艺、环境科学和制药工程等工科专业的特色教学模式，而且取得了理想的教学效果。学生们普遍反映这种模式的教学更具有趣味性、挑战性和创造性，不仅极大地激发了学生学习的热情和积极性，还培养了工科学生的独立思考能力、实践能力、创新思维能力和科研创新能力。

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