物理化學教學的改革與實踐

劉 閣,劉艷紅

（赤峰學院 化學化工學院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

1 引言

物理化學是化學、化工、藥學、環(huán)境、生物、冶金等專業(yè)的一門重要的理論基礎課，它是在無機化學、有機化學、分析化學的基礎上，結(jié)合高等數(shù)學和物理的知識，進一步系統(tǒng)闡述化學的理論，所以物理化學是一門概念性、理論性、系統(tǒng)性和邏輯性很強的學科.因他涉及的公式多，應用條件比較嚴格，同學們在學習時普遍感到有些吃力.而在近90年來,化學學科中熱門的課題及最引人注目的成就，60%以上集中在物理化學領域[1].所以物理化學在化學學科的理論指導意義越來越明顯.我院也把物理化學教學作為應用化學和化學教育學生的必修課.鑒于物理化學課程的重要性，所以物理化學教學中，不斷進行方法和內(nèi)容改進.主要體現(xiàn)在以下幾方面.

2 注意把握課本內(nèi)容的邏輯性和系統(tǒng)性，同時積極發(fā)揮學生的主動性

在傳統(tǒng)的“灌輸式”的物理化學教學中，往往采取老師臺上講，學生臺下機械地記的形式，基本上是由老師來安排學生學習的內(nèi)容，學生的積極性和主動性得不到發(fā)揮，而且隨著公式越來越多，就會出現(xiàn)反正學也學不會，干脆放棄的想法.從物理化學整本書看，課本的邏輯性、系統(tǒng)性很強，前后內(nèi)容之間聯(lián)系密切，因此在教學中注意對課程整體性和系統(tǒng)性的把握，可以引導學生在學習中從整體上把握課程的基本脈絡和內(nèi)在聯(lián)系，從而做到把握整體，脈絡清晰.例如對于熱力學三大定律方面的學習，公式推導過程雖然繁雜，公式應用條件各不相同，若能用圖表法加以總結(jié)，使知識前后聯(lián)系緊密，系統(tǒng)性強，重、難點較為突出，便于分析、理解掌握和記憶，達到舉一反三的最佳效果.可以用節(jié)省下來的課堂時間補充新的習題，或融入跟蹤時代的新內(nèi)容和前沿講座，來開闊學生視野，增加知識的整體把握能力，受到很好的效果.

胡英院士指出“作為一本教材，希望學生學了以后，能夠知道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.教學內(nèi)容一定要少而精，這樣才能為今后的博而通打下堅實的基礎[2]”所以，物理化學的教學由于課時關(guān)系不可能面面俱到，重要的是能夠幫助學生建立起一個比較清晰的知識體系，讓學生進得來出得去；要幫助學生學會理清知識框架，學會自己學習、總結(jié)和擴展.

3 課堂教學中引入案例，理論聯(lián)系實際

案例教學起源于哈佛大學法學院，到了20世紀，案例教學已經(jīng)成為美國所有專業(yè)和職業(yè)教育的一種主要方法[3].物理化學中涉及的理論知識多，學生接受和理解起來比較困難.因此在教學中注意聯(lián)系實際來講授理論，列舉一些和工作生活的相關(guān)實例，啟發(fā)學生用所學知識、原理、方法去解答，調(diào)動學生的學習積極性，激發(fā)學生的求知欲望.例如講到熱力學第一定律時，可以列舉制冷機、空調(diào)的熱功轉(zhuǎn)化問題或是讓學生自己舉一些實例來分析一下；講到稀溶液的依數(shù)性時，列舉為何有的地方是糧食產(chǎn)區(qū)，而有點地方土壤比較貧瘠，鹽堿地就是其中原因之一；講到化學平衡時，列舉高爐煉鐵中反應Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2，高爐廢氣中含有大量的CO，為什么延長爐身，不能減少廢氣中CO的含量.在學習表面現(xiàn)象這一章時，列舉為什么為了避免出現(xiàn)爆沸，有機蒸餾實驗要加入沸石，活性炭具有吸附作用以及人工降雨和毛細管現(xiàn)象等問題.同時介紹2007年獨攬諾貝爾化學獎的德國科學家格哈德·埃特爾在固體表面化學過程研究中作出的貢獻，從而了解表面化學的研究對于化學工業(yè)至關(guān)重要，加深學生對表面化學在物理化學學習中的相關(guān)內(nèi)容的理解[4].在學習膠體化學一章時，可以結(jié)合家喻戶曉的納米技術(shù).納米材料具有許多神奇的功能，如此微小尺寸的材料是怎么得到的呢？化學家就利用膠體化學中具有納米尺寸的油包水膠束作為納米反應器，從而合成了各種無機、有機、高分子納米粒子[5].這些前沿內(nèi)容的介紹，不僅可以擴大學生的知識面，而且對學生今后工作或創(chuàng)新研究也將起到重要作用.

對于案例的素材來源，我們可以從以下資料把握：一是《化工大百科全書》，主要涉及化學化工理論發(fā)展過程以及進展；二是化工類教材，尤其是化學工藝，與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的熱力學、動力學、膠體化學、電化學等方面的應用實例.三是調(diào)研本學院教師的科研方向[6].

4 多媒體結(jié)合，優(yōu)化教學效果

隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，多媒體教學手段在教育領域迅速普及.在物理化學課程講授過程中，針對不同的教學內(nèi)容應采用適當?shù)慕虒W手段.多媒體的應用會使原本枯燥無味的理論知識，通過圖形、動畫生動直觀的形式表現(xiàn)出來，一方面調(diào)動了學生主動學習的興趣，另一方面也為教師節(jié)省了大量板書繪圖的時間，加快而且加深了知識點的講授效率，課堂教學的效果大大增強.例如講到表面活性劑時，最常見的是我們常用的洗衣粉和洗滌靈，雖然我們常用這些化學品，但對于它們的洗滌原理卻并不知曉.可以利用多媒體教學對常用洗滌劑的顏色、造型、種類以及使用對象和部位等方面進行講解，展現(xiàn)其種類的多樣性，使學生認識到該類日用品還有很多未開發(fā)高端產(chǎn)品，還有很大的研究前景.表面活性劑在許多方面例如石油開采時的應用，針對石油成分的復雜性，我國普遍采用的是三元復合驅(qū)活性劑[7].有些內(nèi)容，教條地用語言進行描述學生很難理解，例如原子分子結(jié)構(gòu)、分子軌道、共軛體系等一直都是學生很難掌握的知識點，借助于分子結(jié)構(gòu)模型并引導學生發(fā)揮想象力，可以在一定程度上減少講解的難度，但模型的保存、制作、使用都會受一定教學條件的限制，而利用計算機的三維圖形功能則使這些問題迎刃而解，而且效果要比傳統(tǒng)的掛圖和模型更接近于真實情況，學生也比較容易理解.生動而逼真的畫面結(jié)構(gòu)，使得學生能很好的掌握有機化合物的結(jié)構(gòu)及其理論的重點內(nèi)容，并能輕松地理解立體結(jié)構(gòu)的難點內(nèi)容，取得較好的教學效果.

5 教學與科研相結(jié)合

加強教學與科研相結(jié)合，教學和科研是高等學校的兩大職責，兩者互相結(jié)合既有利于提高教師隊伍整體素質(zhì)，又有助于學生創(chuàng)新意識地培養(yǎng).教師通過對物理化學學科的科學研究，才能加深對本學科的理解和認識，從而獲得最新最先進的科學知識，由此豐富教師的知識結(jié)構(gòu).而教師知識結(jié)構(gòu)的改善，學術(shù)水平的提高，使教師在教學過程中思路開闊，也能站在新的高度對教學內(nèi)容進行取舍更新，豐富教學內(nèi)容，對學生進行生動而靈活的教學[8].例如我在教科之余，先后發(fā)表論文十余篇，一方面我的知識結(jié)構(gòu)不斷地豐富，另一方面對學生的要求也不是特別的教條，平時在課上注重學生的實際應用能力，比如用origin處理圖形能力和學會使用一些其它的化學常用作圖軟件，使學生的綜合能力得到提升.

另外除積極讓他們參與我的科研課題之外，也有意識地培養(yǎng)學生自己去了解當前物理化學的科研最尖端.例如，超臨界流體萃取是分離科學中有劃時代意義的科技進步，然而這一高新技術(shù)主要涉及的是物理化學中臨界狀態(tài)、溶解度定律、二相平衡的分配定律及焦爾一湯姆森效應這些基本內(nèi)容有機結(jié)合而成[9].釹鐵硼永磁材料的制備.現(xiàn)代文明社會離不開磁性材料,如家用電器、新型汽車、磁懸浮列車、信息存貯材料、發(fā)電機、電動機、電磁火箭直至探測暗物質(zhì)與反物質(zhì)的阿爾法磁譜儀.只有強磁材料才能更小型化、微型化，目前公認的、得到廣泛應用的釹鐵硼強磁材料就是利用物理化學中凝固點降低原理、二組分體系相圖,并巧妙地設計了一個電解裝置才攻克了制備的難關(guān)[10].

通過這一系列的自學過程，提高了學生的學習能力、分析問題和解決問題的能力.這種科學的思維方法將有助于學生更加深刻、更加全面地認識事物和并把握事物發(fā)展的客觀規(guī)律性，有助于提高學生的綜合素質(zhì)，這對學生今后的學習乃至工作都是極為有利的.

6 結(jié)束語

物理化學是一門基礎理論性和實踐性都很強的課程，它不僅是許多其它課程攻堅科學難關(guān)的武器庫，而且為現(xiàn)代的化學以及物理、材料等許多領域的發(fā)展提供了強有力的方法.物理化學教學中繼要繼承傳統(tǒng)的教學思想，形成良好的現(xiàn)代教育理念，同時也要對教學方法和手段進行不斷的改革和實踐，與時俱進，激發(fā)學生學習興趣，提高教學質(zhì)量.

〔1〕王芳,張樹彪,那立艷,等.談提高物理化學教學質(zhì)量的做法和體會[J].教學研究雜志，2012,35(1),75-78.

〔2〕方文軍，雷群芳，王國平，等.工科物理化學教學改革與實踐[J].化工高等教育,2005,84(2)33-35.

〔3〕耿珺.化學案例教學初探[J].化學教育,2001（4）：10-12.

〔4〕馬秀芳,鄧輝球,李微雪.固體表面化學過程-2007年度諾貝爾化學獎成果簡介[J].科技報,2007,24（25）：25-29.

〔5〕鄭敏.納米膠體體系的分散穩(wěn)定性研究 [J].印染助劑,2006,23(10)：7-10.

〔6〕李學峰，趙艷茹.案例法在物理化學教學中的應用[J].大學化學,2012,27(5)：14-17.

〔7〕耿杰,王海峰,楊勇,等.大慶油田三元復合驅(qū)表面活性劑研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].天津化工,2008,22(1)：14-16.

〔8〕侯向陽,高樓軍,李東升,等.物理化學實驗教學改革實踐與再思考[J].實驗室研究與探索,2006,25(11):1423-1425.

〔9〕韓德剛，高執(zhí)棣，高盤良.物理化學[M].北京高等教育出版社,2001.239-242.

〔10〕韓德剛,高執(zhí)棣,高盤良.物理化學[M].北京高等教育出版社,2001.234-235.