“双创”视域下的物理化学课程教学改革与实践路径研究

刘越，郭锐，陈伟凡，饶郑刚

（南昌大学 物理与材料学院，江西南昌 330031）

新一轮科技革命和产业变革在快速发展，新技术、新产品、新业态和新模式蓬勃兴起。在这样的时代背景下，高校能否通过教学改革，提高学生知识应用水平，是培养创新创业人才的关键。物理化学是材料学科的专业基础课，其内容涵盖了材料科学的基本规律与定理，为后续深入、细化的专业课程提供重要支撑，因此，本门课程的教学质量直接影响学生的专业知识基础是否扎实稳固。立足当前“大众创业、万众创新”的新局面[1]，切实革新物理化学课程的教学模式，对于培养“双创型”材料专业人才具有重要意义[2]。

1 材料专业物理化学课程教学现状分析

物理化学课程不仅是构成化学科学的理论基础，也是培养材料类专业人才知识结构及能力结构的重要组成部分[3]。在材料类专业教学中，物理化学课程起着承上启下的重要作用，课程既延续先导性的基础课程，又承接了后续的专业课程。现代物理化学是研究所有物质体系所包含的共通性的化学行为原理、规律及方法的课程，涵盖从微观到宏观对材料结构与性质的关系规律、化学演变过程及其控制途径的研究，与自然科学的研究前沿密切相关[4]。更重要的是，由于物理化学是伴随人类生产实践产生的一门学科，为各种产业创新提供理论指导与实践依据，因此，若遵循“单纯理论课程+验证实验教学”的传统教学模式，容易造成教学内容与科技发展脱节、知识与应用实践关系弱化，对学生思维方式的改变和创新意识的培养带来不利影响。近年来，众多高校在物理化学课程教学改革方面进行了有益的探索和尝试[5]，通过课堂调研与分析可以发现，当前的物理化学课程仍然存在两大共性问题。

1.1 教学模式陈旧，课堂缺乏活力

“课堂讲授为主、实验操作为辅”目前仍是许多任课教师主要选择的教学方式。尽管目前的物理化学课程教学大纲具有较为完善的知识体系，但传统的教学模式需要通过细致的知识点梳理，以达成系统性的学习目标。这类教学方式对抽象概念的讲授较为刻板，学生往往处于被动学习的状态，缺乏积极性与主动性[6]。值得关注的是，作为理论课堂的补充，物理化学课程的实验教学环节同样存在改进空间。尽管带着预设进行的实验可以加深学生对这一知识的理解，却无法充分发挥理论知识的实用性，更难以促进学生创新思维的发散。传统教学模式会导致物理化学课堂缺乏活力，教学效果大打折扣。

1.2 案例内容陈旧，理论学习与实际运用脱节

首先，社会发展日新月异，新型材料层出不穷，然而，目前物理化学课程所用的教材中列举的案例内容滞后，缺乏时效性。其次，尽管讲授物理化学课程的教师主要来自材料科学或材料化学等专业[7]，但因经典的物理化学内容难点较多、知识点的逻辑关系非常紧密，学生理解起来相对困难。因此，现阶段教师会更侧重于理论内容的讲解，忽视了与专业特色之间的联系。再次，专业相关的前沿科创成果与课程的融合度较低，学生无法及时获取创新科技的发展动态，物理化学课程理论知识的学习与实际应用脱节[8]。最后，课堂教学内容与地方经济社会联系不紧密[9]，人才培养与地方特色产业之间缺乏有效对接，学生无法明确物理化学知识在实际生活、工业生产和经济建设中的重要性，难以培养学生学以致用的能力。

2 材料专业物理化学课程教学改革方案

基于材料专业物理化学课程的教学现状，本文提出以“双创”为导向的教学改革方案，其核心思路在于深入贯彻“双创”理念，提升课程的应用价值。具体方向分为：构筑“知—意—行”三维一体的协同教学框架，主要围绕理论知识（知）、创新思维（意）、实践能力（行）三个方面，依托“原型启发、任务驱动、理实交融、应用创新”四条实施路径，提高学生科学认知，锻炼学生创新思维，强化学生动手能力，引导学生积累探索经验，主动参与新一轮的实践研究，在环环紧扣、前后联系的教学闭环中，实现学生专业素养与实践能力的螺旋式上升，使学生根植创新意识，培育创业能力。

将学生创新思维和创新意识的培养纳入课程目标，重视培养学生的创新思维和实践能力。教师优化教学内容，在保留经典验证性实验案例的基础上，鼓励学生围绕科研训练和“双创”课题，提炼科学问题，并以此为基础，通过设置开放的探讨实践活动，促使学生运用物理化学课程知识合作解决材料制备、器件设计及其应用过程的难题。在确立上述方向的前提下，“双创”理念融入物理化学课程教学的实施路径可分为两个方面：

2.1 任务驱动，理实交融，培育“双创”素养

革新教学方法，以任务驱动学习，使学生在“理实一体式”的学习情境中，深度锻炼，强化逻辑，萌发科学研究的创新思维，掌握开展科学研究的方法。首先，学生通过主题探究的形式，挖掘原型案例的科学问题。在此基础上，师生共同分析，通过假设—辩论—举证的方式，帮助学生打通知识网络的各个节点；其次，鼓励学生运用课程知识类比发散方法，以材料应用为目标，开放式设计科研实验，深度激发学生的创新活力；最后，教师倡导学生将课堂兴趣延续到课外，依托学科团队，积极参与企业实习和教师团队的科研项目，将所学知识用于实践活动，提升材料专业的应用实训效果，培养学生的知识迁移和创造能力。

2.2 原型拓展，联系前沿，探寻应用新知

打破传统教学案例的局限性，关键在于扩充原型情境，突出材料学科及其应用技术的特色。教师应以学生参与的科研活动及生活所见现象为基础，丰富案例类别与数量；以解决实践过程遇到的问题为导向，提炼课堂任务信息，启发学生反思提出的科研问题与实际现象，将预设框架与课堂所学知识有机融合，协作探索解决方案。教学内容应与材料学科前沿技术相结合，教师引导学生了解本省特色资源的产业进展，开阔视野，同时鼓励学生发现知识的创新应用价值，主动参与“双创”竞赛等实践活动[10]，分析科学现象，深化对课程内容的理解。

3 材料专业物理化学课程教学改革实践探索

3.1 深剖行业案例，挖掘科学问题

以“卡诺循环”为例，其作为热力学第二定律章节的重难点内容，学生对其理解程度直接影响后续章节的运用。长期以来，“卡诺循环”的教学环节多以简单的图示推导为主，缺乏具象化的材料应用案例剖析及问题导入，学生不知“学为何用”，学习兴趣受到影响。为解决这一问题，教师可以燃气涡轮发动机为案例原型，引导学生通过观察发动机剖视图，了解其工作原理是基于“卡诺循环”，逐步解析工作过程。在此期间，教师与学生共同探讨提高燃料使用效率的方法，如覆盖稀土热障涂层等。学生不仅强化了对章节重点知识的理解，更明确了稀土材料在工业器件领域的重要应用。教学过程从行业角度出发，挖掘科学要素，最终回归应用，解决实际问题，自始至终紧密围绕材料专业热点话题。该方法可将教学内容与市场应用无缝衔接，紧随材料产业的前沿发展动态，促进校企合作[11]，为地方特色材料产业培养工程技术创新人才。

3.2 联系学科前沿，开发“大创”课题

教师需结合材料专业特色，通过调研科研文献，深入挖掘材料科学前沿领域与物理化学课程教学相关的新热点、新思想和新理念[12]，如能源转化与存储、污染物治理等领域内契合“双碳”战略目标的研究内容，引导学生探索“绿色”新材料。具体实施路径为可设置蕴含物理化学知识的大学生创新创业训练计划课题[13]，鼓励学生积极参与，延伸教学环节，将理论知识与实践探索相联系，锻炼学生创新能力，提升学生综合素质。项目开展期间，学生通过与教师交流探讨，进行操作，深化对学科知识的理解，将单一的学习转化为多元探究，从做中学、从学中思，将物理化学知识真正转化为创新实践的成果。“大创”训练计划项目的实施时间与物理化学课程的教学时间安排重合度较高，有助于促进学生将物理化学知识与“双创”理念融合，进而让学生感受到物理化学知识与创新科研领域的紧密联系，意识到学习物理化学课程的重要性和必要性。

3.3 参与“双创”竞赛，实现能力提升

传统的物理化学课堂以教师为中心，学生缺乏参与感，学习效果欠佳。为改变现状，教师可实行翻转课堂教学模式[14]，突出学生课堂主体的作用，提升学生参与度，活跃课堂氛围。学生在课余时间，围绕自身参与的“互联网+”创新创业竞赛项目，发掘与物理化学课程相关的基础问题，并提出初步的解决方案。课堂上，师生共同为参赛者出谋划策，进而将传统的验证性学习环境转变为更具创新性、实践性和挑战性的路演模拟课堂，提高学生的思考主动性和课堂专注度，激发学生求知欲，强化团队合作。对于科研兴趣浓厚的学生而言，“双创”竞赛与课堂学习融合的新环境不仅为其提供了施展空间，更能助其运用理论知识不断完善项目方案，反哺课程教学，实现学以致用的教学目标。

4 结语

创新创业人才培养是高等学校的重要任务，满足“双创”需求的教学改革是新时期人才培养的关键。“双创”视域下物理化学课程教学模式的革新，有助于改变原有的系统性学习方式，转变为系统性学习与应用一体的学习方式，使“双创”教育和专业教育融合，学生的综合素质可获得全面提升。教师的科研方向与专业课程体系教学内容的结合更加紧密，有利于建成一支以创新创业为导向、教研能力强、工程实践经验丰富的高素质课程团队。