在物理化学课程教学中引入研究成果的探索与体会研究

01收稿：202x-xx-xx；录用：202x-xx-xx；网络发表：202x-xx-xx*通讯作者，Email:qinxl@;zhaohongsu@基金资助：2019年湖南省学位与研究生教育改革研究项目（179）；湖南农业大学“双一流”建设项目。No.Xdoi:10.3866/PKU.DXHX20xxxxxxx摘要：由于物理化学的知识体系与食品、材料、能源、环境、生命等学科密切相互，因此，它不仅是农业大学全校性的化学必修课和基础课，更是培养学生创新思维和科研能力的重要课程。在教育部大力发展“新工科、新农科”建设的新形势下，尝试引入国内外最新的物理化学相关的科技成果，加入与课程相关的内容同时进行讲解，培养学生的创新能力和解决问题的能力，不仅能提高学生对物理化学课程的兴趣，开阔学生的眼界、增长学识，同时也完善了教学体系，教学效果良好。关键词：物理化学；科研成果；创新意识中图分类号：G64；O6IntroductionoftheLatestResearchesintoPhysicalChemistryCourseQINXiaoli*,GUIQingwen,JIANGHongmei,SUZhaohong*CollegeofChemistryandMaterialScience,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China.Abstract:Astheknowledgeofphysicalchemistrycloselyrelatedtothedisciplines,suchasfood,material,energy,environmentandlife,itisnotonlyacompulsorycourseandabasiccourseinagriculturaluniversity,butalsoanimportantcoursetocultivatestudents'innovativethinkingandscientificresearchability.Nowadays,theministryofeducationenergeticallydevelopsnewengineeringandnewagriculturebranch.Wetrytointroducethelatestscientificandtechnologicalachievementsofphysicalchemistryathomeandabroadtothecourseandexplainitatthesametime.Itcannotonlyenhancestudents'interestinthiscourse,butalsocultivatestudents'innovativeabilityandproblem-solvingability.KeyWords:Physicalchemistry;Scientificresearchachievements;Scientificinnovationidea随着教育部“新工科、新农科”概念的提出，各高校都在着力提高人才培养的能力和水平，助力推动形成覆盖全部学科的，具有中国特色和世界一流水平的本科专业集群。无论是新农科还是新工科，其建设的核心都是“培养新型人才”，因此，在教学时更应注重培养学生的世界眼光和中国情怀，促进产教融合、科教协同、本研衔接，实现以学生成长成才为中心的教育ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[1,2]。这就要求我们教师在教学过程中，将最新的成果引入课堂，增长他们的知识，开阔他们的视野，让知识的更新速度跟上世界最新研究的步伐，以课本基础知识为本，拓展教学内容。1物理化学课程引入最新研究成果的必要性物理化学是从研究化学现象与物理现象之间的相互联系入手，从而找出化学运动中最具有普遍性的基本规律的一门学科。物理化学也是我校化学、食品、环境等专业开设的一门必修课。但是，大多数学生对这门课程不感兴趣，主要是觉得物理化学比较难，且没有实际的用处ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李向荣，于洁</Author><Year>2019</Year><RecNum>11</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[3]</style></DisplayText><record><rec-number>11</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="9529z5zaufp9wdea2vo5xrzoze55vsr5ftsr"timestamp="1591259178">11</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">李向荣，于洁</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">突出药学药剂专业特色的物理化学教学改革</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">基础医学教育</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>基础医学教育</full-title></periodical><pages>353</pages><volume>21</volume><number>5</number><dates><year>2019</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[3]。学生觉得难，是所学知识抽象难懂、逻辑性较强、数学推导繁杂、概念和公式较多等原因，这些问题老师可以通过详细的讲解及推导演算而解决。但若是学生觉得该课程学而无用，将会缺失学习的主动性、积极性及学习的兴趣与热情，导致逃课率和考试挂科率高等问题的出现。因此，将最新的物理化学相关研究成果引入课堂势在必行，这不仅是提高学生学习兴趣和积极性的需要，也是培养学生们创新意识和继续研究生深造的基础，更是现今国家和社会对学科交叉和创新人才的需求。虽然已有课程教学中引入模拟创业的报道ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>雷杰，赵滨，樊惠芝，刘莎莎</Author><Year>2019</Year><RecNum>10</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[4]</style></DisplayText><record><rec-number>10</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="9529z5zaufp9wdea2vo5xrzoze55vsr5ftsr"timestamp="1591259046">10</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">雷杰，赵滨，樊惠芝，刘莎莎</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">在化学实验课程教学中引入模拟创业的探索和体会</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">大学化学</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>大学化学</full-title></periodical><pages>1</pages><volume>34</volume><dates><year>2019</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4]，但尚未见在课堂上引入最新的研究成果的尝试。2物理化学课程教学引入最新研究成果的探索与实践如今，随着现代教育技术的发展、慕课平台的普及和应用、翻转课堂教学模式的融入，学生们可以有效地进行学习ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>武小满</Author><Year>2009</Year><RecNum>12</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[5,6]</style></DisplayText><record><rec-number>12</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="9529z5zaufp9wdea2vo5xrzoze55vsr5ftsr"timestamp="1591259293">12</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">武小满</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">现代教育技术在物理化学实验中的应用</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">广州化工</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>广州化工</full-title></periodical><pages>249</pages><volume>37</volume><number>9</number><dates><year>2009</year></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>张永良，郭宗杰</Author><Year>2019</Year><RecNum>13</RecNum><record><rec-number>13</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="9529z5zaufp9wdea2vo5xrzoze55vsr5ftsr"timestamp="1591259447">13</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">张永良，郭宗杰</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">现代教育技术在中职物理教学中的应用</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">职教天地</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>职教天地</full-title></periodical><pages>23</pages><volume>18</volume><dates><year>2019</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[5,6]。教师利用可视化工具将比较复杂而抽象的理论知识更加直观的体现出来，进而可促进学生对知识的理解。这些手段的运用，使得学生能够更有效地掌握课本知识。但是学生想通过目前这些教学手段了解最新的科研成果，显然是有困难的。基于此，本文进行了有效地研究。2.1教学设计在热力学的课程中，热力学第二定律是指热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，因此，空调制冷的工作原理一般都会被我们搬到课堂上讲解。参考热力学第二定律，要制冷还得找到个比环境温度低的物体，进而引入基于“低温物体”——外太空，给同学们介绍科学家们开发的一些被动辐射制冷的材料。例如，胡良兵和尹晓波等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Li</Author><Year>2019</Year><RecNum>7</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[7]</style></DisplayText><record><rec-number>7</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="9529z5zaufp9wdea2vo5xrzoze55vsr5ftsr"timestamp="1591242087">7</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>TianLi</author><author>YaoZhai</author><author>ShuaimingHe</author><author>WentaoGan</author><author>ZhiyuanWei</author><author>MohammadHeidarinejad</author><author>DanielDalgo</author><author>RuiyuMi</author><author>XinpengZhao</author><author>JianweiSong</author><author>JiaqiDai</author><author>ChaojiChen</author><author>AblimitAili</author><author>AzharVellore</author><author>AshlieMartini</author><author>RongguiYang</author><author>JelenaSrebric</author><author>XiaoboYin</author><author>LiangbingHu</author></authors></contributors><titles><title>Aradiativecoolingstructuralmaterial</title><secondary-title>Science</secondary-title></titles><periodical><full-title>Science</full-title></periodical><pages>760-763</pages><volume>364</volume><dates><year>2019</year></dates><urls></urls><electronic-resource-num>10.1126/science.aau9101</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[7]合作制备出的“降温木材”，通过大气窗口辐射到宇宙中的热量超过其吸收的太阳辐射能量，从而实现无需任何能源输入的比环境温度更低的制冷。这也就实现了理论知识与前沿科学的结合。在进行催化剂的讲解时，特别是介绍酶催化时，可以简单介绍一下以酶为生物催化剂的酶基生物燃料电池。比如，它通过电化学途径将生物质燃料中的化学能直接转化为电能，且酶生物燃料电池反应条件温和、原料来源廉价、生物相容性好，可望作为一种绿色的能源转换器件，具备便携型电源、植入式在体电源为人体的人造器官或可穿戴生物传感器提供能源的潜力ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>ShuqinFan</Author><RecNum>6</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[8]</style></DisplayText><record><rec-number>6</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="9529z5zaufp9wdea2vo5xrzoze55vsr5ftsr"timestamp="1591238663">6</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>ShuqinFan</author><author>BoLiang</author><author>XinxinXiao</author><author>LuBai</author><author>XiangjiangTang</author><author>ElisabethLojou</author><author>SergeCosnier</author><author>AihuaLiu</author></authors></contributors><titles><title>ControllableDisplayofSequentialEnzymesonYeastSurfacewithEnhancedBiocatalyticActivitytowardEfficientEnzymaticBiofuelCells</title><secondary-title>J.Am.Chem.Soc.</secondary-title></titles><periodical><full-title>J.Am.Chem.Soc.</full-title></periodical><pages>3222−3230</pages><volume>142</volume><dates><year>2020</year></dates><urls></urls><electronic-resource-num>10.1021/jacs.9b13289</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[8]。这些内容的丰富，让学生们对它的研究前景更为关注，进而对课本的基础知识也更感兴趣。量子力学基础，由于内容比较枯燥，我们可以讲讲量子力学的作用以及现在的研究状况。例如，聚集诱导发光材料在生物医药领域中所展现出的独特优势，包括生物成像和示踪、药物输送和癌症诊疗等等，而对其机理和相关理论设计的也是重要的课题。比如，北京化工大学的李晖课题组与华东师范大学的何晓课题组合作，利用全量子力学方法定量预测分子聚集诱导发光材料的吸收与发射光谱ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Zhang</Author><Year>2020</Year><RecNum>4</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[9]</style></DisplayText><record><rec-number>4</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="9529z5zaufp9wdea2vo5xrzoze55vsr5ftsr"timestamp="1591237127">4</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>WeiZhang</author><author>JinfengLiu</author><author>XinshengJin</author><author>XingguiGu</author><author>XiaoChengZeng</author><author>XiaoHe</author><author>HuiLi</author></authors></contributors><titles><title>QuantitativePredictionofAggregation‐InducedEmission:AFullQuantumMechanicalApproachtotheOpticalSpectra</title><secondary-title>Angew.Chem.Int.Ed.</secondary-title></titles><periodical><full-title>Angew.Chem.Int.Ed.</full-title></periodical><dates><year>2020</year></dates><urls></urls><electronic-resource-num>10.1002/anie.202003326</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[9]。此外，随着高性能计算机的飞速发展，该方法将会成为凝聚态体系激发态行为研究的越来越重要的手段。因此，这也是督促学生们紧跟时代的步伐，及时更新和学习新的技术和知识。当到讲界面现象的时候，可以告诉同学们，荷叶效应的关键是表面微纳米多尺度结构，是其同时具有高表面接触角和低粘附性的重要原因。从而引入仿生荷叶的超疏水材料，由于其独特的固-液界面性质，在表面自清洁、生物防污、防水抗结冰、流体减阻以及传热传质等领域的应用，以及发展出来的一系列如超亲水、超疏油等超浸润系统理论，并且可以介绍以江雷院士团队等为代表的国内研究群体在固液界面材料研究领域取得的丰硕研究成果ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[10-12]。例如，江雷院士研究团队深入分析了猪笼草口缘区表面微观结构上的液膜铺展过程，首次发现液膜定向连续搬运的神奇现象，并且进一步研究了表面亲水、疏水特性对液膜定向搬运能力的影响规律，提出了液膜定向连续搬运仿生机械表面/界面设计原理，基于生物复制成形方法实现了逼真形貌的转移制造，其研究成果可应用于医疗器械、航空航天等装备的表面/界面自润滑、抗磨损、防粘附等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Chen</Author><Year>2016</Year><RecNum>5</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[13]</style></DisplayText><record><rec-number>5</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="9529z5zaufp9wdea2vo5xrzoze55vsr5ftsr"timestamp="1591237883">5</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>HuaweiChen</author><author>PengfeiZhang</author><author>LiwenZhang</author><author>HongliangLiu</author><author>YingJiang</author><author>DeyuanZhang</author><author>ZhiwuHan</author><author>LeiJiang</author></authors></contributors><titles><title>ContinuousdirectionalwatertransportontheperistomesurfaceofNepenthesalata</title><secondary-title>Nature</secondary-title></titles><periodical><full-title>Nature</full-title></periodical><pages>85–89</pages><volume>532</volume><dates><year>2016</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[13]。这些不仅能拓展学生们的视野，提高了学生们的学习兴趣，也使他们真切地感受到了作为一个中国人的自豪，增强了民族自信心和自豪感。由于上课时间有限，我们也给学生们提供了查阅文献的方法和途径，鼓励学生们自己去追踪最新的研究成果，并要求学生详细了解一位物理化学家，并找到他近几年的研究成果，写一份简介。这项我们工作已经做了2年，学生们也学会了如何去查阅自己想要的相关文献和信息。2.2教学效果通过将最新的研究成果引入课堂，最直观的效果就是学生对课堂的期待高了，兴趣更浓了。将课堂内容延伸到前沿的研究成果，让学生有了创新意识，会主动提出新的、自己的想法，并考虑改进现有的方法和技术。比如，讲到“降温木材”时，学生对这种材料的价格和制作工艺提出了不同的疑问，甚至会提到是否可以设计“冬暖夏凉”的智能材料。更有部分学生通过引入的这些前沿的成果，对某一领域产生了浓厚的兴趣，明确了自己今后考研和就业的方向。对于已经进入课题组做实验的学生，会考虑利用自己在课堂上学到的物理化学知识深入的进行研究。同时，学生们在科研选题时，对研究项目也有了更多的认识和想法。这也说明了教学与创新科研思维相结合的重要性，以及将最新的研究成果引入课堂的必要性。3结语这种将最新研究成果带入课堂的模式，今后可以推广到分析化学等其他课堂上，其目的除了加深学生理解课程所学内容，拓宽学生的知识面，更重要的是提高学生创新能力和分析解决实际问题的能力。然而，这种教学模式，对教师提出了更高的要求。首先，教师应该在思想观念上进行转变，切不可将思想停留在传统教学观念上，认为只要教好课本知识即可。其次，教师应该积极主动的关注最新的研究成果。只有不断的提高自身的科研能力，以及对最新科研成果的关注和理解，才能结合课堂知识，在课堂上为同学们讲解，拓展相关知识。如果自己就是做与课程教学相关方向的研究，那么将自己的最新研究成果带入课堂