創(chuàng)新思維在物理化學(xué)教學(xué)改革中的探索

王女

摘要：本文闡述了在物理化學(xué)教學(xué)改革中，教師本身創(chuàng)新意識和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的重要性。通過結(jié)合教師本人的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從引入化學(xué)史、理論聯(lián)系實(shí)際、教學(xué)與科研相結(jié)合三個方面，探討了在物理化學(xué)教學(xué)改革中如何進(jìn)行創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，如何提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的人才。

關(guān)鍵詞：物理化學(xué)；創(chuàng)新思維；教學(xué)方法

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）19-0076-02

一、引言

物理化學(xué)是采用物理學(xué)中的原理和方法，從物質(zhì)的物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象入手，研究并建立化學(xué)變化基本規(guī)律的一門科學(xué)[1-3]。物理化學(xué)是一門理論性、系統(tǒng)性和邏輯性都很強(qiáng)的學(xué)科，因此也是本科生學(xué)習(xí)的“四大化學(xué)”中最后的一門基礎(chǔ)理論課。同時，由于物理化學(xué)基礎(chǔ)理論中公式繁多、推導(dǎo)復(fù)雜、應(yīng)用條件嚴(yán)格，因而在學(xué)生中一直被列為最難學(xué)的課程之一。正是因?yàn)槲锢砘瘜W(xué)是化學(xué)以及化學(xué)相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)理論，邏輯性強(qiáng)、系統(tǒng)性高、概念多等特點(diǎn)，這樣才有利于在課堂上培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

創(chuàng)新是一個民族的靈魂，是國家興旺發(fā)達(dá)的動力。創(chuàng)新思維是指以新穎的方法解決問題的思維過程，特別是在創(chuàng)造性活動中的思維過程。通過這種思維能突破常規(guī)思維模式，從獨(dú)特的視角去思考問題，是人類思維的高級過程，通過創(chuàng)新思維可以提出與眾不同的解決方案，從而產(chǎn)生新穎的、更具社會意義的思維成果[4，5]。因此在大學(xué)物理化學(xué)課程中進(jìn)行創(chuàng)新教育是非常重要的。

二、提出概念時引入化學(xué)史，激發(fā)學(xué)生求知欲

物理化學(xué)課程的主要內(nèi)容就是系統(tǒng)地介紹19世紀(jì)到現(xiàn)在物理化學(xué)家的理論和實(shí)驗(yàn)成果，因此在物理化學(xué)課程的教學(xué)過程中，結(jié)合化學(xué)史的內(nèi)容，既可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神和求知欲，加深學(xué)生對于基礎(chǔ)概念的理解和掌握。

物理化學(xué)中的很多概念、物理量都是由科學(xué)家的名字命名的，在講授概念的時候穿插一些化學(xué)家的生平事跡，以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度可以引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以加深學(xué)生對概念的理解。例如，熱力學(xué)中的重要人物之一吉布斯是位大器晚成的科學(xué)家，他在1873年34歲才發(fā)表了第一篇重要論文，在其后的論文中提出了三維相圖的思想。當(dāng)時已經(jīng)是著名科學(xué)家的麥克斯韋對吉布斯提出了三維相圖的思想贊嘆不已，親手做了一個石膏模型寄給吉布斯。直到1878年，他又提出了吉布斯自由能，化學(xué)勢等概念，闡明了化學(xué)平衡、相平衡、表面吸附等現(xiàn)象的本質(zhì)。但是由于刊物的發(fā)行量小以及吉布斯純數(shù)學(xué)推導(dǎo)的寫作風(fēng)格，這篇論文當(dāng)時并沒有受到重視。直到十幾年后，才開始受到歐洲同行們的重視。在動力學(xué)的研究中，同樣有許多重量級的科學(xué)家。范特霍夫是獲得諾貝爾獎的第一位化學(xué)家，范特霍夫從中學(xué)開始，就對化學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，曾經(jīng)偷偷鉆到實(shí)驗(yàn)室偷做實(shí)驗(yàn)被老師發(fā)現(xiàn)，卻因平時的勤奮好學(xué)而得到了老師的原諒。隨后，范特霍夫的父親得知兒子很喜歡化學(xué)，在家里讓出一間房子專供兒子做化學(xué)實(shí)驗(yàn)。從此，范特霍夫就開始“經(jīng)營”自己的小實(shí)驗(yàn)室。把平時的零用錢積累起來購買各種實(shí)驗(yàn)器具和藥品，開始從事自己的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。由于在化學(xué)動力學(xué)和化學(xué)熱力學(xué)研究上的貢獻(xiàn)，他獲得了1901年的諾貝爾化學(xué)獎。電化學(xué)中原電池的發(fā)明起源于解剖學(xué)家伽伐尼在解剖青蛙的時候發(fā)現(xiàn)動物身上的“生物電”現(xiàn)象。物理學(xué)家伏特受到啟發(fā)，發(fā)現(xiàn)電流的產(chǎn)生不需要動物組織，電的產(chǎn)生是由于兩種不同金屬的接觸，電流是由于兩種金屬通過肌肉連接，構(gòu)成回路而產(chǎn)生的，從而用銅片、鋅片、浸鹽水的紙片，發(fā)明了伏特電池組。以上三位科學(xué)家的研究經(jīng)歷，對學(xué)生有三點(diǎn)啟示作用。首先，對待科學(xué)要實(shí)事求是，尊重實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并有不斷追求真理的精神和毅力；其次，不要放過任何微小的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和偶然，能把握住機(jī)會的都是有準(zhǔn)備的人，認(rèn)真細(xì)致的觀察和不斷的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是提出自己理論和見解的基礎(chǔ)；再次，就是針對前人的知識和經(jīng)驗(yàn)，不能全盤接受，要敢于懷疑、批判和創(chuàng)新，尤其是在青年階段，更要活躍思想，發(fā)揚(yáng)科學(xué)的探究精神。

在近代的物理化學(xué)研究中，中國科學(xué)家的突出貢獻(xiàn)并不是很多。溫度是熱力學(xué)中最重要的參數(shù)之一，我國著名的化學(xué)家黃子卿先生在水的三相點(diǎn)測定中做出了杰出的貢獻(xiàn)，他所測得的水的三相點(diǎn)為0.00980±0.00005℃，至今被推崇為水的三相點(diǎn)的可靠數(shù)據(jù)之一，并被選為國際實(shí)用溫標(biāo)的基準(zhǔn)點(diǎn)。在相平衡一章的教學(xué)過程中穿插這樣的小故事，不僅可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，還可以增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感，培養(yǎng)學(xué)生對化學(xué)學(xué)科的興趣。

三、理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力

物理化學(xué)不僅是四大基礎(chǔ)化學(xué)課程的核心課程，同樣在化學(xué)相關(guān)各個專業(yè)的后續(xù)課程中起到了基石的作用。例如，化工專業(yè)的學(xué)生，化工原理，反應(yīng)工程等就是熱力學(xué)和動力學(xué)的延續(xù)；材料專業(yè)的學(xué)生，金屬原理等就是相平衡的發(fā)展；表面化學(xué)、膠體化學(xué)等更是在生產(chǎn)生活中起著不可替代的作用。因此，在教學(xué)中過程中理論聯(lián)系實(shí)際，讓學(xué)生感覺到物理化學(xué)課程的實(shí)用性是非常必要的。引導(dǎo)學(xué)生用所學(xué)知識解決生活中遇到的一些現(xiàn)象，實(shí)際問題等，培養(yǎng)學(xué)生用創(chuàng)新思維分析問題解決問題的能力。

對于物理化學(xué)而言，本身的理論性很強(qiáng)，但是并不是所有的章節(jié)都是枯燥無味的。在講解到一些相關(guān)的理論時，可以列舉一些生活實(shí)例，積極引導(dǎo)學(xué)生用所學(xué)知識對這些現(xiàn)象加以解釋、分析。例如，在講述克-克方程的時候可以提出問題，“為什么在高山頂上做飯有時候做不熟？”利用克-克方程就可以解釋，水的沸點(diǎn)是跟壓力相關(guān)的。隨著高度的升高，大氣壓強(qiáng)逐漸減小，水的沸點(diǎn)也隨之降低，多以在高山上水不到100℃就沸騰了，當(dāng)然就煮不熟飯了。在講解“稀溶液依數(shù)性”這一概念時，可以列舉將凍梨放在水中浸泡一會，會發(fā)現(xiàn)表面有一層薄冰，但是里面確解凍了，這是什么原因呢？實(shí)際上讓學(xué)生理解到梨中的水分不是純水，是水、糖和其他物質(zhì)所組成的溶液，利用稀溶液凝固點(diǎn)降低的規(guī)律就可以解釋這一現(xiàn)象了。在講述開爾文公式時可以引入人工降雨的原理，水蒸氣的壓力雖然對于平面液體來說已經(jīng)達(dá)到飽和，但是對于微小液滴尚未飽和。所以向空中打入碘化銀后，增大了水滴凝結(jié)核的半徑，使飽和蒸汽壓下降，水蒸氣易凝結(jié)在碘化銀表面，形成大的液滴，從而產(chǎn)生降雨。

通過結(jié)合這些生動形象的日常生活實(shí)例，可以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并且更深入地理解了物理化學(xué)中的基本概念和原理，達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。

四、教學(xué)與科研相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識

目前從事物理化學(xué)教學(xué)的老師，大部分也同時從事相關(guān)課題的科研工作。科研本身就是創(chuàng)新，實(shí)踐性的科研要和理論教學(xué)聯(lián)系起來。首先，可以講自己科研領(lǐng)域的研究課題與物理化學(xué)教學(xué)中的相關(guān)概念、原理結(jié)合起來。我本人研究課題的方向之一是特殊浸潤性納米材料，在講到界面現(xiàn)象一章時，我會同時介紹本人課題組所開展的超疏水、超親水、油水分離材料的一些科研進(jìn)展，并借此給學(xué)生講解接觸角、表面能等相關(guān)知識。不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以引導(dǎo)部分有考研意愿的學(xué)生自發(fā)地關(guān)注科學(xué)前沿，培養(yǎng)創(chuàng)新意識。再比如，“荷葉為什么出淤泥而不染？玫瑰花表面的水珠確嬌艷欲滴，不容易脫落？”等，這些現(xiàn)象都涉及到了物理化學(xué)界面現(xiàn)象一章的理論，而且與科學(xué)前沿息息相關(guān)。有必要的情況下還可以在課余時間帶領(lǐng)有興趣的同學(xué)到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行參觀，這樣就可以把書本上枯燥的知識和科學(xué)研究串聯(lián)到一起，使學(xué)生意識到物理化學(xué)的學(xué)習(xí)是一個系統(tǒng)的認(rèn)知過程，是與實(shí)際生活和科學(xué)研究有密切聯(lián)系的，而且可以解釋或者是預(yù)測一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果；其次，要鼓勵學(xué)生培養(yǎng)自己的創(chuàng)新意識和科研興趣，給部分學(xué)生提供研究性實(shí)驗(yàn)的機(jī)會。我們鼓勵學(xué)生開展自己有興趣的研究方向，鼓勵學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)、圖書館查找文獻(xiàn)、閱讀資料，并開展一些有可行性的研究性課題。從實(shí)驗(yàn)的選題、實(shí)驗(yàn)方案的制定和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，主要由學(xué)生自己來完成，老師給予必要的指導(dǎo)和建議，這將為學(xué)生將來在研究生階段的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)打下了良好的基礎(chǔ)。目前，我們學(xué)校的很多大學(xué)二年級以上的學(xué)生都有主動進(jìn)入科研課題組的意識，他們積極地參與到老師的科研工作中去，并且敢于探索和創(chuàng)新，有部分優(yōu)秀的學(xué)生還取得了一定的研究成果，在大學(xué)各類的創(chuàng)新競賽中獲獎，發(fā)表學(xué)術(shù)論文等。

五、結(jié)語

物理化學(xué)課程是學(xué)生和教師工人的難教、難學(xué)、難考的課程。提高該課程的教學(xué)效果也是多方面因素共同作用的結(jié)果，引入創(chuàng)新思維是教學(xué)改革的必要手段之一。在教學(xué)過程中，不僅要傳授理論知識，更要注重對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，要盡量發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。只有這樣才能培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)造能力，將來成為對國家和社會有用的人才。

參考文獻(xiàn)：

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