“模型→创新→应用”理念在物理化学中提高人才培养质量的研究*

司长代，李志锋，王晓峰，杨本群，雷新有，龙世佳

(天水师范学院化学工程与技术学院，甘肃 天水 741001)

高等教育理念是高等教育发展的灵魂，古往今来，学者们对于高等教育理念解读从未停歇。罗纳德·巴尼特教授便是众多学者之一，其著作《高等教育理念》是对高等教育理念释析的一次孤独的尝试，进而呼唤理念重构[1]。世界一流大学的教育理念，便是历史文化沉淀的产物。所以，不同的大学经历了不同的历史发展阶段，自然需要形成自己的教育理念，进而指引着大学的发展方向。比如，让每一个学生在未来都得到良好的发展；为社会培养有创新思想、有自主判断、全面发展的人等，这些教育理念都体现了高等教育的人才培养规律[2]。而人才培养主要是通过教学来实现的，而课程作为教学内容的一部分，为教学的“蓝图”起着举足轻重的作用[3]。

1 “模型→创新→应用”教育理念融入实践教学

随着一流课程“双万计划”的实施，如何实现“两性一度”的“金课”标准，即打造具有高阶性、创新性、挑战度的“金课”已成为高校共识[4]。本科基础课程的教学中，理想模型是自然科学研究中的一种重要的科学方法[5]。要达到“金课”标准，“模型→创新→应用”教育理念的提出，对于《物理化学》教学有着重要意义。

1.1 《物理化学》课程教学中经典模型的挖掘

以《物理化学》(第五版，傅献彩等编)为例，课本中包含了许多凝聚全世界诸多学者思想精华的理想模型，这些模型博大精深，具有一定的高阶性、创新性和挑战度，因此教师一定要强调这些模型的重要性并且能够深刻清晰地讲解其具体过程，主要经典模型如表1所示[6]。

表1 《物理化学》教材中的主要经典模型

1.2 基于“模型→创新→应用”教育理念的实践教学案例一

以“等温可逆过程”为例，此过程包含了等温可逆膨胀和等温可逆压缩。在等温可逆膨胀过程中，从始态(V1)到终态(V2)是一个无限缓慢的过程，“无限缓慢”是一个非常模糊的概念，到底有多慢，学生很难理解课本中的这个描述。而将此过程按照图1所示设计，始态自由移动的活塞上面放一杯水，在特定的环境下，每蒸发一个水分子，可看作系统达到一个准静态过程，这时候外压(Pe)=内压(Pi)-无限小的压力变化(dp)。随着水分子的不断蒸发，整个可逆膨胀过程可看作是由无数个这样的准静态组成，最终从V1到V2的可逆膨胀功We,1可表示为：

对于等温可逆压缩过程，可看作在一个封闭系统中，等温可逆膨胀过程中蒸发为气体的所有水分子重新下落过程中冷凝成为液态水分子下落到烧杯中，每下落一个水分子，同样达到一个准静态过程，从V2到V1的可逆压缩过程可看作是由无数个这样的准静态组成，如图2所示，最终从V2到V1的可逆压缩功We,2可表示为：

综上所述，通过We,1+We,2=0，说明经过一次无限缓慢的膨胀和压缩循环后，系统和环境都恢复原态而没有留下任何影响，此过程就是一次理想的可逆循环过程。通过这样模型的演示和讲解，学生会深刻理解可逆循环的概念和过程，有利于提高他们的分析、思考问题的能力。如果将来设计一个无限接近理想状态的可逆过程，“缓慢”过程成为关键技术，到底有多慢才能达到应用，这便是“模型→创新→应用”教育理念引领的成果。因此，目前的本科教育，务必要让学生回归课本，重视课本，特别是一些经典模型，才能潜移默化的培养学生的创新思维和应用能力。

图1 等温可逆膨胀

图2 等温可逆压缩

1.3 基于“模型→创新→应用”教育理念的实践教学案例二

图3 原电池(a)；电解池(b)

1.4 “模型→创新→应用”教育理念的现实意义

理论教学是大学教育中的重要组成部分，只有学生热爱课堂并熟悉这些模型蕴含的深刻的思想与抽象的过程，才会有创新思想萌芽的产生，这种创新思想对于学生来说，无论走向社会还是继续深造，这种能力的拥有在将来面对复杂的局面或者科研困境，都会破茧成蝶，这就是应用。所以要实现从“模型→创新→应用”的教学理念渗透，教师必须高度重视经典模型的分析和讲解，创新能力的培养才会在教学过程中慢慢渗透，这种能力的拥有可能会使学生受益终身。

2 “模型→创新→应用”教育理念对物理化学教学启示

经典物理化学的内容是由化学热力学、化学动力学和物质结构三部分所组成，这些内容都是在长期的发展过程中形成的，同时不断发展着。物理化学课程在“模型→创新→应用”教育理念的引领下，不仅能增加学生对知识追求的热情，还能获取解决问题所需要的基本概念、基本理论和基本技能，更重要的是能够培养学生的思维能力和科研创新能力，会使学生将来受益匪浅。

2.1 创设情境，强调回归课堂、回归课本的必要性

一个学校的培养目标、学风、学术氛围及管理体制等都对学生创新思想的形成及创新教育的提高具有重要的作用。 所以，创新思想的形成要求教师自身拥有创新思维，这是教育教学中培养学生创新能力的一个重要因素，也是创新思想培养的必要条件之一，教师所具有的创新意识会极大影响学生的思维方式。其次，平等尊重的师生关系，是培养学生创新能力的基础。要给学生创设良好的课堂环境，让他们在内心世界里喜欢物理化学课堂教学，那么教师的角色尤为重要。因为“有理想信念，有道德情操，有扎实学识，有仁爱之心”的教师会让学生对知识的理解、分析、思考、热爱及应用水到渠成。实践证明，创造适宜教学环境，能让学生主动参与、积极思考、渴求知识的课堂气氛，有利于培养学生的担当意识、创新意识、创新能力，大学物理化学课本中的经典模型为学生提供了适宜的“环境”和“土壤”。

大学物理化学教学中，“模型→创新→应用”教育理念的提出，旨在让学生回归课堂，回归课本。其实课本内容并未过时、落后，而是要更重视课本中的经典模型，因为这些模型恰恰凝聚着大师们深邃的思想，所有这些通过学生的独立思考、深刻分析、知识迁移，才会潜移默化般产生创新思想，为将来能够胜任工作岗位或继续深造提供综合能力支撑，这就是创新思想的应用，这种模式的成果可能会使学生受益终身，也符合当前OBE(Outcomes Based Education)教育理念的范畴[7]。正如霍普金斯大学首任校长吉尔曼陈述大学的使命：“培养有个性的学者,通过他们优异的表现促进科学发展，服务社会[2]”。

2.2 强化课后习题练习，重视创新能力和应用能力的培养

课程是高等教育人才培养的核心要素之一。加强应用型本科教育的课程设置与开发研究，是提高应用型本科教育质量的重要保障和永恒课题。“模型→创新→应用”教育理念下的物理化学教学，关键在于教师对高等教育人才培养目标的准确定位，对学生毕业时应具有的知识、能力、素养及其应达成水平的预期成果有准确、清晰的构想，意在重视课本中科研工作者总结出的经典模型，以此来培养学生的创新思想，以提高将来走向社会或继续深造时的应变能力，这是本科教育需要解决的关键问题。

高等教育理念作为一个特殊而复杂的概念，不同的人对其会有不同的见解。我们无法说，谁的理论包罗万象、能够覆盖整个高等教育大环境，但每一个理念，都有其闪光点，发掘其理论精华能够让教育工作者更加符合新时代教师的要求。“模型→创新→应用”教育理念下的物理化学教学的提出，打破传统课堂的桎梏，让学生热爱课堂，热爱知识的探究，并强调课后习题的重要性。如果学生在课堂或者课后能够正确分析、判断和应用所学知识来解决课后习题，实现对知识的掌握和灵活应用，那么在将来当他们走出校门，面对复杂的局面，才会有像分析习题一样拥有清晰的思路。通过习题练习，潜移默化的培养学生分析和解决问题的能力，以此激发学生的学习潜力。无论是现在，还是未来，对学生的创新能力和应用能力的培养至关重要。

3 结 语

本科教育，一定要重视教材尤其是一些经典模型，从中挖掘科学精神和科学思想，教学中自然体现高阶性和挑战性，同时重视课堂教学中融入先进的教学理念。而“模型→创新→应用”教育理念不仅基于以上提出，还对学生创新能力和应用能力的培养尤为重要，其作用在学生走向社会或继续学习深造时，才会有清晰的思路面对复杂的局面。这种能力的形成可能会影响学生的一生，也凸显了本科教育的重要性与深远意义。