物理化學教學應與學生科研思維能力培養(yǎng)相結合

朱權 李娟琴 談寧馨 四川大學化工學院 610065

物理化學教學應與學生科研思維能力培養(yǎng)相結合

朱權 李娟琴 談寧馨 四川大學化工學院 610065

根據(jù)物理化學學科的自身特色，提出在教學中進一步加強學生科研思維能力培養(yǎng)的觀點，提倡啟發(fā)式教學方法，增強教學過程中的趣味性，基本概念的清晰性和理論推導論證的嚴密性，改善過去物理化學教學中面臨的問題，從而提高教學質量，實現(xiàn)學生對學科知識體系的牢固掌握和科研能力的初步培養(yǎng)。

物理化學;教學;科研思維;綜合能力

物理學家勞厄曾說：“重要的不是獲得知識,而是發(fā)展思維能力，教育無非是一切已經(jīng)學過的東西都遺忘掉的時候剩下來的東西?！倍锢砘瘜W是一門理論性，系統(tǒng)性和邏輯性都很強的學科，公式繁多，推導復雜，應用條件嚴格。因此，如果仍然采用傳統(tǒng)簡單的講授式的教學方法而不加以變更，期終考試結束后學生所掌握的物化知識就會所剩無幾，也就失去了課程講授的意義。因此，從這一個角度看來，“授之以魚不如授之以漁”，對于重點院校的全日制本科學生，在教學過程中我們應該加強學生科研思維能力的培養(yǎng)，物理化學的知識可以忘記，但必須教會學習和掌握物理化學知識的本領。

物理化學的學科特點決定了它是很好的教育資源，其規(guī)律和公式總結于實驗而又可以指導實驗，并能夠從原子，分子的微觀層次，借助統(tǒng)計熱力學進行解釋，有助于建立學生大腦的實驗室，作為鍛煉學生科研思維能力的良好素材。在教學過程中，應使學生將課程當作進行一項科研項目所需的背景材料進行研究和學習。因此，物理化學課程的教學目的應該是培養(yǎng)學生科研思維能力，培養(yǎng)學生獨立學習理論知識和分析解決理論問題的能力。

圍繞著提高教學質量和培養(yǎng)學生科研思維能力這兩個本質一致的目標，經(jīng)過我們的教學實踐和學生的課后反饋，我們認為物理化學教學應該從以下幾個方面下工夫：

1.重視理論框架，夯實理論基礎

物理化學的概念多，公式多，推導多。對于三多問題，我們首先需要讓學生掌握的是該學科的理論框架，而不是一個一個公式的羅列。胡英院士曾指出：“一本教材，希望學生學了以后，能指導一類知識在框架中的位置，以便今后深入考察和鉆研；更希望通過典型章節(jié)的學習，體會字里行間蘊藏著的科學方法?！币虼耍绻麑⑽锢砘瘜W作為科研的背景知識和必須基礎進行教學，我們首先應該使學生明白該學科的理論框架，熱力學，動力學，量子力學，統(tǒng)計熱力學和其它相關章節(jié)之間的相互關系和內在聯(lián)系介紹清楚。在課程講述之前，首先要把課程目錄的編排目的和具體授課的順序安排給學生交代清楚，在這個環(huán)節(jié)上不能節(jié)約課時，確保學生對課程整體有個初步把握。

對于理論公式的介紹應首重概念，二重推導。對于重點院校的本科學生，他們具有良好的數(shù)學功底和物理，化學等學科的知識儲備，具有很強的掌握公式概念和推導的能力。因此，我們在課程講述中，首先要明確公式中各個物理量的具體含義，這才能為以后的科研和自學指明方向。而對于公式推導，無論老師還是學生都不愿意過多涉及，老師擔心講得多了學生接受不了，學生擔心由于公式的符號過多，變化太快而跟不上老師的步驟。在這個環(huán)節(jié)上，我們不能有畏難情節(jié)，一定要下工夫克服，避免公式的學習總是半生不熟，解決這個問題主要有以下幾個方法：1.對于重要和復雜的推導，應采用傳統(tǒng)教學，在黑板上一步一步推導和講解，詳細敘述其中所采用的公式和需要的條件；2.對于推導內容進行精挑細選，不能所有公式都進行推導，應選擇具有代表性的公式，與課程內容最為相關的物理量進行講解，在推導中加深學生對概念的認識；3.“眼過千遍，不如手過一遍”，課后作業(yè)應布置學生完成與課堂內容類似和不同的一系列推導。這樣教學有三個好處，首先學生可以通過自己推導加深對公式和概念的理解；其次，在推導過程中自然了解公式的推導條件和應用范圍；最后，有助于培養(yǎng)學生的學習興趣和成就感，理論推導的成功和應用公式算對例題的感覺是不能相提并論的。

以上建立理論框架和打好理論基礎這兩個方面，是培養(yǎng)學生正確科研思維能力的前提。

2.寓科研于課程，有機結合

現(xiàn)在從事物理化學教學的老師，大多都有與其相關的科研項目。目前我的科研方向是顯溶劑模型下的非平衡溶劑化效應。在課程開始的時候，我就會把自己科研的背景和最終具體所要解決的問題告訴學生，然后在課程講述中，結合每一章的知識分析和解決科研中的問題。比如，根據(jù)熱力學第一定律，分析溶解過程中焓的計算和非平衡載電過程中可逆過程的設計；根據(jù)熱力學第二定律，計算從平衡態(tài)到非平衡態(tài)熵的變化和自發(fā)過程的方向；根據(jù)動力學的內容，計算溶液中電子轉移反應的速率常數(shù)等等。使學生在學習的過程中，切實地感覺到物理化學不僅僅是一門課程，而且還是從事理論化學研究所必須具有的知識背景和科研手段，從而激發(fā)學生的學習熱情。學生始終帶著思考和疑問去學習，最終在課程上完的時候，他們會發(fā)現(xiàn)完成一個科研的項目所需要的思維方式，知識儲備和嚴謹?shù)膽B(tài)度。

因此，我們不應該把物理化學僅僅作為一門課程來講授，而是要調動學生的求知欲和好奇心，采用啟發(fā)式教學，形成學生自動的課前預習，課后復習和作業(yè)的機制。為學生在最后一學年的畢業(yè)論文和今后的科研工作奠定必要的理論基礎。這樣學生也不僅僅把你當作任課老師，很多學生課程結束后會通過郵件和電話等方式，和我探討關于今后的就業(yè)取向和科研方向上的一些疑惑。

3.強調科學的思維方法，力求嚴謹

對于物理化學的教學，必須強調科學的思維方法。比如真實氣體的化學勢研究比較復雜，我們就首先需要采用理想氣體這個理想模型進行近似，在導出理想氣體這個理想模型的化學勢后，然后從特殊到一般，詳細推導真實氣體的化學勢以及采用的校正方法。而最重要的是，得到真實氣體的化學勢之后，我們必須再從一般到特殊，即，真實氣體的化學勢在理想狀態(tài)下必須能夠回歸理想氣體的化學勢的形式，這是驗證真實氣體的化學勢正確性的一個前提。類似的思維方法還可以應用到真實溶液等的化學勢研究中。因此，我們在教學中應該為學生總結出模型建立和公式推導所采用的思維方法，教會學生采用這個方法分析類似的問題，從而在教學中起到舉一反三，事半功倍的效果。

另一方面，我們也要強調嚴謹?shù)目蒲泻蛯W習的態(tài)度。對于每個公式不單單要強調其所具有的物理意義和概念，更要強調公式的使用條件，量綱的分析和推導的自洽。細節(jié)決定成敗，物理化學是一門嚴謹?shù)膶W科，通過課程的學習務必要使學生養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。作業(yè)作為檢驗學生學習效果的一個重要途徑，我們嚴格要求學生作業(yè)獨立完成，解題中必須包含狀態(tài)變化框圖，書寫工整，量綱完備。

4.結合生活實例和科學前沿，激發(fā)興趣

自1901年至2008年150多位獲得諾貝爾化學獎的科學家中，60%以上是物理化學家或者是從事物理化學領域的研究工作。而國內自從唐敖慶院士奠定了中國理論化學的基石以來，理論化學界的院士已有十多位。這些實例和數(shù)字都是激發(fā)學生學好物理化學的有力手段。當代科學技術如飛秒激光技術，納米材料和生物自組裝等的研究都與物理化學息息相關，因此，我們在課程講授過程中，要在適當章節(jié)引入這些科學前沿內容，引導學生關注現(xiàn)在的學科發(fā)展和科學名人。

學以致用，物理化學不僅僅是一門理論的學科，它還和現(xiàn)今的工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活密切聯(lián)系。熱力學第一定律，揭示了能量的轉化和守恒，第二定律解釋了過程變化的方向和限度，這些對于工業(yè)生產(chǎn)中的工藝設計和成本核算都起到重要作用。而電化學的學習對于現(xiàn)今的新能源開發(fā)具有重要的意義，比亞迪總裁在短短幾年內之所以能夠成為中國首富，打的就是新能源這張牌。要使學生明白，理論學習的最終目的還是為了更高的實際應用，科學的研究是為了技術的進一步發(fā)展。

5.改革考試制度，提倡創(chuàng)新精神

這個方面我們正在著手進行，物理化學的最終目的不應該是通過卷面考試，而是全面培養(yǎng)學生調研，思考，推理論證，最終解決問題，形成科學報告的能力。因此，在今后的教學中，我們將逐步加入科研報告的考察內容，使學生主動自覺地去關心科學的前沿，并通過比較和思考，應用已有的知識，提出自己的看法。

在自然科學學科發(fā)展戰(zhàn)略調研報告《物理化學》卷中指出[1]，實踐表明，凡是具有較好物理化學素養(yǎng)的大學本科畢業(yè)生，適應能力強，“后勁”足。由于有較好的理論基礎，他們容易觸類旁通、自學深造，能較快適應工作的變動，開辟新的研究陣地，從而有可能站在國際科技發(fā)展的前沿。因此，我們相信，在課程教學中有意識的加入科研思維方式的培養(yǎng)，有利于這些學生更快的適應科研工作，站到科研前沿。

[1]高盤良.物理化學類課程的作用與定位[J].中國大學教學.1999(6):24-25.

The combination of the teaching method for physical chemistry and the training of students’ scientific

research thinking
Zhu Quan Li Juan-Qin Tan Ning-Xin College of Chemical Engineering, chengdu, 61005

G642

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.21.148

國家自然科學基金（項目號20903067）資助。

朱權（1980－），男，江蘇宿遷人，四川大學化工學院講師；

李娟琴（1979－），女，四川大學化工學院講師；

談寧馨，四川大學化工學院副教授。

AbstractAccording to the own specific feature of physical chemistry, the opinion of strengthen the training of student’s scientific research thinking is proposed in this work.In order to inspire the students’interest, heuristic education should be paid much attention to.At the same time, we ought to lead the students to think about the clearness of basic concepts and strictness of the theoretical derivation.Then base on the improvement of teaching quality, the students can grasp the knowledge and framework of physical chemistry and raise the ability of scientific research thinking.

Key wordsPhysical Chemistry；Teaching Method；Scientific Research Thinking；Comprehensive Ability