基于PBL模式的物理化学教学改革探讨

冯媛媛　孔德生　朱霄

摘要：针对物理化学教学过程中普遍存在的问题，提出基于PBL模式的物理化学课堂教学法，建立“以问题为中心，以学生为主体”的教学理念，着重培养学生自觉主动学习、勤于思考以及独立解决问题的能力。在更新创新理念、转变教学模式以及将基础实验与研究性实验进行结合等等方面提出了物理化学教学改革的几点举措，旨在提高学生的创新意识和创新能力。

关键词：PBL教学模式；物理化学；教学改革；创新

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）17-0089-02

一、前言

PBL（Problem-based-learning，PBL）是一种以问题为基础的教学模式，是以提高学生自学意识和自己解决问题能力为目标的教学法。它是1969年由美国神经病学教授Barrows提出的[1，2]，上个世纪80到90年代，PBL模式在北美和欧洲部分高校得到了较快的发展。其精髓在于“以问题为中心，以学生为主体”，着重培养学生自觉主动学习、勤于思考以及独立解决问题的能力，培养学生的创新意识和参与意识，目前已成为国际上公认的、最受欢迎的教学法之一。

物理化学是大学化学类专业的一门重要基础课，是四大化学（无机化学、有机化学、分析化学、物理化学）中概念性、理论性、系统性和逻辑性都很强的学科。该课程涉及到的理论和公式非常多、公式使用条件严格，而且与高等数学和普通物理有着千丝万缕的联系，因此该课程对培养学生的逻辑思维能力和严谨的科学作风有着重要作用。但是，受传统教学模式的影响，目前在物理化学教学过程中还普遍存在重理论及书本知识的传授、轻实践能力培养的现象；以教师讲授为主，以学生探索为辅的教学模式也严重影响了学生自学意识和创新能力的培养。因此，提高本科生的自学意识和创新能力已成为大学教育亟待解决的问题。在教育资源无法满足学校教学改革需求的情况下，要充分发挥教师的主观能动性，调动学生的学习积极性，改革教学模式，提高学生的综合能力，从而提高其社会竞争力，为社会发展做贡献。结合我们在物理化学教学方面的点滴经验，我们对物理化学教学改革提出如下几点举措。

二、物理化学教学改革举措

1.更新创新理念。首先使学生树立崇尚知识的理念。在科技迅速发展的今天，无论进行怎样的创新改革，具有广博的学识是实现创新的基础。实现创新要建立于知识积累基础之上。知识本身蕴含丰富的创造力，没有广博的知识作为基础，创造力就失去了基本保障。没有广博知识为基础的创新也如同空中楼阁，经不起任何推敲和考验。另外，要实现物理化学教学的创新，培养学生的创新意识和创新能力，教师起到关键的作用。教师在教学的同时需要从事科学研究工作，而且要时刻关注科学前沿的创新成果，并把这些成果融入到物理化学的教学过程，使学生建立崇尚科学、崇尚知识的理念。教师要经常阅读高端的科技文献，与时俱进，不断汲取学术上的新思想、新观点、新成就，更新教学内容[3]。第三，要引导学生持有怀疑的态度和批判的精神。要让学生敢于怀疑、善于怀疑前人的经验和做法，不循规蹈矩，不盲从于经典。鼓励学生多参与讨论、敢于发表观点、积极查阅资料，只有时刻保持怀疑的态度，才会使学生的思维一直处于活跃的状态，才会使其创新能力得到培养。

2.PBL教学模式引入物理化学课堂。目前，我国高校的物理化学教学还基本停留在以教师为中心的授课模式上，学生一直处于被动地接受知识的状态，这样学生学习主动性和积极性的养成受到了很大限制。因此，如何在课堂上调动学生的学习积极性成为提高教学效果的关键。理论联系实际是课堂教学内容的画龙点睛之笔，在课堂教学过程中，在引入一个新的知识点前，先有意识地设计问题（Problem），适时引入与工业生产、生活密切相关的现象和问题，启发学生思考，然后让学生带着问题去听课，在他们对相关的理论知识有了深入了解之后，再将问题与知识点进行结合，引导学生利用所学的知识点解决问题并进行讨论。这样不仅活跃了课堂气氛，也可使学生有成就感，对增强学生的学习积极性和主动性、提高学生的学习兴趣与热情非常有帮助。比如，我们在讲到表面张力和接触角的概念时，给学生看一段水黾在水面自由行走的视频，这时提出问题引导学生思考，为什么水黾可以在水面自由行走而不会掉落水中？在学生明确表面张力和接触角的概念后，我们给出发表在《Nature》期刊上的水黾腿的扫描电镜照片，告诉学生水黾腿是被无数细长的微米级的刚毛覆盖，单根刚毛上具有精细螺旋状的纳米凹槽结构，在刚毛与纳米级凹槽的空间中形成气垫，阻碍了水的浸润，宏观上表现出水黾腿的超疏水特性，与水的接触角可高达167.6±4.4o，这使得水黾在水面行动自如，即使在狂风暴雨中也不会沉没[4]。其实，生产和生活中的很多实际现象都用到了物理化学的知识，在讲授这些知识点之前，教师预先设计问题，对激发学生的学习兴趣具有一定的积极作用。再如，我们在讲到克劳修斯-克拉贝龙方程时，首先提出同学们非常熟悉的现象：在青藏高原上煮鸡蛋时不容易煮熟。同时提出问题：这是为什么？学生热烈讨论后，我们再推导水的沸点和饱和蒸气压的关系，告诉学生通常我们说水的沸点是100℃，但这不是一个定值，100℃是随着饱和蒸气压的改变而改变的。青藏高原上气压低，水的沸点要低于100℃，因此煮鸡蛋时不容易煮熟。生产和生活中的很多实际现象都用到了物理化学的原理，有些现象学生非常熟悉，专业课的讲授在与高速发展的科技紧密结合的同时，必须与现实生产生活中的实例进行结合[5]，让实践融入课程内容，不断强化当代大学生勤于思考和独立解决问题的能力。

3.基础实验教学应与研究性实验教学相互补充。我们学院的物理化学学科是省级重点学科，物理化学实验是省级精品实验课程，这为我们进行教学改革搭建了很好的平台。实验课是培养学生创新能力的实践场所，物理化学实验是一门理论性、实践性和技术性都很强的课程，它综合了化学专业中各分支学科所需要的基本研究技术和研究方法，在化学专业实验课程中占有重要地位，与其他基础化学实验课程相比，更注重理论与实践的结合，更注重学生综合实验技能的培养。通过物化实验，不仅可以加深学生对基础物理化学理论的理解，而且更能提高他们运用相关技术与方法去分析和解决实际问题的能力。但是，传统物化实验技术单一，内容只局限于某知识点的一个方面，对学生综合能力的培养还很不够，学生进入实验室往往出现“照方抓药”的现象。因此，综合性实验的开发显得非常有必要，综合性实验是围绕某一知识点将多个相关的实验内容进行有机整合，对学生实验技能和实验方法进行综合训练的一种复合性实验，具有连续性、综合性和全面性等特点。在教学过程中，需要加强以探究为目的的研究性实验教学在物理化学实验课程中的比重，使之与基础实验教学相互补充。让学生通过文献调研、设计实验方案、动手操作、在实验中解决实际问题、处理数据、撰写研究报告等环节，逐步提升独立思考、分析与解决问题、应用技能等科学研究能力和创新能力。综合性实验从不同角度对某一知识进行深入的探究学习，有助于学生开拓实验思路、深刻理解教学内容。因此，将PBL教学模式融入物理化学综合实验教学，会更注重学生综合能力的培养，强调突出学生的主体地位。endprint

近些年来，在积极适应社会发展要求的基础上，我们学院确立了厚基础、宽视野、重创新复合型人才的培养目标，在改进实验教学、组织本科生科研训练、本科生工业实习以及毕业设计等方面做了大量的工作，并取得了显著成绩。根据现有实验条件，我们尽可能加大科研训练在本科生中的覆盖度。目前我们物理化学教研室年轻博士居多，绝大多数老师在工作后不久即可申请到国家自然科学基金和省自然科学基金，我们认为，将教学与科研进行结合、让科研反哺教学的时机已经成熟。让学生自己组成科研小团队进入教师的专业实验室进行科研训练，让绝大多数学生在本科阶段都能在实验室锻炼1～2年甚至更长的时间，这对于培养他们的合作精神、科学素养极其重要。经过近几年的实践，我们发现，学生经过这样的锻炼后，对物理化学课程的学习更加扎实，对科学前沿领域的敏锐程度大大增强，对科学研究产生了浓厚的兴趣，综合素质也得到了较大程度的提高，在每年举行的山东省大学生化学实验技能大赛等比赛中已有多人获得优异成绩，展现了良好的实验技能和科学素养。

三、结语

物理化学课程的教学既是一门科学，也是一门艺术，是一项长期、系统的工程。总之，无论进行怎样的教学改革，教学改革各项措施和做法的效果，最终都要落实体现到教学对象学生身上，为社会培养合格的高素质人才，是教育工作者的最根本任务。建立“以问题为中心，以学生为主体”的教学理念，采用灵活多变的教学方法，调动学生主动、自觉、自主的学习能力，培养学生的创造力和分工协作能力，训练学生科学思维、逻辑推理和解决问题的能力，还有很多工作要做。

参考文献：

[1]Barrows H S.A taxonomy of problem-based learning methods[J].Med. Educ.，1986，20（6）：491-486.

[2]张敏，陈立军，靳秋月，姚丽.基于PBL模式的综合性生物化学实验探索[J].现代生物医学进展，2009，9（17）.

[3]高盘良.与时俱进，实现物理化学教学的创新[J].临沂师范学院学报，2004，26（6）：76.

[4]Gao X F，Jiang L.Water-repellent legs of water striders[J].Nature，2004，432（7013）：36.

[5]陈燕芹，刘红，石谦，杨敏建.化学专业物理化学教学改革的研究与思考[J].广州化工，2013，41（19），153.endprint