“雙創(chuàng)”視域下的物理化學(xué)課程教學(xué)改革與實踐路徑研究

劉越，郭銳，陳偉凡，饒鄭剛

（南昌大學(xué) 物理與材料學(xué)院，江西南昌 330031）

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革在快速發(fā)展，新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)和新模式蓬勃興起。在這樣的時代背景下，高校能否通過教學(xué)改革，提高學(xué)生知識應(yīng)用水平，是培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的關(guān)鍵。物理化學(xué)是材料學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課，其內(nèi)容涵蓋了材料科學(xué)的基本規(guī)律與定理，為后續(xù)深入、細(xì)化的專業(yè)課程提供重要支撐，因此，本門課程的教學(xué)質(zhì)量直接影響學(xué)生的專業(yè)知識基礎(chǔ)是否扎實穩(wěn)固。立足當(dāng)前“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的新局面[1]，切實革新物理化學(xué)課程的教學(xué)模式，對于培養(yǎng)“雙創(chuàng)型”材料專業(yè)人才具有重要意義[2]。

1 材料專業(yè)物理化學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

物理化學(xué)課程不僅是構(gòu)成化學(xué)科學(xué)的理論基礎(chǔ)，也是培養(yǎng)材料類專業(yè)人才知識結(jié)構(gòu)及能力結(jié)構(gòu)的重要組成部分[3]。在材料類專業(yè)教學(xué)中，物理化學(xué)課程起著承上啟下的重要作用，課程既延續(xù)先導(dǎo)性的基礎(chǔ)課程，又承接了后續(xù)的專業(yè)課程?，F(xiàn)代物理化學(xué)是研究所有物質(zhì)體系所包含的共通性的化學(xué)行為原理、規(guī)律及方法的課程，涵蓋從微觀到宏觀對材料結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系規(guī)律、化學(xué)演變過程及其控制途徑的研究，與自然科學(xué)的研究前沿密切相關(guān)[4]。更重要的是，由于物理化學(xué)是伴隨人類生產(chǎn)實踐產(chǎn)生的一門學(xué)科，為各種產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新提供理論指導(dǎo)與實踐依據(jù)，因此，若遵循“單純理論課程+驗證實驗教學(xué)”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，容易造成教學(xué)內(nèi)容與科技發(fā)展脫節(jié)、知識與應(yīng)用實踐關(guān)系弱化，對學(xué)生思維方式的改變和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)帶來不利影響。近年來，眾多高校在物理化學(xué)課程教學(xué)改革方面進(jìn)行了有益的探索和嘗試[5]，通過課堂調(diào)研與分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前的物理化學(xué)課程仍然存在兩大共性問題。

1.1 教學(xué)模式陳舊，課堂缺乏活力

“課堂講授為主、實驗操作為輔”目前仍是許多任課教師主要選擇的教學(xué)方式。盡管目前的物理化學(xué)課程教學(xué)大綱具有較為完善的知識體系，但傳統(tǒng)的教學(xué)模式需要通過細(xì)致的知識點梳理，以達(dá)成系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)目標(biāo)。這類教學(xué)方式對抽象概念的講授較為刻板，學(xué)生往往處于被動學(xué)習(xí)的狀態(tài)，缺乏積極性與主動性[6]。值得關(guān)注的是，作為理論課堂的補充，物理化學(xué)課程的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)同樣存在改進(jìn)空間。盡管帶著預(yù)設(shè)進(jìn)行的實驗可以加深學(xué)生對這一知識的理解，卻無法充分發(fā)揮理論知識的實用性，更難以促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)散。傳統(tǒng)教學(xué)模式會導(dǎo)致物理化學(xué)課堂缺乏活力，教學(xué)效果大打折扣。

1.2 案例內(nèi)容陳舊，理論學(xué)習(xí)與實際運用脫節(jié)

首先，社會發(fā)展日新月異，新型材料層出不窮，然而，目前物理化學(xué)課程所用的教材中列舉的案例內(nèi)容滯后，缺乏時效性。其次，盡管講授物理化學(xué)課程的教師主要來自材料科學(xué)或材料化學(xué)等專業(yè)[7]，但因經(jīng)典的物理化學(xué)內(nèi)容難點較多、知識點的邏輯關(guān)系非常緊密，學(xué)生理解起來相對困難。因此，現(xiàn)階段教師會更側(cè)重于理論內(nèi)容的講解，忽視了與專業(yè)特色之間的聯(lián)系。再次，專業(yè)相關(guān)的前沿科創(chuàng)成果與課程的融合度較低，學(xué)生無法及時獲取創(chuàng)新科技的發(fā)展動態(tài)，物理化學(xué)課程理論知識的學(xué)習(xí)與實際應(yīng)用脫節(jié)[8]。最后，課堂教學(xué)內(nèi)容與地方經(jīng)濟(jì)社會聯(lián)系不緊密[9]，人才培養(yǎng)與地方特色產(chǎn)業(yè)之間缺乏有效對接，學(xué)生無法明確物理化學(xué)知識在實際生活、工業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要性，難以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的能力。

2 材料專業(yè)物理化學(xué)課程教學(xué)改革方案

基于材料專業(yè)物理化學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，本文提出以“雙創(chuàng)”為導(dǎo)向的教學(xué)改革方案，其核心思路在于深入貫徹“雙創(chuàng)”理念，提升課程的應(yīng)用價值。具體方向分為：構(gòu)筑“知—意—行”三維一體的協(xié)同教學(xué)框架，主要圍繞理論知識（知）、創(chuàng)新思維（意）、實踐能力（行）三個方面，依托“原型啟發(fā)、任務(wù)驅(qū)動、理實交融、應(yīng)用創(chuàng)新”四條實施路徑，提高學(xué)生科學(xué)認(rèn)知，鍛煉學(xué)生創(chuàng)新思維，強化學(xué)生動手能力，引導(dǎo)學(xué)生積累探索經(jīng)驗，主動參與新一輪的實踐研究，在環(huán)環(huán)緊扣、前后聯(lián)系的教學(xué)閉環(huán)中，實現(xiàn)學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)與實踐能力的螺旋式上升，使學(xué)生根植創(chuàng)新意識，培育創(chuàng)業(yè)能力。

將學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)納入課程目標(biāo)，重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力。教師優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，在保留經(jīng)典驗證性實驗案例的基礎(chǔ)上，鼓勵學(xué)生圍繞科研訓(xùn)練和“雙創(chuàng)”課題，提煉科學(xué)問題，并以此為基礎(chǔ)，通過設(shè)置開放的探討實踐活動，促使學(xué)生運用物理化學(xué)課程知識合作解決材料制備、器件設(shè)計及其應(yīng)用過程的難題。在確立上述方向的前提下，“雙創(chuàng)”理念融入物理化學(xué)課程教學(xué)的實施路徑可分為兩個方面：

2.1 任務(wù)驅(qū)動，理實交融，培育“雙創(chuàng)”素養(yǎng)

革新教學(xué)方法，以任務(wù)驅(qū)動學(xué)習(xí)，使學(xué)生在“理實一體式”的學(xué)習(xí)情境中，深度鍛煉，強化邏輯，萌發(fā)科學(xué)研究的創(chuàng)新思維，掌握開展科學(xué)研究的方法。首先，學(xué)生通過主題探究的形式，挖掘原型案例的科學(xué)問題。在此基礎(chǔ)上，師生共同分析，通過假設(shè)—辯論—舉證的方式，幫助學(xué)生打通知識網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點；其次，鼓勵學(xué)生運用課程知識類比發(fā)散方法，以材料應(yīng)用為目標(biāo)，開放式設(shè)計科研實驗，深度激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新活力；最后，教師倡導(dǎo)學(xué)生將課堂興趣延續(xù)到課外，依托學(xué)科團(tuán)隊，積極參與企業(yè)實習(xí)和教師團(tuán)隊的科研項目，將所學(xué)知識用于實踐活動，提升材料專業(yè)的應(yīng)用實訓(xùn)效果，培養(yǎng)學(xué)生的知識遷移和創(chuàng)造能力。

2.2 原型拓展，聯(lián)系前沿，探尋應(yīng)用新知

打破傳統(tǒng)教學(xué)案例的局限性，關(guān)鍵在于擴充原型情境，突出材料學(xué)科及其應(yīng)用技術(shù)的特色。教師應(yīng)以學(xué)生參與的科研活動及生活所見現(xiàn)象為基礎(chǔ)，豐富案例類別與數(shù)量；以解決實踐過程遇到的問題為導(dǎo)向，提煉課堂任務(wù)信息，啟發(fā)學(xué)生反思提出的科研問題與實際現(xiàn)象，將預(yù)設(shè)框架與課堂所學(xué)知識有機融合，協(xié)作探索解決方案。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)與材料學(xué)科前沿技術(shù)相結(jié)合，教師引導(dǎo)學(xué)生了解本省特色資源的產(chǎn)業(yè)進(jìn)展，開闊視野，同時鼓勵學(xué)生發(fā)現(xiàn)知識的創(chuàng)新應(yīng)用價值，主動參與“雙創(chuàng)”競賽等實踐活動[10]，分析科學(xué)現(xiàn)象，深化對課程內(nèi)容的理解。

3 材料專業(yè)物理化學(xué)課程教學(xué)改革實踐探索

3.1 深剖行業(yè)案例，挖掘科學(xué)問題

以“卡諾循環(huán)”為例，其作為熱力學(xué)第二定律章節(jié)的重難點內(nèi)容，學(xué)生對其理解程度直接影響后續(xù)章節(jié)的運用。長期以來，“卡諾循環(huán)”的教學(xué)環(huán)節(jié)多以簡單的圖示推導(dǎo)為主，缺乏具象化的材料應(yīng)用案例剖析及問題導(dǎo)入，學(xué)生不知“學(xué)為何用”，學(xué)習(xí)興趣受到影響。為解決這一問題，教師可以燃?xì)鉁u輪發(fā)動機為案例原型，引導(dǎo)學(xué)生通過觀察發(fā)動機剖視圖，了解其工作原理是基于“卡諾循環(huán)”，逐步解析工作過程。在此期間，教師與學(xué)生共同探討提高燃料使用效率的方法，如覆蓋稀土熱障涂層等。學(xué)生不僅強化了對章節(jié)重點知識的理解，更明確了稀土材料在工業(yè)器件領(lǐng)域的重要應(yīng)用。教學(xué)過程從行業(yè)角度出發(fā)，挖掘科學(xué)要素，最終回歸應(yīng)用，解決實際問題，自始至終緊密圍繞材料專業(yè)熱點話題。該方法可將教學(xué)內(nèi)容與市場應(yīng)用無縫銜接，緊隨材料產(chǎn)業(yè)的前沿發(fā)展動態(tài)，促進(jìn)校企合作[11]，為地方特色材料產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)工程技術(shù)創(chuàng)新人才。

3.2 聯(lián)系學(xué)科前沿，開發(fā)“大創(chuàng)”課題

教師需結(jié)合材料專業(yè)特色，通過調(diào)研科研文獻(xiàn)，深入挖掘材料科學(xué)前沿領(lǐng)域與物理化學(xué)課程教學(xué)相關(guān)的新熱點、新思想和新理念[12]，如能源轉(zhuǎn)化與存儲、污染物治理等領(lǐng)域內(nèi)契合“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的研究內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生探索“綠色”新材料。具體實施路徑為可設(shè)置蘊含物理化學(xué)知識的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃課題[13]，鼓勵學(xué)生積極參與，延伸教學(xué)環(huán)節(jié)，將理論知識與實踐探索相聯(lián)系，鍛煉學(xué)生創(chuàng)新能力，提升學(xué)生綜合素質(zhì)。項目開展期間，學(xué)生通過與教師交流探討，進(jìn)行操作，深化對學(xué)科知識的理解，將單一的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為多元探究，從做中學(xué)、從學(xué)中思，將物理化學(xué)知識真正轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新實踐的成果?！按髣?chuàng)”訓(xùn)練計劃項目的實施時間與物理化學(xué)課程的教學(xué)時間安排重合度較高，有助于促進(jìn)學(xué)生將物理化學(xué)知識與“雙創(chuàng)”理念融合，進(jìn)而讓學(xué)生感受到物理化學(xué)知識與創(chuàng)新科研領(lǐng)域的緊密聯(lián)系，意識到學(xué)習(xí)物理化學(xué)課程的重要性和必要性。

3.3 參與“雙創(chuàng)”競賽，實現(xiàn)能力提升

傳統(tǒng)的物理化學(xué)課堂以教師為中心，學(xué)生缺乏參與感，學(xué)習(xí)效果欠佳。為改變現(xiàn)狀，教師可實行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式[14]，突出學(xué)生課堂主體的作用，提升學(xué)生參與度，活躍課堂氛圍。學(xué)生在課余時間，圍繞自身參與的“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽項目，發(fā)掘與物理化學(xué)課程相關(guān)的基礎(chǔ)問題，并提出初步的解決方案。課堂上，師生共同為參賽者出謀劃策，進(jìn)而將傳統(tǒng)的驗證性學(xué)習(xí)環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)楦邉?chuàng)新性、實踐性和挑戰(zhàn)性的路演模擬課堂，提高學(xué)生的思考主動性和課堂專注度，激發(fā)學(xué)生求知欲，強化團(tuán)隊合作。對于科研興趣濃厚的學(xué)生而言，“雙創(chuàng)”競賽與課堂學(xué)習(xí)融合的新環(huán)境不僅為其提供了施展空間，更能助其運用理論知識不斷完善項目方案，反哺課程教學(xué)，實現(xiàn)學(xué)以致用的教學(xué)目標(biāo)。

4 結(jié)語

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)是高等學(xué)校的重要任務(wù)，滿足“雙創(chuàng)”需求的教學(xué)改革是新時期人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。“雙創(chuàng)”視域下物理化學(xué)課程教學(xué)模式的革新，有助于改變原有的系統(tǒng)性學(xué)習(xí)方式，轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)性學(xué)習(xí)與應(yīng)用一體的學(xué)習(xí)方式，使“雙創(chuàng)”教育和專業(yè)教育融合，學(xué)生的綜合素質(zhì)可獲得全面提升。教師的科研方向與專業(yè)課程體系教學(xué)內(nèi)容的結(jié)合更加緊密，有利于建成一支以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)為導(dǎo)向、教研能力強、工程實踐經(jīng)驗豐富的高素質(zhì)課程團(tuán)隊。