科学家故事融入物理化学课堂的新模式探索

邢双喜

摘  要：本研究在思政教育的大背景下，尝试在物理化学教学过程中，组织学生参与录制与收看科学家故事视频，使学生将教材中的知识点与相应的科学家立体化地联系起来。首先，促使学生了解知识产生的背景与学科发展历程，加深对知识的理解；其次，引导学生从物理化学家的故事中领悟科学精神，提高自身的科学素养；最后，通过录制视频的过程，锻炼学生的逻辑思维与团队合作能力。通过活动的实施，努力实现“知识传授、能力培养与价值塑造”的人才培养目标。

关键词：物理化学；科学家；知识理解；科学精神；逻辑思维

中图分类号：G645    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2023）05-0100-04

通常在物理化学教学过程中，科学家的名字往往只与某一个公式或者定律简单地联系在一起，比如吉布斯相律、亥姆霍兹自由能等；还有些定律、概念与公式中都体现不出发现者的姓名，比如熵、热力学第一定律等。在面对这些定律与公式时，教师或者学生也许连相关的科学家什么样子或者是哪国人都不关注，更遑论去了解他们发现定律背后的故事。然而，这些人的奋斗经历与他们的成就却是一笔巨大的精神财富。如果能将他们的故事融入物理化学的课堂中来，使学生对他们产生兴趣，注定会加深学生对相关知识的认知，促进他们价值观的重塑。如今越来越多的教师尝试在物理化学的课堂中适当地引入相关科学家或化学史的介绍，以思政教育的方式引起学生关注，促使学生理解学科发展［1-３］。但是在系统化教学中穿插这样的环节，会因为时间原因导致介绍的内容受到很大限制；此外，如果融合的方式不好，则会导致知识学习与理解的不连续，甚至容易引起学生的反感。

从学生学习的方式来看，目前出版的很多物理化学教材都很重视介绍相关知识点对应科学家的个人情况［4-5］，但学生更多的是关注教材中知识点的讲解，他们甚至只围绕着教师的PPT进行学习。在这样的学习模式下，教材只是参考，学生很少系统阅读。不难想象，学生只关注知识的学习，忽略知识的由来，科学家的精神将很难被传承下去。因此，教师在物理化学的教学过程中增加了“讲述科学家故事”的环节，在课前以播放视频的形式将每节课与传授知识相关的科学家的故事分享给每位学生。希望通过这种形式的活动，能够使学生走近科学家，了解他们的成长经历，知道他们的奋斗历程，学习他们的思考方式，感悟他们的科学精神；能了解与之相关的物理化学知识的来龙去脉，加深对知识的理解；学生在参与活动的过程中，还能够充分锻炼自己各方面的能力，比如PPT的制作与语言表达，团队之间的合作以及逻辑思维等。

一、活动的实施

首先，在新学期伊始，教师根据教学内容拟定科学家名字，选择科学家的原则主要包括：1. 科学家与物理化学知识点密切相关，比如是某个定律的发现者，某个函数的提出者或者某个公式的构建者等；2. 科学家的可查资料比较丰富，至少涵盖其生平、发现定律与公式的过程以及产生的影响等；3. 科学家的故事能给人以启迪，能激发学生的科学探索欲望、努力奋斗的动力以及爱国主义情操等。以《物理化学》（傅献彩等主编，第五版上册）为例［6］，主讲教师根据课程内容相关的知识点，分别为热力学第一定律（迈耶、焦耳与亥姆霍兹）、热力学第二定律（卡诺、开尔文、克劳修斯、玻尔兹曼、奥斯特瓦尔德、吉布斯、麦克斯韦、基尔霍夫）、多组分系统热力学及其在溶液中的应用（拉乌尔、路易斯）、相平衡（克拉珀龙、黄子卿）以及化学平衡（范特霍夫、勒夏特列），挑选出17位科学家。

其次，教师发布通知，介绍活动的意义与模式，主要包含以下内容：1. 活动名称“人人来讲科学家的故事”；2. 活动背景为物理化学的学习过程中会认识许多的科学家，他们每个人都会有许多有意思的经历，这些经历也许会让同学在学习过程中与科学家产生共鸣；3. 参与方式为个人或者组队参与；4. 活动方式为学生搜集科学家资料，选择出镜直接讲解或者制作PPT录屏讲解，或推荐学生选择更加创新的表现形式。

再次，教师组织活动开展。1. 根据报名情况，分配任务，并重点提醒涉及前阶段课程相关科学家的同学，尽快完成任务。教师可以提前录制前期内容视频，一方面给学生作参考，另一方面避免学生因为时间紧张来不及完成视频制作；2. 活动前期，教师预先收集部分相关资料，学生则在此基础上进行补充或删减，完成录制视频的初稿；3. 学生提交视频初稿，教师从选材、PPT制作、语句表达、整体逻辑性等方面提出修改意见。从提交的初稿来看，学生存在的问题主要包括以下几点：1. 内容主次不分，没有突出科学家与相关知识点的联系；2. 画面粗糙，很难引起听者的兴趣；或者文字过多，录制者通篇以“读”的方式进行，达不到“讲”故事的效果；3. 语速过快、声音过小或者背景音乐干扰较大等，影响了收听效果。

最后，根据教师的意见，学生修改视频，确认版本之后，教师上传于BB平台，并于课前5分钟为全体学生呈现。以吉布斯为例，视频首先展示吉布斯的生平以及获得的荣誉，并配上经典人像；其次，介绍吉布斯在学术界的贡献，包括发表论文的情况，尤其是与物理化学课程密切相关的热力学问题，同时强调研究工作的影响力，比如在“关于多相物质平衡”的两册专著中总结标志着化学平衡理论的诞生。除此之外，视频进一步拓展介绍了吉布斯在向量分析以及统计学方面的贡献；最后，视频总结吉布斯的人格魅力，包括他自己的心态与作为以及他人的评价。

二、活动的效果与反馈

（一）录制视频反馈

本次活动共有16组（教师录制一份），共计25人参加（占全班人数的42%）。活动结束后，首先对参与录制活动的同学进行調研，调研内容包括报名目的、花费时间、对学科发展的理解、三观的影响以及能力培养等方面，总结得到如下结论：

1. 从报名参与活动的目的来看，有60%的学生是对活动感兴趣，而其余的学生则是从锻炼自己能力的角度选择报名的。没有学生是本着给老师留好印象或者完成教师任务的功利思想参与活动。可以看出，此活动的初衷得到了学生的认可，在学期结束全班调研中也发现，有近2/3的学生表示非常喜欢并希望活动继续开展下去。

2. 从录制视频花费的时间来看，68%的学生认为录制过程所用的时间与预期的差不多，12%的学生认为只要费些心思加以完善，可以较为轻松地完成视频的制作。剩余20%的学生觉得比预期要花出更多的时间才能达到较好的录制效果。以此分析，录制视频并不会对学生日常的学习产生太大影响，只要合理安排课余时间，可以顺利地完成任务。

3. 从理解物理化学学科发展的角度来看，60%的学生认为录制科学家故事的视频对此有较大的帮助，其余学生认为有一点帮助。这应该与学生搜集科学家故事的过程密切相关，搜集到的资料越充分，学生对科学家的认识越立体，对于科学规律的发现历程越清楚，从而能更深入地理解物理化学学科的发展。有学生在反馈信息中写道：“录制视频过程中，选取了科学家学术生涯中比较有代表性的几个实验，分析实验的过程、结果和实验带来的影响；还结合目前所学的知识，用通俗易懂的语言解释清楚每个实验。在这一过程中，选取实验相关的图片和视频，从而对物理化学课程的一些知识点有了更深刻的印象。有时看到相关题目，就能很自然地联想到自己录制的视频，从而想起某个知识点。”

4. 从世界观、人生观及价值观的角度来看，48%的学生认为录制视频的活动对其三观产生了很大的触动，其余的学生觉得有一些影响。例如有学生反馈意见如下：“通过录制科学家视频，在查阅文献和资料时对于科学家的生平和杰出贡献有了进一步的了解，拓宽了自己的视野，提升了自己的素质。对于科学家的认识不应该仅仅停留于他做出的科学成就，更应该学习他们身上可贵的科学精神——上下求索、严谨认真、坚持不懈。通过了解科学家的成长背景，体会到了环境的重要性——物以类聚，人以群分，不少的科学成就都是科学家们合作得出的，因此合作精神也是很重要的一个因素。”还有学生在录制麦克斯韦的视频过程中体会到：“想要学有所成，不可以故步自封，不可夜郎自大，应当勇于面对问题，积极解决。被他的坚忍不拔所吸引，被他的才华所惊艳，但更多的是学习的兴趣。希望学会前人的经验，将学到的知识应用与传播。”

5. 从能力锻炼方面来看，有80%的学生认为经过录制视频的过程，其语言表达能力有了明显的提高，72%的学生觉得自己PPT制作水平有了提高，60%的学生认为其团队合作能力得到了锻炼，48%的学生在材料组织与编写能力方面有了进步。比如有的学生提到信息搜集方面，她说：“在资料查找过程中，发现某些平台对于科学家的介绍较为简单，某些则完全没有。某些有差别的信息要结合已知资料和网站资料来源，筛选出正确的信息，这是对信息搜集整理能力的一种训练。”有的学生写道：“录制科学家的视频，提高了录制微课的能力，能清楚地感觉到自身在对微课节奏、讲述语气的把握上有了一些提高。”

（二） 观看视频反馈

组织活动所在学期为3学分的课时，超过2/3的时间以播放科学家故事视频为课前预热。学期末，对班级同学进行调研，全班共计60人，回收有效问卷52份。调研的内容主要涉及观看频率、学科理解、思想启迪、物理化学知识理解以及思政教育等方面。

1. 从观看视频的频率来看，31%的学生每节课都能准时收看，56%的学生能做到大部分时间观看。此外，11%的同学偶尔能提前进入课堂收看视频，只有1人从来没有看过。对于视频的观看，教师并没有强制进行要求，因此该结果是学生主动收看的有力凭证。

2. 从是否有助于物理化学学科理解的角度来看，40%的学生认为有很大帮助，54%的学生觉得有一点帮助，有3名学生认为没有帮助或者认为收看视频与理解学科发展没有关系。这个比例相对于录制视频参与者而言偏低，主要原因在于录制者会更全面地搜集相关科学家的素材并进行系统整理，而呈现在观众面前的只是精华的部分，整理素材本身就是一种认识与理解的过程。此外，收看者相比于制作者来说，可能只是关注过程或者流于表面，很难深入地去关注知识发展的脉络。

3. 从是否产生思想启迪的方面来看，29%的学生认为观看视频会受到较大的启发，例如有学生在反馈中写道：“科学家告诉人们，好奇心是人的天性中最重要的方面之一，也是激发探索科学奥秘的主要动机，而最能满足这种强烈欲望的方法是要勇于问为什么，勇于尝试、创新，勇于合理推翻前人的结论，而最终得到的就是自己的成果。”46%的学生觉得观看科学家视频有一点思想启发，少部分学生没有体会到变化或者只是当作故事来看。可见，只有亲自参与到活动当中，才能更好地体验科学精神，触碰自己的思想。

4. 从理解相关物理化学知识的角度来看，71%的学生认为从视频观看的过程中，对知识的来源有了一定的认知，19%的学生能较好地理解知识的来龙去脉。这说明观看视频可以帮助学生在发展中学习知识，从而加深知识的理解。在学生的反馈中，有这样的文字：“在学习物理化学的过程中，初学者往往会遇到很多困难尤其是涉及一些定理的推导、公式的推演等。通常无法像科学家一样以犀利的眼光去剖析问题的本质，那么就难以对该问题有实质性的突破。而通过了解每个知识体系背后的科学家后，跟随着科学家的思路去看待这些问题，就不会对书本上的一些推演过程感到不可思议，这对于学习物理化学有很重要的指导意义。再者，要做重要且实用的化学。书本上的知识固然重要，但是学习理论知识的最终目的就是指导实践应用，通过对科学家的科研成果的了解，不仅能深入理解理论知识，还能拓宽思路，利用研究的理论知识去解决实际问题，这也是观看有关科学家视频能带来的益处。”

5. 教师调研了从学生角度看待化学史教育融入课堂的必要性。60%的学生认为很有必要，可以帮助学生深入理解物理化学的课程体系。40%的学生则是从迎合思政教育的角度认为有必要开展此类活动。学生在感想中提道：“观看这些视频，不仅有助于更好地理解课本中的知识，而且也帮助大家学习到这些伟人身上的精神，包括勇于实践的科研精神、敢为人先的创新精神、不言放弃的坚持精神等，对今后的学习科研都有着重要的意义。”再比如“通过这次活动，大多数同学认识到了解化学史、科学史对课堂帮助很大，可以让同学们更感兴趣、记忆更深刻，也能感受到科学家刻苦钻研等宝贵精神，并且通过对科学史的学习，可以对知识点有更深入的理解，促进对学科的认识。通过亲身感受活动的影响，以后也将类似的活动引入自己的课堂教学中。”

三、总结与反思

《高等学校课程思政建设指导纲要》针对理学、工学类专业课程的建议中提到，“要在课程教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力”。在实施录制与观看科学家视频的活动中，学生确实从中体会到了科学家们敢于质疑、博学求真、勇于创新和务于人文的科学精神。这样的教育固然有其形式化的不利因素，但是学生普遍能够接受，并将其内化于心，从而使思政教育有效渗入物理化学的课堂中来，起到了良好的教学效果。同时，了解科学家故事，学习科学家发现问题、思考问题和解决问题的方式，可以潜移默化地培养学生观察、分析、概括、综合等逻辑思维能力，有助于其人格魅力的养成与综合素质的提高。

从活动的整体性与系统性来讲，由于是不同的学生分组进行视频录制，其素材搜集的容量、重点关注度、PPT的设计与录制风格等都存在不同程度的差异，可能导致学生在观看视频的过程不具备可持续性；观看视频可以周期性组织，但录制视频是一次性还是周期性开展就需要教师结合实际情况考虑；在教学过程中，如何巧妙地将视频中的信息与讲授和讨论的知识点进行融合，是教师要着重解决的一个关键问题；如何引导学生从录制与观看视频中最大限度地汲取能量，完成自身的能力进化，也是值得教师深思的问题。

参考文献：

［1］ 尚小红，赵振波，关爽. 关于化学史在物理化学教学中所起作用的几点思考［J］. 广州化工，2019，47（20）：178-179.

［2］ 许杰，薛冰. 化學史和人文精神在工科物理化学教学中的运用［J］. 广东化工，2020，47（20）：151.

［3］ 程学礼，赵燕云. 化学史融入物理化学课堂教学刍议［J］. 轻工科技，2021，37（04）：176-177.

［4］ 范康年. 物理化学（第二版）［M］. 北京：高等教育出版社，2005.

［5］ 彭昌军. 物理化学（第七版）［M］. 北京：高等教育出版社，2021.

［6］ 傅献彩，沈文霞，姚天扬，等. 物理化学（第五版）［M］. 北京：高等教育出版社，2005.

（责任编辑：向志莉）