如何在冶金物理化学教学中体现创新人才的培养.pdf

如何在冶金物理化学教学中体现创新人才的培养如何在冶金物理化学教学中体现创新人才的培养 郭敏 张梅 郭汉杰 北京科技大学冶金与生态工程学院物理化学系 北京 100083 摘要 摘要 为了突出冶金物理化学课程教学过程中学生创新能力的培养 本文从教学 内容的更新 科学方法的讲授 教学手段的改进以及学生自主科技创新课题的实 践等方面 提出了自己的观点与看法 关键词 关键词 冶金物理化学 教学 创新 什么是创新人才 创新人才是指具有强烈的创新意识和创新精神 具有很好 的创新思维和很强的创新能力 能够做出创造性成果的人 创新人才培养的重点 是突出创新 这就要求教师全面深入地开发学生潜在的创造力 即以培养学生创 新思维为核心 注重个性发展 让学生的禀赋 优势和特长得到充分发展 教育 的最终目的不是传授已有的东西 而是要把人的创造力量诱导出来 如何在教学 过程中开发学生的创造潜能 关键在于注重对学生的启发诱导 激发他们主动思 考和分析问题的能力 1 3 另外 学生良好的创新心理素质的建立 也是创新能 力培养的重要方面 创新能力是一种综合性的能力 它的培养贯穿到人才培养的全过程 渗透到 教学过程的各个方面 为了适应社会对高等冶金工程教育培养人才的需求 为了 与冶金工程学科新的发展动向相适应 作为冶金工程专业基础的冶金物理化学课 程 必然需要进行新的调整 在冶金物理化学教学过程中 如何培养出具有创新 精神和创新能力的高素质人才 是我们今后教学改革的重要内容 以下是笔者在 冶金物理化学教学实践中总结的几点看法和体会 1 在课堂教学中激发学生的学习兴趣 是创新人才培养的前提 兴趣是学习的老师 是化解教学难点的保障 由于冶金物理化学课程涉及到 大量冶金抽象的基本概念 基本理论 繁杂的计算公式和枯燥的相图解析 使得 许多学生在未开始学习这门课程之前就已经产生了畏难厌学情绪 冶金物理化学 教师如何使课程引起学生兴趣 从而培养兴趣 激发兴趣 是培养学生创新能力 前提的教学关键所在 针对这种情况 在教学过程中我们采取了如下措施 1 首先 在冶金物理化学课程开始时 邀请具有丰富教学经验的国内外著名学 者 院士给学生讲解绪论 这些本领域的大家除了全面介绍冶金物理化学的发展 及如何在冶金中的应用外 重点指导学生如何学习冶金物理化学基础知识 初步 学会解决冶金物理化学中难点问题的方法 在讲授过程中 大家自身的人格魅力 和渊博的知识体系 无形中可以调动学生的学习热情 激发学生的学习兴趣 此外 通过设问激发学生的学习兴趣 在具体的教学过程中 针对教学重点 与难点问题 不要一开始就直奔主题 直接进行概念和定理的讲解 而是需要从 一个具体的生产实际中的问题或与日常生活息息相关的问题入手 提出问题 引 导学生积极思考 与学生一起寻找 分析 解决问题的具体途径 使其养成独立 思考 逐步发现问题 解决问题的能力 在理论分析的教学过程中 教师要注意 引导学生分析熟知的典型事例 或从对学生已有知识的逻辑展开中提出问题 激 发学习兴趣 创造便于探索规律的良好环境 提供探索规律所必需的感性材料和 相关学科知识以及进一步思考问题的线索和依据 为发现解决问题提供必要的感 性认识 这样 学生一开始就具有成就感 能够极大调动学生的学习热情 另外 在教学手段上采用多媒体教学 以形象 简单 生动的动画将抽象 复杂 枯燥的难题逐步分解 刺激学生的视觉听觉 在有限的教学时间内扩大教 学信息量 与传统的粉笔加黑板的教学手段相比 多媒体教学手段的优势在于能 够实现 微观问题宏观化 静态问题动态化 表达方式多元化 它能 够使得静态的冶金过程动起来 尤其对于冶金动力学反应机理的解释与复杂相图 的解析有着传统的教学手段所无法比拟的优势 2 基本概念 理论的牢固掌握与相关知识的系统化是培养创新人才的基 石 基础理论和基本知识体系教育在创新人才培养过程中是十分重要的 许多科 学工作者之所以能取得杰出的成就 与他们在掌握学科基础理论和研究中扎扎实 实的基本功是分不开的 宽厚的基础理论是创新人才最重要的基本素质 对冶金 工程专业学生而言 冶金新工艺 新流程的提出设计与改进 均是以冶金物理化 学基本理论为基础的 没有宽厚的冶金物理化学基础知识 就不可能解决冶金工 程学科发展中出现的许多新问题 冶金物理化学教学实践表明 没有对基本知识 的牢固掌握 深刻理解与选择性继承 就不可能有创新意识的产生 更谈不上创 2 新能力的培养 随着冶金学科的发展 一些经典的基础理论的适用范围发生了变 化 这就要求教师的教学内容要不断更新 将近期科学前言的相关文献与研究结 论引入课堂 赋予古老的基本理论以崭新的内涵 使学生接触到和学习到的永远 是新的知识和解决问题时新的想法和措施 这样有助于创新人才的培养 值得注意的是 单纯的基本概念和定律的讲解学生易于接受并掌握 但是 冶金物理化学是具有严密知识体系结构的课程 在分析问题 解决问题的过程中 应该要求学生能够将零散的知识点构筑成严密的逻辑思维框架 即在学生头脑中 形成清晰系统的知识体系 这种思维过程的转化也是创新能力培养的一种体现 例如冶金真实溶液中的活度概念是冶金热力学教学的重点与难点所在 针对活度 概念的引出 不同标准态下活度的表达式的确定 以及不同标准态活度及活度系 数之间的关系的推导 我们采取了不同的教学手段 在教学过程中可以通过类比方法培养学生发现问题的能力 即创新意识的建 立与创新思维的培养 我们知道客观事物之间均具有普遍联系 类比就是在这一 基础上 在具有相似性的同类事物之间 发现共同属性或不同属性 在不同类的 事物之间 除了存在差异的一面外 还可能具有相似的一面 同样可以运用类比 法发现事物的规律 活度概念正是在基于拉乌尔定律和亨利定律的类比的基础上 引出的 需要注意的是 在讲授不同标准态下活度的表达式 以及不同标准态活 度及活度系数之间的关系的推导时 则要通过严密科学的思维方法和数学推导过 程 充分体现规律的发现过程 使学生在学习和掌握这类科学规律的同时 提高 理论归纳和演绎推理的能力 即创新思维的建立与创新能力的培养 所以 基于 上述分析讨论 教师在教学过程中要按照教学重点和各种规律的特点 精心设计 教学过程 让学生了解到基本定理存在的背景 研究方法及其解析过程 使学生 在掌握物理化学基础知识的同时 建构清晰严密的逻辑思维框架 激发学生主动 思考 提高学生发现和分析问题的能力 3 采用互动式教学模式是培养创新人才的重要途径 冶金物理化学是一门抽象性较强的课程 其中很多重要的概念和原理如吉布 斯自由能函数 活度 正规溶液理论 未反应核模型等 虽然学生具有一定的普 通物理化学的基础 但是必须通过思考 领悟 理解 融会贯通的过程 才能够 真正把握其中的实质和要点 而在传统的以满堂灌为主的教学方法中 往往忽视 3 了学生在教学过程中的主体作用 学生在被动学习 因此采用这种教学方法培养 出来的学生 大多思维呆板 缺乏创新意识和发散思维 他们对课堂上讲解的内 容似乎都听懂了 理解掌握了 但是 一旦让他们综合运用这些基本知识来分析 解决实际问题的时候 往往会束手无策 没有头绪 不知如何来进行思考 究其 原因就在于学生并没有真正理解和弄懂这些内容的要点和实质 更谈不上将这些 知识要点纳入到一个严密的知识结构框架中 在头脑中形成清晰的知识体系 采用启发 讨论式互动教学方法 引导学生积极参与教学过程 充分发挥学 生在课堂讲授中的主体作用 是培养学生创新思维的前提 针对刚开始冶金物理 化学中的基本概念和基本理论的讲解 教师可以首先提出问题 促使学生思考 然后再自己进行回答阐述 当学生掌握了一定的基础概念后 教师根据某一部分 内容 提出一系列学生感兴趣 能激发学生创新意识的问题 例如 对于埃林汉 姆图这一部分教学重点内容 可提出为什么图中绝大多数直线的斜率均为正值且 近似相等 能否根据埃林汉姆图预测非标准状态下反应进行的趋势 如何应用 埃林汉姆图作出氧标尺 有何特点等等 让学生经过认真思考 分析 讨论后作 出回答 值得注意的是 在这个过程中 教师要积极参与讨论和指导 及时解决 疑难问题 作出必要的提示和总结 对于部分较为简单的教学内容 则可以在教 师的引导下让学生自学 授之以渔 以提高学生的自主学习能力 例如 在学习 了选择性氧化理论的基础上 请学生提前预习自学奥氏体不锈钢的去碳保铬原 理 教师可以提供具体相关的思考题 如采用配料熔化法工艺 4 5 为什么不能 使用不锈钢返回料 而采用返回吹氧法工艺就可以使用返回料 并通过吹氧的方 法达到去碳的目的 再者 采用返回吹氧法工艺配料时Cr不能一次配足 而采用 真空吹炼法工艺配料时Cr可以一次配足等等 这样学生通过多次对课程内容的接 收 思索 反馈 再接收 再思索 再反馈的过程 不断的修正 补充 加深自 己对课程内容的理解和领会 进而顺利地掌握课程内容的要点和实质 针对课堂中理论性较强的问题 教师在课堂讲解中适时引入生产实践的例 子 使抽象复杂的问题形象化 简单化 鼓励学生用所掌握的冶金物理化学原理 加以解释 培养学生分析 判断及综合等创新思维能力 在学生掌握了一定的基 本理论 养成积极思考问题习惯的基础上 促使学生逐步掌握发现问题 提出问 题 解决问题的方法 收到举一反三 触类旁通的教学效果 例如 为获得良好 4 的连铸结晶器保护渣的性能 保证炉外精炼渣的熔化以及保证脱氧产物的上浮排 出 需要应用CaO SiO2 Al2O3相图 4 5 如何根据已经学过的有关简单共晶三元 系相图 含有一个稳定化合物以及含有一个不稳定化合物的三元系相图的知识 选择合适的 CaO SiO2 比例 Al2O3含量以及熔化温度的范围等 需要学生深入 思考后 发现问题的关键所在 将复杂相图逐一分解成已知简单的相图单元 在 头脑中形成清晰的解题思路 学而不思则罔 在充分思考后才能创新 通过这 样的教学过程 既加强了学生对重要知识点内容的理解和掌握 同时也加强了对 所学内容逻辑性和高度系统性的把握 有助于学生的创造性思维及创新能力的训 练 4 将科学前沿研究内容融入课堂教学 是培养创新人才的必由之路 好奇心是调动学生学习兴趣有效的触发点 强烈的好奇心 对事物充满热情 善于发现问题 提出问题是创新人才的重要特征之一 我们知道 创新不可能在 墨守陈规中产生 如何在冶金物理化学教学过程中培养和激发学生对于知识的好 奇心 这就要求教师对于课堂上基础理论的教学内容要不断更新 满足学科发展 的需求 教师不能仅拘泥于教材的内容来进行授课 而是要将教学内容与自己所 从事的冶金物理化学科学研究工作紧密结合起来 使学生学习学科发展的最新理 论 促进创新能力的培养 为了能够让学生了解本课程的前沿领域 熟悉本课程研究的基本理论与方法 在科研创新工作中的应用 笔者将近年来承担的与本课程内容密切相关前沿的科 研成果融入到课堂教学中 例如 在讲到如何根据多元系相图的基本知识找出待 研究的物相稳定存在的区域 根据热力学计算推测动力学参数时 我们将把承担 的国家重点基础研究课题含钛高炉渣与电炉熔分渣选择性结晶分离提钛的问题 提出 引导学生根据已有的知识体系寻找选择性结晶分离提钛的关键所在 提出 相应的解决方案 然后教师给出自己科研中相应的研究内容 解决问题的关键步 骤以及炉渣选择性结晶分离提钛的整个工艺过程 通过对对比 分析 判断 得 到比较客观的结论 这样在整个教学过程中 能够使得理论教学内容紧随科学前 沿 融教学与科研为一体 融传授知识与培养理论研究能力为一体 才有可能迸 发出创新的火花 通过在教学中前沿科学内容的不断渗透 使冶金物理化学教学 5 内容富有时代感 培养学生用于探究新问题 找出新规律的科学素养 促进学生 创新思维的形成 5 学生自主科技创新课题的设计与实践 是培养创新型人才的关键 创新人才培养的重点是开发其创造潜能 注重启发诱导 激发学生主动思考 和分析问题的能力 在教学中引入科技创新活动能够促进学生主动发现问题并独 立地去获得问题的答案 在冶金物理化学教学过程中 根据学生在学习中提出的 和课程有关的基础理论问题 或是与本学科科学前沿相关的问题 教师可以直接 给学生提供课题 但要让学生自主选择 学生通过选题 收集资料 查阅资料 设计研究方案 运用多种实验方法与手段解决关键问题 以及到最终的成果展示 等环节 完成一整套科学实践活动 这一过程注重的是学生创新思维的培养 另 外 在教学中 教师可以引导学生从实际中发现和确立研究的课题 在设计思路 研究方法等方面进行指导 给学生适当启发 使学生的奇思妙想得以实现创新实 践 冶金物理化学课程教学实践表明 学生自主科技创新课题的设计与实践 能 够充分发挥学生的主观能动性 激发学生提出自己的新观点 新思路和新方法 有利于学生创新意识和创新实践能力培养 创新人才的培养需要一个循序渐进的过程 冶金物理化学教学实践表明 在 教学过程中激发学生的兴趣与好奇心是培养创新人才的前提 基本知识的牢固掌 握与系统化是培养创新能力的基石