创新思维在物理化学教学改革中的探索

摘要：本文阐述了在物理化学教学改革中，教师本身创新意识和培养学生创新思维的重要性。通过结合教师本人的教学经验，从引入化学史、理论联系实际、教学与科研相结合三个方面，探讨了在物理化学教学改革中如何进行创新能力的培养，如何提高学生分析问题、解决问题的能力，培养具有创新意识的人才。

关键词：物理化学；创新思维；教学方法

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）19-0076-02

一、引言

物理化学是采用物理学中的原理和方法，从物质的物理现象和化学现象入手，研究并建立化学变化基本规律的一门科学[1-3]。物理化学是一门理论性、系统性和逻辑性都很强的学科，因此也是本科生学习的“四大化学”中最后的一门基础理论课。同时，由于物理化学基础理论中公式繁多、推导复杂、应用条件严格，因而在学生中一直被列为最难学的课程之一。正是因为物理化学是化学以及化学相关专业的基础理论，逻辑性强、系统性高、概念多等特点，这样才有利于在课堂上培养学生的创新思维。

创新是一个民族的灵魂，是国家兴旺发达的动力。创新思维是指以新颖的方法解决问题的思维过程，特别是在创造性活动中的思维过程。通过这种思维能突破常规思维模式，从独特的视角去思考问题，是人类思维的高级过程，通过创新思维可以提出与众不同的解决方案，从而产生新颖的、更具社会意义的思维成果[4，5]。因此在大学物理化学课程中进行创新教育是非常重要的。

二、提出概念时引入化学史，激发学生求知欲

物理化学课程的主要内容就是系统地介绍19世纪到现在物理化学家的理论和实验成果，因此在物理化学课程的教学过程中，结合化学史的内容，既可以培养学生的学习兴趣，还可以激发学生的创新精神和求知欲，加深学生对于基础概念的理解和掌握。

物理化学中的很多概念、物理量都是由科学家的名字命名的，在讲授概念的时候穿插一些化学家的生平事迹，以及严谨的科研态度可以引起学生的学习兴趣，还可以加深学生对概念的理解。例如，热力学中的重要人物之一吉布斯是位大器晚成的科学家，他在1873年34岁才发表了第一篇重要论文，在其后的论文中提出了三维相图的思想。当时已经是著名科学家的麦克斯韦对吉布斯提出了三维相图的思想赞叹不已，亲手做了一个石膏模型寄给吉布斯。直到1878年，他又提出了吉布斯自由能，化学势等概念，阐明了化学平衡、相平衡、表面吸附等现象的本质。但是由于刊物的发行量小以及吉布斯纯数学推导的写作风格，这篇论文当时并没有受到重视。直到十几年后，才开始受到欧洲同行们的重视。在动力学的研究中，同样有许多重量级的科学家。范特霍夫是获得诺贝尔奖的第一位化学家，范特霍夫从中学开始，就对化学产生了浓厚的兴趣，曾经偷偷钻到实验室偷做实验被老师发现，却因平时的勤奋好学而得到了老师的原谅。随后，范特霍夫的父亲得知儿子很喜欢化学，在家里让出一间房子专供儿子做化学实验。从此，范特霍夫就开始“经营”自己的小实验室。把平时的零用钱积累起来购买各种实验器具和药品，开始从事自己的化学实验。由于在化学动力学和化学热力学研究上的贡献，他获得了1901年的诺贝尔化学奖。电化学中原电池的发明起源于解剖学家伽伐尼在解剖青蛙的时候发现动物身上的“生物电”现象。物理学家伏特受到启发，发现电流的产生不需要动物组织，电的产生是由于两种不同金属的接触，电流是由于两种金属通过肌肉连接，构成回路而产生的，从而用铜片、锌片、浸盐水的纸片，发明了伏特电池组。以上三位科学家的研究经历，对学生有三点启示作用。首先，对待科学要实事求是，尊重实验结果，并有不断追求真理的精神和毅力；其次，不要放过任何微小的实验现象和偶然，能把握住机会的都是有准备的人，认真细致的观察和不断的实验验证是提出自己理论和见解的基础；再次，就是针对前人的知识和经验，不能全盘接受，要敢于怀疑、批判和创新，尤其是在青年阶段，更要活跃思想，发扬科学的探究精神。

在近代的物理化学研究中，中国科学家的突出贡献并不是很多。温度是热力学中最重要的参数之一，我国著名的化学家黄子卿先生在水的三相点测定中做出了杰出的贡献，他所测得的水的三相点为0.00980±0.00005℃，至今被推崇为水的三相点的可靠数据之一，并被选为国际实用温标的基准点。在相平衡一章的教学过程中穿插这样的小故事，不仅可以激发学生学习的热情，还可以增强学生的民族自豪感，培养学生对化学学科的兴趣。

三、理论联系实际，培养学生分析问题和解决问题的能力

物理化学不仅是四大基础化学课程的核心课程，同样在化学相关各个专业的后续课程中起到了基石的作用。例如，化工专业的学生，化工原理，反应工程等就是热力学和动力学的延续；材料专业的学生，金属原理等就是相平衡的发展；表面化学、胶体化学等更是在生产生活中起着不可替代的作用。因此，在教学中过程中理论联系实际，让学生感觉到物理化学课程的实用性是非常必要的。引导学生用所学知识解决生活中遇到的一些现象，实际问题等，培养学生用创新思维分析问题解决问题的能力。

对于物理化学而言，本身的理论性很强，但是并不是所有的章节都是枯燥无味的。在讲解到一些相关的理论时，可以列举一些生活实例，积极引导学生用所学知识对这些现象加以解释、分析。例如，在讲述克-克方程的时候可以提出问题，“为什么在高山顶上做饭有时候做不熟？”利用克-克方程就可以解释，水的沸点是跟压力相关的。随着高度的升高，大气压强逐渐减小，水的沸点也随之降低，多以在高山上水不到100℃就沸腾了，当然就煮不熟饭了。在讲解“稀溶液依数性”这一概念时，可以列举将冻梨放在水中浸泡一会，会发现表面有一层薄冰，但是里面确解冻了，这是什么原因呢？实际上让学生理解到梨中的水分不是纯水，是水、糖和其他物质所组成的溶液，利用稀溶液凝固点降低的规律就可以解释这一现象了。在讲述开尔文公式时可以引入人工降雨的原理，水蒸气的压力虽然对于平面液体来说已经达到饱和，但是对于微小液滴尚未饱和。所以向空中打入碘化银后，增大了水滴凝结核的半径，使饱和蒸汽压下降，水蒸气易凝结在碘化银表面，形成大的液滴，从而产生降雨。

通过结合这些生动形象的日常生活实例，可以调动学生学习的积极性，并且更深入地理解了物理化学中的基本概念和原理，达到事半功倍的教学效果。

四、教学与科研相结合，培养学生的创新意识

目前从事物理化学教学的老师，大部分也同时从事相关课题的科研工作。科研本身就是创新，实践性的科研要和理论教学联系起来。首先，可以讲自己科研领域的研究课题与物理化学教学中的相关概念、原理结合起来。我本人研究课题的方向之一是特殊浸润性纳米材料，在讲到界面现象一章时，我会同时介绍本人课题组所开展的超疏水、超亲水、油水分离材料的一些科研进展，并借此给学生讲解接触角、表面能等相关知识。不仅可以提高学生的学习兴趣，还可以引导部分有考研意愿的学生自发地关注科学前沿，培养创新意识。再比如，“荷叶为什么出淤泥而不染？玫瑰花表面的水珠确娇艳欲滴，不容易脱落？”等，这些现象都涉及到了物理化学界面现象一章的理论，而且与科学前沿息息相关。有必要的情况下还可以在课余时间带领有兴趣的同学到实验室进行参观，这样就可以把书本上枯燥的知识和科学研究串联到一起，使学生意识到物理化学的学习是一个系统的认知过程，是与实际生活和科学研究有密切联系的，而且可以解释或者是预测一些实验结果；其次，要鼓励学生培养自己的创新意识和科研兴趣，给部分学生提供研究性实验的机会。我们鼓励学生开展自己有兴趣的研究方向，鼓励学生利用网络、图书馆查找文献、阅读资料，并开展一些有可行性的研究性课题。从实验的选题、实验方案的制定和实验数据的分析，主要由学生自己来完成，老师给予必要的指导和建议，这将为学生将来在研究生阶段的独立实验打下了良好的基础。目前，我们学校的很多大学二年级以上的学生都有主动进入科研课题组的意识，他们积极地参与到老师的科研工作中去，并且敢于探索和创新，有部分优秀的学生还取得了一定的研究成果，在大学各类的创新竞赛中获奖，发表学术论文等。

五、结语

物理化学课程是学生和教师工人的难教、难学、难考的课程。提高该课程的教学效果也是多方面因素共同作用的结果，引入创新思维是教学改革的必要手段之一。在教学过程中，不仅要传授理论知识，更要注重对学生创新能力的培养，要尽量发挥学生的主观能动性，增强学生的创新意识。只有这样才能培养和发展学生的创新思维、创造能力，将来成为对国家和社会有用的人才。

参考文献：

[1]傅献彩，沈文霞，姚天扬，侯文华.物理化学[M].5版.北京：高等教育出版社，2005.

[2]刘俊吉，周亚平，李松林.物理化学[M].5版.北京：高等教育出版社，2009.

[3]沈文霞.物理化学核心教程[M].2版.北京：科学出版社，2009.

[4]周爱国.培养学生创造性思维能力的策略探析[J].学科教育，2000，（5）：25-27.

[5]朱清时.如何培养学生的创新素质[J].大学化学，2000，（15）：1-5.