“模型→創(chuàng)新→應(yīng)用”理念在物理化學(xué)中提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的研究*

司長代，李志鋒，王曉峰，楊本群，雷新有，龍世佳

(天水師范學(xué)院化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741001)

高等教育理念是高等教育發(fā)展的靈魂，古往今來，學(xué)者們對于高等教育理念解讀從未停歇。羅納德·巴尼特教授便是眾多學(xué)者之一，其著作《高等教育理念》是對高等教育理念釋析的一次孤獨的嘗試，進而呼喚理念重構(gòu)[1]。世界一流大學(xué)的教育理念，便是歷史文化沉淀的產(chǎn)物。所以，不同的大學(xué)經(jīng)歷了不同的歷史發(fā)展階段，自然需要形成自己的教育理念，進而指引著大學(xué)的發(fā)展方向。比如，讓每一個學(xué)生在未來都得到良好的發(fā)展；為社會培養(yǎng)有創(chuàng)新思想、有自主判斷、全面發(fā)展的人等，這些教育理念都體現(xiàn)了高等教育的人才培養(yǎng)規(guī)律[2]。而人才培養(yǎng)主要是通過教學(xué)來實現(xiàn)的，而課程作為教學(xué)內(nèi)容的一部分，為教學(xué)的“藍圖”起著舉足輕重的作用[3]。

1 “模型→創(chuàng)新→應(yīng)用”教育理念融入實踐教學(xué)

隨著一流課程“雙萬計劃”的實施，如何實現(xiàn)“兩性一度”的“金課”標(biāo)準(zhǔn)，即打造具有高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度的“金課”已成為高校共識[4]。本科基礎(chǔ)課程的教學(xué)中，理想模型是自然科學(xué)研究中的一種重要的科學(xué)方法[5]。要達到“金課”標(biāo)準(zhǔn)，“模型→創(chuàng)新→應(yīng)用”教育理念的提出，對于《物理化學(xué)》教學(xué)有著重要意義。

1.1 《物理化學(xué)》課程教學(xué)中經(jīng)典模型的挖掘

以《物理化學(xué)》(第五版，傅獻彩等編)為例，課本中包含了許多凝聚全世界諸多學(xué)者思想精華的理想模型，這些模型博大精深，具有一定的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，因此教師一定要強調(diào)這些模型的重要性并且能夠深刻清晰地講解其具體過程，主要經(jīng)典模型如表1所示[6]。

表1 《物理化學(xué)》教材中的主要經(jīng)典模型

1.2 基于“模型→創(chuàng)新→應(yīng)用”教育理念的實踐教學(xué)案例一

以“等溫可逆過程”為例，此過程包含了等溫可逆膨脹和等溫可逆壓縮。在等溫可逆膨脹過程中，從始態(tài)(V1)到終態(tài)(V2)是一個無限緩慢的過程，“無限緩慢”是一個非常模糊的概念，到底有多慢，學(xué)生很難理解課本中的這個描述。而將此過程按照圖1所示設(shè)計，始態(tài)自由移動的活塞上面放一杯水，在特定的環(huán)境下，每蒸發(fā)一個水分子，可看作系統(tǒng)達到一個準(zhǔn)靜態(tài)過程，這時候外壓(Pe)=內(nèi)壓(Pi)-無限小的壓力變化(dp)。隨著水分子的不斷蒸發(fā)，整個可逆膨脹過程可看作是由無數(shù)個這樣的準(zhǔn)靜態(tài)組成，最終從V1到V2的可逆膨脹功We,1可表示為：

對于等溫可逆壓縮過程，可看作在一個封閉系統(tǒng)中，等溫可逆膨脹過程中蒸發(fā)為氣體的所有水分子重新下落過程中冷凝成為液態(tài)水分子下落到燒杯中，每下落一個水分子，同樣達到一個準(zhǔn)靜態(tài)過程，從V2到V1的可逆壓縮過程可看作是由無數(shù)個這樣的準(zhǔn)靜態(tài)組成，如圖2所示，最終從V2到V1的可逆壓縮功We,2可表示為：

綜上所述，通過We,1+We,2=0，說明經(jīng)過一次無限緩慢的膨脹和壓縮循環(huán)后，系統(tǒng)和環(huán)境都恢復(fù)原態(tài)而沒有留下任何影響，此過程就是一次理想的可逆循環(huán)過程。通過這樣模型的演示和講解，學(xué)生會深刻理解可逆循環(huán)的概念和過程，有利于提高他們的分析、思考問題的能力。如果將來設(shè)計一個無限接近理想狀態(tài)的可逆過程，“緩慢”過程成為關(guān)鍵技術(shù)，到底有多慢才能達到應(yīng)用，這便是“模型→創(chuàng)新→應(yīng)用”教育理念引領(lǐng)的成果。因此，目前的本科教育，務(wù)必要讓學(xué)生回歸課本，重視課本，特別是一些經(jīng)典模型，才能潛移默化的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和應(yīng)用能力。

圖1 等溫可逆膨脹

圖2 等溫可逆壓縮

1.3 基于“模型→創(chuàng)新→應(yīng)用”教育理念的實踐教學(xué)案例二

圖3 原電池(a)；電解池(b)

1.4 “模型→創(chuàng)新→應(yīng)用”教育理念的現(xiàn)實意義

理論教學(xué)是大學(xué)教育中的重要組成部分，只有學(xué)生熱愛課堂并熟悉這些模型蘊含的深刻的思想與抽象的過程，才會有創(chuàng)新思想萌芽的產(chǎn)生，這種創(chuàng)新思想對于學(xué)生來說，無論走向社會還是繼續(xù)深造，這種能力的擁有在將來面對復(fù)雜的局面或者科研困境，都會破繭成蝶，這就是應(yīng)用。所以要實現(xiàn)從“模型→創(chuàng)新→應(yīng)用”的教學(xué)理念滲透，教師必須高度重視經(jīng)典模型的分析和講解，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)才會在教學(xué)過程中慢慢滲透，這種能力的擁有可能會使學(xué)生受益終身。

2 “模型→創(chuàng)新→應(yīng)用”教育理念對物理化學(xué)教學(xué)啟示

經(jīng)典物理化學(xué)的內(nèi)容是由化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)三部分所組成，這些內(nèi)容都是在長期的發(fā)展過程中形成的，同時不斷發(fā)展著。物理化學(xué)課程在“模型→創(chuàng)新→應(yīng)用”教育理念的引領(lǐng)下，不僅能增加學(xué)生對知識追求的熱情，還能獲取解決問題所需要的基本概念、基本理論和基本技能，更重要的是能夠培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和科研創(chuàng)新能力，會使學(xué)生將來受益匪淺。

2.1 創(chuàng)設(shè)情境，強調(diào)回歸課堂、回歸課本的必要性

一個學(xué)校的培養(yǎng)目標(biāo)、學(xué)風(fēng)、學(xué)術(shù)氛圍及管理體制等都對學(xué)生創(chuàng)新思想的形成及創(chuàng)新教育的提高具有重要的作用。 所以，創(chuàng)新思想的形成要求教師自身擁有創(chuàng)新思維，這是教育教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一個重要因素，也是創(chuàng)新思想培養(yǎng)的必要條件之一，教師所具有的創(chuàng)新意識會極大影響學(xué)生的思維方式。其次，平等尊重的師生關(guān)系，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)。要給學(xué)生創(chuàng)設(shè)良好的課堂環(huán)境，讓他們在內(nèi)心世界里喜歡物理化學(xué)課堂教學(xué)，那么教師的角色尤為重要。因為“有理想信念，有道德情操，有扎實學(xué)識，有仁愛之心”的教師會讓學(xué)生對知識的理解、分析、思考、熱愛及應(yīng)用水到渠成。實踐證明，創(chuàng)造適宜教學(xué)環(huán)境，能讓學(xué)生主動參與、積極思考、渴求知識的課堂氣氛，有利于培養(yǎng)學(xué)生的擔(dān)當(dāng)意識、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力，大學(xué)物理化學(xué)課本中的經(jīng)典模型為學(xué)生提供了適宜的“環(huán)境”和“土壤”。

大學(xué)物理化學(xué)教學(xué)中，“模型→創(chuàng)新→應(yīng)用”教育理念的提出，旨在讓學(xué)生回歸課堂，回歸課本。其實課本內(nèi)容并未過時、落后，而是要更重視課本中的經(jīng)典模型，因為這些模型恰恰凝聚著大師們深邃的思想，所有這些通過學(xué)生的獨立思考、深刻分析、知識遷移，才會潛移默化般產(chǎn)生創(chuàng)新思想，為將來能夠勝任工作崗位或繼續(xù)深造提供綜合能力支撐，這就是創(chuàng)新思想的應(yīng)用，這種模式的成果可能會使學(xué)生受益終身，也符合當(dāng)前OBE(Outcomes Based Education)教育理念的范疇[7]。正如霍普金斯大學(xué)首任校長吉爾曼陳述大學(xué)的使命：“培養(yǎng)有個性的學(xué)者,通過他們優(yōu)異的表現(xiàn)促進科學(xué)發(fā)展，服務(wù)社會[2]”。

2.2 強化課后習(xí)題練習(xí)，重視創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力的培養(yǎng)

課程是高等教育人才培養(yǎng)的核心要素之一。加強應(yīng)用型本科教育的課程設(shè)置與開發(fā)研究，是提高應(yīng)用型本科教育質(zhì)量的重要保障和永恒課題?！澳Ｐ汀鷦?chuàng)新→應(yīng)用”教育理念下的物理化學(xué)教學(xué)，關(guān)鍵在于教師對高等教育人才培養(yǎng)目標(biāo)的準(zhǔn)確定位，對學(xué)生畢業(yè)時應(yīng)具有的知識、能力、素養(yǎng)及其應(yīng)達成水平的預(yù)期成果有準(zhǔn)確、清晰的構(gòu)想，意在重視課本中科研工作者總結(jié)出的經(jīng)典模型，以此來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思想，以提高將來走向社會或繼續(xù)深造時的應(yīng)變能力，這是本科教育需要解決的關(guān)鍵問題。

高等教育理念作為一個特殊而復(fù)雜的概念，不同的人對其會有不同的見解。我們無法說，誰的理論包羅萬象、能夠覆蓋整個高等教育大環(huán)境，但每一個理念，都有其閃光點，發(fā)掘其理論精華能夠讓教育工作者更加符合新時代教師的要求?！澳Ｐ汀鷦?chuàng)新→應(yīng)用”教育理念下的物理化學(xué)教學(xué)的提出，打破傳統(tǒng)課堂的桎梏，讓學(xué)生熱愛課堂，熱愛知識的探究，并強調(diào)課后習(xí)題的重要性。如果學(xué)生在課堂或者課后能夠正確分析、判斷和應(yīng)用所學(xué)知識來解決課后習(xí)題，實現(xiàn)對知識的掌握和靈活應(yīng)用，那么在將來當(dāng)他們走出校門，面對復(fù)雜的局面，才會有像分析習(xí)題一樣擁有清晰的思路。通過習(xí)題練習(xí)，潛移默化的培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛力。無論是現(xiàn)在，還是未來，對學(xué)生的創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。

3 結(jié) 語

本科教育，一定要重視教材尤其是一些經(jīng)典模型，從中挖掘科學(xué)精神和科學(xué)思想，教學(xué)中自然體現(xiàn)高階性和挑戰(zhàn)性，同時重視課堂教學(xué)中融入先進的教學(xué)理念。而“模型→創(chuàng)新→應(yīng)用”教育理念不僅基于以上提出，還對學(xué)生創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力的培養(yǎng)尤為重要，其作用在學(xué)生走向社會或繼續(xù)學(xué)習(xí)深造時，才會有清晰的思路面對復(fù)雜的局面。這種能力的形成可能會影響學(xué)生的一生，也凸顯了本科教育的重要性與深遠意義。