淺談原型啟發(fā)在應(yīng)用型本科物理化學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用

劉 建，高玉梅，呂名秀，趙龍濤

(河南工程學(xué)院 化工與印染工程學(xué)院，河南 鄭州 450007)

教學(xué)有法，但無定法。無論國內(nèi)國外的教學(xué)怎樣改革，因材施教，因人而異都是離不開的總原則。探索教學(xué)方法的目的都是為了使學(xué)生“邁入未知知識(shí)的門檻”，都是為了讓學(xué)生學(xué)會(huì)從“知之甚少”到“主動(dòng)探索”的方法。目前被廣泛采用的各種教學(xué)方法，各有利弊，教師必須從實(shí)際情況出發(fā)，根據(jù)所教課程的特點(diǎn)、學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)，以及學(xué)生的專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)，選擇合適的教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)。本文就原型啟發(fā)教學(xué)方法在物理化學(xué)部分章節(jié)的教學(xué)過程的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 物理化學(xué)課程的特征

物理化學(xué)是用物理學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)方法，研究化學(xué)變化及其伴隨的物理變化的本質(zhì)與規(guī)律的科學(xué)。物理化學(xué)課程的主要特征是理論性強(qiáng)、抽象、邏輯性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)寬。可以說物理化學(xué)是化學(xué)化工專業(yè)及非化工專業(yè)基礎(chǔ)化學(xué)學(xué)科的“總論”。由于應(yīng)用型本科的教育教學(xué)主要面向應(yīng)用和生產(chǎn)實(shí)際，理論學(xué)習(xí)課時(shí)少，所以主要以經(jīng)典熱力學(xué)方法及宏觀動(dòng)力學(xué)研究方法為導(dǎo)向進(jìn)行教學(xué)工作。教師在全面掌握、仔細(xì)研讀教材的前提下，根據(jù)專業(yè)需要，合理取舍每章節(jié)的內(nèi)容，選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，有的放矢的進(jìn)行教學(xué)，將會(huì)收到意想不到的效果。一般建議學(xué)生采用課前預(yù)習(xí)、聽講、課后復(fù)習(xí)、做作業(yè)“四位一體”的模式進(jìn)行學(xué)習(xí)。但是，由于種種原因，目前的在校學(xué)生，特別是應(yīng)用型本科院校的學(xué)生，學(xué)習(xí)理論知識(shí)的熱情不高，大多停留在“知其然，而不知其所以然”的階段?！俺橄?、枯燥、難懂”是很多學(xué)生對物理化學(xué)的初步認(rèn)識(shí)，要求學(xué)生學(xué)會(huì)用物理化學(xué)的基本原理、觀點(diǎn)、方法觀察生活，分析問題、解決問題就成了“空談”。面對抽象又有嚴(yán)密的邏輯性的物理化學(xué)基本理論，采取原型啟發(fā)、類比等方法，緊密聯(lián)系生活、生產(chǎn)實(shí)際，并結(jié)合驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，由淺入深，將理論聯(lián)系實(shí)際，逐步完成“理論—實(shí)踐—再理論—再實(shí)踐”的學(xué)習(xí)目的。

2 原型啟發(fā)的原理和形式

原型啟發(fā)是一個(gè)心理學(xué)的概念，意思是指根據(jù)事物的本質(zhì)特征而產(chǎn)生新的設(shè)想和創(chuàng)意。其實(shí)質(zhì)是一種創(chuàng)新思維方法，這正是應(yīng)型本科教學(xué)所提倡的培養(yǎng)應(yīng)用型人才必須具備的能力目標(biāo)之一。一般來說，在生活中人們所接觸的每件事物的屬性和特征在頭腦中都可以形成“原型”。在問題解決過程中，問題解決者在“原型”中獲得一些原理的啟發(fā)，使其結(jié)合當(dāng)前問題的有關(guān)知識(shí)，形成解決方案，從而創(chuàng)造性地解決問題。將原型啟發(fā)理論應(yīng)用于教學(xué)，特別是應(yīng)用型本科物理化學(xué)的教學(xué)，有助于學(xué)生對抽象理論的理解，有助于學(xué)生更清楚地認(rèn)識(shí)創(chuàng)造性的思維形成過程，為創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)提供依據(jù)。當(dāng)我們進(jìn)行創(chuàng)造想象時(shí)，往往會(huì)從其他事物中得到啟發(fā)，從而找到解決問題的方法和途徑。最著名的原型啟發(fā)示例就是魯班爬山時(shí)不小心被一種絲茅草割破手而受啟發(fā)發(fā)明木工鋸的歷史典故。還有，瓦特看到開水壺的蓋子上下起伏，發(fā)明蒸汽機(jī)。1895年法國米盧埃爾兄弟受到縫紉機(jī)的啟發(fā)，發(fā)明了活動(dòng)電影機(jī)，1895年12月28日已經(jīng)成為了世界上公認(rèn)的電影誕生日。我們把這種具有啟發(fā)作用的事物(絲茅草、開水壺的蓋子、縫紉機(jī))稱作“原型”。原型之所以具有啟發(fā)作用，主要是因?yàn)樵撌挛锉旧淼膶傩院吞攸c(diǎn)與所創(chuàng)造的東西有相似之處。原型啟發(fā)有靈感和類比兩種形式。這種思維方法的訓(xùn)練，要求人們平時(shí)善于并細(xì)心觀察周圍發(fā)生的一切，從某種事物的性能或某一動(dòng)物的特征，得到創(chuàng)造性的啟發(fā)，從而解決實(shí)際問題。在物理化學(xué)教學(xué)中主要運(yùn)用原型啟發(fā)和原型類比的方法幫助學(xué)生學(xué)習(xí)理解抽象的理論和自然規(guī)律，探尋解決問題的方法。

3 運(yùn)用原型啟發(fā)教學(xué)方法，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維

3.1 設(shè)定原型情景，領(lǐng)悟物理化學(xué)內(nèi)在的規(guī)律

應(yīng)用型本科教育是一種新的教育類型。這種教育類型將培養(yǎng)出適合社會(huì)需要的應(yīng)用型人才。在教育過程中堅(jiān)持“四個(gè)突出”，即突出基礎(chǔ)、突出特色、突出應(yīng)用、突出技術(shù)。這“四個(gè)突出”既各具特色，又相互關(guān)聯(lián)。要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，就必須從“打好基礎(chǔ)”入手。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，教學(xué)手段不斷更新，從單純的粉筆黑板，到現(xiàn)在的PPT、微課、慕課、線上線下混合教學(xué)等等，仿佛使學(xué)生進(jìn)入了“隨處能學(xué)”的境地。但是，教與學(xué)的對立面是一個(gè)永恒的課題。教學(xué)手段的先進(jìn)，并不代表在校學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)理論難度的降低，反而增加了的學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。原因是微課、慕課的錄制與播放，主要基于教師本人自己的“主觀判斷”，錄課的過程中，師生是“分離”的，師生之間沒有面對面的眼神交流、神情互動(dòng)。教師對深?yuàn)W理論的闡述，如果沒有適當(dāng)?shù)摹霸颓榫啊痹O(shè)定，就理論而理論，師生之間就成了“演員與觀眾”的關(guān)系，老師所講的內(nèi)容，在學(xué)生這邊很容易成為“眼過流云”，學(xué)生對該深入理解、必須掌握的課程內(nèi)容，很難產(chǎn)生心理的“同頻共振”，很難達(dá)到完全理解，更談不上完全掌握的目的，“視而不見聽而不聞”的現(xiàn)象比比皆是。2020年疫情過后，在對90多名19級(jí)化工班的學(xué)生調(diào)查中反應(yīng)最突出的問題是：單純線上理論課，感覺僅僅是“聽過、看過、有印象”。學(xué)生所說的“有印象”的內(nèi)容，幾乎都是有“原型啟發(fā)或類比的章節(jié)內(nèi)容”。由此可知，原型啟發(fā)或類比在引導(dǎo)學(xué)生探索物理化學(xué)知識(shí)，理解掌握抽象理論，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維，解決實(shí)際問題起著重要的作用。

比如：講授熱力學(xué)第一定律時(shí)，根據(jù)學(xué)生已有的“能量守恒與轉(zhuǎn)化”的知識(shí)，提出“要想讓馬兒跑，必須讓馬兒吃草”。布置“能量守恒與轉(zhuǎn)化的生活實(shí)例3～5個(gè)”的作業(yè)，鼓勵(lì)學(xué)生有目的觀察生活，發(fā)現(xiàn)并解釋平時(shí)“視而不見聽而不聞”的能量守恒與轉(zhuǎn)化的生活實(shí)例。當(dāng)學(xué)生真正理解“能量既不能創(chuàng)生，也不能自滅。但不同形式的能量在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化”時(shí)，對有關(guān)熱力學(xué)第一定律應(yīng)用就有較全面的理解掌握。講授熱力學(xué)第二定律時(shí)，提供水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、火力發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電等圖片，鐵生銹、自由落體運(yùn)動(dòng)、熱由高溫物體傳入低溫物體等，幫助學(xué)生理解“自發(fā)過程及特點(diǎn)”。即自發(fā)過程在一定條件下不需外界做功，一經(jīng)引發(fā)就能自動(dòng)進(jìn)行的過程(水往低處流、溫差形成風(fēng)、煤燃燒放熱)。在適當(dāng)?shù)臈l件下，自發(fā)過程具有對外做非體積功的能力(發(fā)電)。體會(huì)自發(fā)過程具有普遍性，在一定條件下，一切自發(fā)過程不可逆。反問：在沒有外力的情況下，誰見過落葉重返樹梢？鐵銹自動(dòng)還原成鐵？體會(huì)任何自發(fā)過程，有一定的方向(向能量分散的方向進(jìn)行)和限度，最終達(dá)到平衡(一般向混亂度增大的方向進(jìn)行)。自然而然引入熱力學(xué)第二定律的經(jīng)典表述及數(shù)學(xué)表達(dá)式。

在此基礎(chǔ)上，學(xué)生很容易就能理解齊格蒙弟提出的金值含義，即為了保護(hù)10 cm3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.000 06的金溶膠，在加入1 cm3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1的NaCl后，在18 h內(nèi)不聚沉，所需高分子的最少質(zhì)量稱為金值，一般用mg表示。金值越小的高分子物質(zhì)，說明它對溶膠的保護(hù)能力越強(qiáng)。

3.2 利用原型啟發(fā)或類比，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力，解決實(shí)際問題的能力

通過上述教學(xué)例子說明，教師通過原型啟發(fā)或類比幫助學(xué)生理解抽象的理論概念只是基本教學(xué)方法，目的在于教會(huì)學(xué)生利用原型啟發(fā)去聯(lián)想、去創(chuàng)造性的解決問題。比如：能量守恒與轉(zhuǎn)化是熱力學(xué)的第一定律，是人們在生產(chǎn)生活實(shí)際中總結(jié)出來的自然規(guī)律之一，人們平時(shí)的任何作為，都必須符合自然規(guī)律，否則就會(huì)受到懲罰。人類自身是自然界的一部分，那么根據(jù)能量守恒與轉(zhuǎn)化這個(gè)規(guī)律，人自身應(yīng)該怎樣遵守這個(gè)規(guī)律？古圣先賢告訴我們：天人合一。央視欄目紀(jì)錄片，探索類節(jié)目在2012年12月連續(xù)三天播出的《人與自然》專題節(jié)目——《天人合一》，用鏡頭展現(xiàn)人與自然和諧相處，介紹動(dòng)物、植物、自然知識(shí)以及探索人與自然之間的相互影響及作用。結(jié)合新冠肺炎疫情中，中醫(yī)中藥發(fā)揮的作用，首先以中醫(yī)中藥養(yǎng)生治病的基本原理，引導(dǎo)學(xué)生先明理，遵循中醫(yī)理論說的：把每個(gè)人看成一個(gè)“整體”，建立全局觀、宇宙觀。讓學(xué)生明白，“宇宙”(原型)有自然規(guī)律，四季輪回。那么人(看做小宇宙)的衣食住行，應(yīng)該順應(yīng)四季變化自然規(guī)律，也就必然要遵守“能量守恒與轉(zhuǎn)化”規(guī)律。在智能化飛速發(fā)展的當(dāng)今時(shí)代，每個(gè)人在每天都有大量信息干擾，特別是智能手機(jī)對學(xué)生的誘惑最大。部分學(xué)生作息時(shí)間不規(guī)律，體能下降，身心疲憊，上課注意力不集中。如果把人看成一個(gè)能量源，那么每天自身能量通過人的“精氣神”表現(xiàn)出來，“精氣神”就是“能量守恒與轉(zhuǎn)化”的外在體現(xiàn)。有人說：21世紀(jì)是“開啟智慧”的時(shí)代，每個(gè)人都必須學(xué)會(huì)“屏蔽無用的信息”、學(xué)會(huì)“合理分配時(shí)間”，學(xué)會(huì)自我反省、自我排除“雜念”干擾的能力，建立全局觀念，培養(yǎng)“知行合一”的能力，更重要的是，在素質(zhì)目標(biāo)方面，需要將化學(xué)哲學(xué)、人文美學(xué)和化學(xué)的發(fā)展有機(jī)結(jié)合，將知識(shí)傳授與社會(huì)主義核心價(jià)值觀內(nèi)涵思政素材相結(jié)合，養(yǎng)成良好的科學(xué)思維方法，提高學(xué)生的人文素養(yǎng)，培養(yǎng)情感態(tài)度與價(jià)值觀，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，成為德才兼?zhèn)?、滿足新時(shí)代新要求的人才。只有這樣才能將自身能量(注意力)最大限度地用在事業(yè)(學(xué)業(yè))上。自2011級(jí)開始至今，在對化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生物理化學(xué)教學(xué)過程中，通過師生共同努力，幫助過多名迷茫中的學(xué)生，學(xué)會(huì)“能量守恒與轉(zhuǎn)化”在自身上的運(yùn)用，調(diào)整作息時(shí)間，學(xué)會(huì)“時(shí)間管理”方法，明確學(xué)習(xí)目的，端正學(xué)習(xí)態(tài)度，不僅順利完成了本科學(xué)習(xí)任務(wù)，有的現(xiàn)在已經(jīng)博士畢業(yè)或在讀，成為學(xué)院的優(yōu)秀畢業(yè)生，影響越來越多的在校學(xué)生。

4 結(jié)論

物理化學(xué)是化學(xué)化工及相關(guān)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課，無論采用何種教學(xué)方法的目的都是為了讓學(xué)生真正掌握物理化學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、辯證的邏輯思維能力、實(shí)際解決問題的能力，為后續(xù)學(xué)科打基礎(chǔ)。在教學(xué)中，教師必須從實(shí)際出發(fā)，不同的章節(jié)、不同的專業(yè)、不同的學(xué)生群體，應(yīng)該選用不同的教學(xué)方法，有的放矢，因材施教，才會(huì)有更好的教學(xué)效果。