创新思维训练在物理化学教学中的渗透与实践

谢亚红*，陈华梅，郭凤娇

（新疆大学化工学院，新疆 乌鲁木齐 830017）

1 大工科背景下，物理化学的教学使命

“物理化学”是通过数学和物理学的理论与方法研究化学变化的基本规律和理论的一门学科。经过近一个半世纪的发展，物理化学已经形成完整的理论体系和成熟的研究方法，如何将这些经典理论和研究方法与日新月异的科学技术与研究成果相结合，使教学内容更具有启发性，教学方式更具有引导性，是创新型人才培养赋予物理化学教学的任务与使命。

然而，我国传统教学模式以教师为中心，以教材内容为核心，不利于培养学生的自主学习能力和创新思维。学生固守书本、死记硬背的学习方式也使他们缺乏批判性思维、不善于创新、不敢于质疑。因此，怎样在物理化学的教学过程中，从教学内容、教学模式上改革与创新，激发学生学习兴趣，训练学生的创新思维是目前物理化学教学的当务之急。

2 物理化学教学改革与创新思维训练的渗透

从2016年开始，新疆大学化工学院着手全面推进创新型人才培养模式的创建。以学生为中心，以问题为导向，以创新思维培养为主线，打破传统的以理论教学为主的课程体系，教学内容与时俱进，教学手段多重互补，实践教学齐头并进，并辅以思政内容的融入，构建了问题导向、能力本位的创新人才培养模式。

2.1 教学内容与时俱进，教书与育人相互促进

物理化学教学内容根据学科发展，结合教师的科研工作与时俱进，科研反哺教学，以高水平科研带动高水平教学，训练学生用物理化学的角度和方法解决实际生产和科学研究中的实际问题。增加新理论、新材料、新技术的应用及与物理化学基础知识的关联性内容。同时，将思政要素与物理化学知识融合，“教书”与“育人”相互促进，为“物理化学”课程中枯燥、抽象的内容和烦琐难懂的公式赋予新的含义和内涵，达到育人于教，润物无声的效果。

2.1.1 以问题为导向，为自然现象寻找理论根源

在授课过程中，以问题为导向，启发学生思考和讨论，并通过查阅资料寻找答案。例如，在界面化学章节，可以提问：水滴为什么不能润湿荷叶？小虫子为什么能够停留在水面上？洗衣液是怎样把污渍从衣物上带走的？在学生的思考和讨论后引出本章的内容：表面张力，表面能，接触角等概念和相关知识，进一步引导学生关注目前的学科前沿，如高分子材料助剂的改性研究。讲到催化剂时，可以结合催化剂在合成氨过程中的重要作用，问问学生为什么人们一直在努力研究常温常压合成氨？以问题为导向，引导学生多思考，对激发学生好奇心和创新意识，训练学生的创新思维具有非常明显的效果。

2.1.2 以理论形成的过程为线索，让学生学着以科学家的视角分析问题

任何理论的形成都具有一定的过程，具有其特定的历史背景和形成原因。与现在先进的仪器设备和实验条件相比，过去的科学家使用的仪器设备和实验条件相对落后，却产生了一批又一批举世瞩目的科学理论和研究成果。在知识探索的过程中，鼓励学生以科学家的视角分析各种自然现象，推演理论形成的过程，对培养学生的创新思维能力和探索精神。如讲到热力学第一定律时，让学生回答为什么第一类永动机造不出来？分析历史上各类永动机失败的原因，从而引出热力学第一定律，即能量守恒定律。科学家的小故事很多，捎带插入课堂中，可增加课堂的趣味性，激发学习兴趣，也可使学生的大脑在理科的思维中稍作休息。

2.2 教学手段多重互补

根据“学生为主体、教师为指导”的教学理念，通过改变传统教学方式，改变枯燥的理论讲解，教师以引导学生思考、分析、总结、陈述、分享为主，穿插知识点为辅，通过案例分析、小组讨论、翻转课堂等形式启发学生，让学生养成勤思考、多提问的习惯，激励学生进行创新性思考，逐步提高学生学习的主动性、科学思维能力和解决实际问题的能力，让学生在不知不觉中感受和领悟创新思维的魅力。

（1）开放式教学：以问题为导向，以教学大纲和教材作为主线，在教学互动环节增加物理化学相关领域最新的研究成果，可以是相关科技新闻、最新学术文献，也可以是最新科技视频。让学生通过对最新科研成果的跟踪学习，掌握最新研究成果的理论基础，加深对理论的理解，并将课堂所学与实际科技发展结合，解决生产、生活中的实际问题。

（2）互动式教学：在授课方式上，结合“翻转课堂”和“小组讨论”方式，将学习自主权交到学生手里，结合“教师—学生”互动教学方式，让学生在教师上课讲授的内容基础上查阅并收集相关文献，进行知识拓展，跟踪最新研究成果，并进行一定的总结、整理和汇报，从而加深对课堂知识的了解和应用，提高分析和解决问题的能力。

（3）线上—线下混合式教学：以学生为主体，通过各种网络资源的推送，构建“线上—线下混合式教学”模式，将学习主动性真正交到学生的手里。在课堂授课环节，通过传统多媒体PPT+讨论环节将教材中的理论、概念、基本公式讲清楚，再通过QQ群、雨课堂、腾讯会议、小组讨论相结合的线上授课模式，用习题和实际问题解决来加深概念的理解和公式的应用，挖掘、培养学生在学习过程中的主动性和创造性，有效地拓展学习时空。

2.3 实践教学齐头并进

（1）综合实验：课题组按照“合成、制备—分析、表征—实际应用”这样“一条龙”式的实验设计思路设计部分综合实验，如接触角、电化学、胶体与界面化学，动力学，双克方程等，将教学与教师的科研工作相结合，通过综合实验环节，让学生对材料合成与制备，性能评价与表征、探索实验条件等多个环节和整体实验设计都有全面系统的了解，帮助学生将所学的理论知识融会贯通，激发学习潜能，培养团队合作精神。

（2）开放实验：实验室全天开放，由实验老师提前准备好实验所需药品试剂，调试好所需实验仪器，并负责在整个实验过程中随时解决和协调可能出现的任何问题。学生在当天任何时间根据自己的具体情况自主安排实验进度，协调公共仪器设备的使用，这样既节约了学生的时间，合理配置了仪器的使用，也锻炼了学生的组织协调能力，保证了实验的顺利完成。

（3）设计实验：由实验老师设定好实验目标，让学生通过查阅文献等途径，利用学校能够提供的实验条件自主设计实验方案，选择实验原料，安排所需要仪器设备，协调实验时间，完成教师制定的实验目标。通过设计实验，很好地培养了学生综合分析问题和解决问题的能力，培养了分析和解决问题的能力，并反过来加深对课本理论知识的进一步认识和理解。

3 结语

总之，物理化学理论性、逻辑性强，知识点多，内容庞杂，且已经具备完整的理论体系和经典的研究方法。如何通过物理化学教学激发学生的创新精神，训练学生的创新思维，培养学生的创新实践能力，是大工科背景下创新人才培养的需求，也是祖国建设和时代发展的需求。本课题组通过物理化学教学内容和教学方法的改革与创新，将创新思维的训练渗透到教学的方方面面，形成了以学生为中心的教学体系，为创新人才的培养提供了一种可以借鉴的模式。