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浅谈物理化学课程教学内容和教学方法的改革——逯宝娣
2013-11-28 09:40  

提高教学质量是高等教育发展的核心任务,是建设高等教育强国的基本要求。“实现教育现代化”的关键在于教育要改革,特别是教学内容和教学方法的改革。作者根据讲授基础课“物理化学”二十多年体会和经验,对物理化学课程教学内容和教学方法的改革,提出粗浅的看法。

一、教学内容、教学方法改革的迫切性

多年来,大学本科教学在教学内容改革方面始终未见有突破性的进展,基础课的教学更是在“基础课教学内容是基础的、基本的,没有必要不断更新”的思维定式下,课堂教学内容常常是数年来一成不变或变化甚小。对物理化学来说,热力学第一、第二定律建立于十九世纪中期,距今己有一百五十多年。经典热力学认为体系总是自发地趋于平衡、趋于无序。实际上趋向平衡、趋向无序并不是自然界的普遍规律。经典热力学的规律只适用孤立体系,而自然界普遍存在的是敞开体系。在非平衡态的敞开体系中大量存在着从无序向有序变化的现象。在现行的物理化学教学内容中,普遍存在着将过多的学时用于经典热力学的讲授,学生的思维纠结于客观不存在的孤立体系的热力学规律,而对新近发展建立的敞开体系的非平衡态热力学极少甚至不予介绍,这显然是不合适的。“本科教学应着力培养具有宽广知识基础和基本技能,能够适应未来发展需要的专业人材”。目前各化学基础课的学时不断缩减,而对学生创新能力和素质的要求则在提高,这就要求即使是基础课,其教学内容也要大胆改革、与时俱进、不断地整合与更新。

在我们的教学中,灌输式、填鸭式教学方法代代相传,历史悠久。多媒体教学在高校的普遍使用,大多数也仅是将黑板换成了屏幕,并没有改变灌输式、填鸭式的教学方法,有的甚至灌输得更为严重。启发式教学、讨论式教学偶尔也能听到,但受益面小,形成不了氛围,对于一个长期形成的落后的教学方法触动甚微。

教学方法的先进与否,直接影响创新人才的培养、创新人才的使用。我国明确提出到2020年要跻身于创新国家的行列,要成为自主创新型的国家,如果这种落后的教学方法不进行大的改革,培养创新人才就会成为一句空话。因此教学方法的大改革是十分必要而又是十分迫切的,可能是今后教学改革、质量大提高的一个切入点和突破口[1-2]。

二、 改革的关键是更新教育观念

教学方法不仅仅是一个方法问题,究其根源是一个教育思想、教育观念的问题。没有先进的教育思想就不可能有先进的教学方法和先进的教学内容。

1. 转变传统教学观念,以学生为主体。

孔子曰:学而时习之。继承在创新中的价值不言而喻,但是传统的教育以传授己有的知识为根本目的。学生习惯在学校和教师的安排下被动地接受知识,死记硬背一些书本上的东西,长期下来,青年人的兴趣、好奇心和想象力被压抑,思维形成定式,缺乏探究知识的主动性和创造性。这是我国教育存在的一个顽症。

以学生为主体,首先要改变自上而下填鸭式的教学模式。老师不只是完成知识的传授,而是要教会学生学习,带他们深入而浅出,举一反三,温故知新。即从“教”达到“不教”而使学生能自觉主动地学习。我们必须跳出一个认识误区,即总是希望多讲,越重要讲的越多,总是担心讲不到的学生考试不会,总是担心学生考试成绩不好,结果可能是学生反而不愿学习。

以学生为主体,就是要重视每个学生的个体,要承认个性。大凡拔尖人材都有鲜明的个性,这种个性异于常人的人,往往表现出对一些不合常理的事物的理解和接受,恰恰就因为这点,使他们极具想象力和创造才能。但这种独特的个性,常不被人理解,甚至得不到尊重。我们应遵循“不拘一格降人才”和“因材施教”的原则,对其因势利导,发扬个性,使其充分发挥优势。

以学生为主体,丝毫没有降低教师的指导作用,而是对教师提出了更高的要求。要求教师更深入地掌握本学科的知识内容,了解学科前沿动态,以便启发和回答学生的提问和质疑。要给学生营造宽松的环境,让学生自由发表意见,提出问题,充分讨论,才能产生创新灵感。一个好的教师不应只是系统知识的传授者,而应是在和学生平等讨论中新视角的提出者,新问题的发现者和新思维的倡导者。

2.教学与科研相结合

本科教学处于基础和优先地位,同时我们主张教研结合,因为科研也是育人特别是培育创新性人才不可或缺的途径,教师要将教学和科研相互融合,应当能够将知识传承者的教师角色与知识创新者的学者角色很好结合起来,既能向学生传授知识,又能通过对前沿问题的追寻和对真理的探索,来引导学生有所发现、有所创新。

教学与科研的结合,既利于教学,也利于科研。教师在教学中遇到的问题,可以促使其进行深层次的学术思考,而教师的科硏成果又可以反哺教学实践。正是在教学与科硏相互促进的循环往复中,才能真正实现教师角色的价值,也才能将人才培养落到实处。

应当确立一种共识,教学和科硏是“育人”这一问题的两个方面,优秀的教师应积极践行硏究性教学,在创新人才培养方面做出更大努力。创新人才是在参加创新实践中成长起来的,应组织学生参加科研项目或世界科技前沿的研究课题。要让学生在科研的创新实践中,启开求知欲望和创造冲动,独立自主地运用已有知识去发现问题,提出解决问题的新观点、新途径,最终达到超越自我、超越前人,取得创新的成果。

三、“物理化学”教学内容的改革

1.大量压缩经典内容

目前各类高校物理化学教材己对经典热力学部分作了一些精减,但受到考研指挥棒和习惯势力的影响,精减的量还远远不够。大学一年级的“大学物理学”[3-5]教材中的热学部分讲授了气体分子运动论及热力学三大定律。“无机化学”[6-9]教材中讲授了气体、化学热力学、化学平衡、化学动力学、电化学,除了相平衡、表面和胶体之外的物理化学的基本点均己讲授。讲课老师要了解本校学生先行课程“大学物理”及“无机化学”的学习内容,要大胆地对热力学三大定律内容的讲授动大手术,讲授要更加简而明,牢牢抓住如何使用热力学三大定律判别化学变化的方向和限度,以及能量转换的问题。对先行课程中学生己学习过的知识作一简单的复习,在其基础上再讲授物理化学课程内容,将不多的学时用于讲授新的内容。

2.简介非平衡态热力学

2012年的诺贝尔化学奖是研究生物的研究者,以后的化学奖可能会继续发给在生命科学中作出重要发现的科学家。英国牛津大学物理化学教授Atkins曾指出:“我认为化学家们感兴趣(或应当感兴趣)的是非平衡态热力学。有了计算机,这个领域对他们已经开放,利用微机,他们也可以开始讲授了。如果对非平衡体系的概念和技巧不熟悉,物理化学家们怎么能够真正涉足生物学?如果我们判定他们做不到,那么我们的课程必须改变”。

我们要简单介绍线性和非线性非平衡态热力学,牢牢抓住在线性和非线性非平衡态敞开体系中如何判别变化的方向和限度的问题。使学生了解处于远离平衡的敞开体系中,变化的方向趋于有序,变化的终点不是热力学平衡态,而是有序的稳定态。这种新的有序的稳定结构被称之为耗散结构。近年来出版的物理化学教材[10-15]对非平衡态热力学均作了一定的介绍,但教师在课堂教学中讲的较少或根本不讲。笔者认为,在讲授非平衡态热力学时应着重介绍基本概念及基本原理,不要陷入烦琐的数学推导。

3.更新课程内容,介绍学科前沿领域的新知识

Atkins指出:“相关领域的新发现为物理化学家提供了新的兴趣。其中最丰富而且可能最重要的是生物学,大学课程应当反映这些成就,它可以增进我们对能量传递、NMR成像、过程速率、基因表达、神经心理学和光合作用的理解。物理化学家感兴趣的物质已经转向高聚物、固体、表面、液体和复杂的混合物(诸如天体大气和化学反应器)。鼓励物理化学课程和化学工程相容和在物理化学课程中介绍化学工程的内容,是美国的发展趋势之一”。我们应该很好地理解和接受Atkins关于物理化学课程改革的观点。

此外,我们在讲授物理化学的各章节时,从基本原理出发适当介绍学科前沿领域的新知识,介绍有关的诺贝尔化学奖,融汇基础与前沿。使学生不仅具有扎实的基础知识,而且能了解学科前沿的基本点,为创新人才的培养起到入门作用。例如:

(1)在讲授化学动力学时,不仅介绍分子动力学、激光化学,而且可讲一点获2001年诺贝尔化学奖的不对称催化在工业生产中的应用。

(2)在讲授电化学时,结合能源和环保,介绍一点绿色环保的新型电池。

(3)很多化学反应都是表面进行的,表面状态的研究十分重要。在讲授表面化学时,可适当介绍近代表面分析中使用的各种仪器的名称及功能,使学生了解一点表面研究的现代手段。

(4)我国著名科学家钱学森院士早在1991年就指出:“我认为纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科学发展的重点,会是一次技术革命,从而将是21世纪又一次产业革命”[16-17]。而纳米粒子属于胶体粒子范畴,所以在讲授胶体化学时,可讲一点纳米粒子的制备、特性及其应用。

四、“物理化学”教学方法的改革

1.培养学生的学习兴趣

古希腊哲学家柏拉图曾说过:“兴趣是最好的老师”。国内大学教材以及教师授课往往比较偏重知识性、理论性,却忽视了对大学生学习兴趣的培养。回想起来,我们之所以选择化学专业,就是由于在中学时代对化学课的演示实验和化学实验的千变万化感到神奇而产生了兴趣。很难想象一个对所学专业不感兴趣的大学生能在专业上有所创新。教师要千方百计地想办法培养学生学习物理化学课程的兴趣。例如,理科文讲,介绍物理化学家的一些趣事,介绍诺贝尔化学奖,组织学生讨论或观看一些与物理化学有关的有趣的课件。总之,要提倡“兴趣学习”、“快乐学习”。

2.摒弃填鸭式

在物理化学课程讲授过程中要彻底摒弃填鸭式、满堂贯的教学方法,倡导启发式、探究式、讨论式、参与式的教学方法。“优秀的教学不是灌满一桶水,而是点燃一把火”。教师要帮助学生学会学习,要激发学生的好奇心,培养学生的兴趣爱好,要激起学生学习硏究的激情,要营造独立思考、自由探索、勇于创新的良好环境。

3.提倡“讲一练二考三”

教师在授课时要控制讲授量,增強课下及课上的练习量,扩大考试面,在试卷中要有一定的比例(百分之二十到三十)是没有讲授过的内容,让学生所学多于教师所讲,让优异学生脱颖而出,为学生留出更多自主发展的空间。

4.避免一张试卷定终身

在学生成绩考核上要避免一张试卷定终身,要注重考核学生综合能力,要形式灵活多样。美国大学的考核往往不是一张试卷定终身,教学绝不围着考试转。在整个学期中,一般课程都要进行2~3次考核。考试中很少需要死记硬背,考试时可提供必要的公式和计算常数。题量虽不是很多,但特点鲜明,有较强的灵活性、综合性和实用性。考核中一般都会涉及一定数量的应用问题,需要学生运用学过的知识和技能来解决一些实际问题,考核方式呈现多样化。

例如,经常让学生结合教学内容和研究专题撰写论文作为课程考核的组成部分,其中对能力的评价是十分突出的。因此美国大学的课程学习成绩实质上是对学生整个学习过程的综合评价。和美国相比,我国高校在对学生学习成绩的考核上差距甚远,改革的任务很重。形式灵活的考核制度能促使学生不仅深入学习专业理论知识,同时加强锻炼自己的逻辑思维能力、口头表达能力和综合能力,这也是培养创新人才的辅助之一。

教育要发展,根本靠改革。教师作为教育改革的主力军,理应更新教育观念,在物理化学课程教学内容和教学方法改革上狠下功夫,坚持几年甚至几十年,争取有一大的突破。大家共同努力,改变我国教学方法、教学内容落后的状况,为建设高等教育强国而奋斗。

参 考 文 献

[1] 周远清 主编.《把什么样的高等教育带入全面小康社会》.论建设高等教育强国。北京:中国人民大学出版社,2009

[2] 曹小先,郭传杰等《培养创新人才的关键是教育观念的更新》.高等教育改革与发展研讨会交流材料,2009年10月13日

[3] 吴百诗 主编.《大学物理学》.北京:高等教育出版社,2004

[4] 卢德馨.《大学物理学》.北京:高等教育出版社,2003

[5] 张三慧. 《大学物理学》.北京:清华大学出版社,2009

[6] 申泮文主编.《近代化学导论》(第二版).北京:高等教育出版社,2009

[7] 宋天佑.《简明无机化学》.北京:高等教育出版社,2007

[8] 北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学无机教研室.《无机化学》 (第四版) .北京:高等教育出版社,2002

[9] 徐祟泉,强亮生.《工科大学化学》.北京:高等教育出版社,2004

[10] 朱志昂,阮文娟.《近代物理化学》(笫四版).北京:科学出版社,2008

[11] 傅献彩,沈文霞,姚天扬,候文华.《物理化学》(第五版).北京:高等教育出版社,2006

[12] 韩德刚,高执棣,高盘良.《物理化学》(第二版).北京:高等教育出版社,2006

[13] 范康年主编.《物理化学》(第二版).北京:高等教育出版社,2005

[14] 胡英主编.《物理化学》(第五版).北京:高等教育出版社,2007

[15] 孙世刚主编.《物理化学》.厦门:厦门大学出版社,2008

[16] 专题报告.中国建筑金属结构,2001,3:4

[17] 刘征军,郑红伟.国防科技,2003,1:29

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