工科物理化學課程小班研討內容的思考

談寧馨　朱權

[摘 要]在近年的教學實踐中，將小班研討應用于工科物理化學課堂教學，通過多層次、全方位、針對專業(yè)特色地精選研討內容，來循序漸進地培養(yǎng)人才的綜合素質；在夯實學科基礎知識的基礎上，培養(yǎng)學生理論聯系實際的能力，進一步提升學生的創(chuàng)新性思維能力，最大限度地發(fā)揮小班研討的作用。

[關鍵詞]小班研討 工科 物理化學 教學改革

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）05-0021-02

物理化學是大化工類各專業(yè)本科教學計劃中的一門專業(yè)基礎課程，是理論性、系統(tǒng)性、邏輯性都很強的一門課程。由于學科本身公式繁多、概念嚴格、推導復雜，容易導致學生學習困難，知識掌握不牢、理論與實際脫節(jié)等問題，對大化工類相關專業(yè)的后續(xù)課程的學習帶來不利影響。[1]長期以來，物理化學的學習一直是學生的難點。近年來，小班研討這種創(chuàng)新性的教學模式由于在激發(fā)學生的學習興趣和熱情、引導學生養(yǎng)成自主學習的習慣、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力和知識交流的能力等方面具有優(yōu)勢，逐漸被應用于許多學科的課堂教學。[2]

通過近幾年的教學實踐，我們認為，將小班研討應用于工科物理化學課堂教學時，教師要充分發(fā)揮在教學過程中的主導地位[3]，合理地選擇研討內容，這樣才能發(fā)揮小班研討的上述優(yōu)勢，達到既定的教學目標。結合本校工科物理化學教學的實際情況，我們對工科物理化學小班研討的研討內容，提出下列的思考并進行了實際的探索。

本校使用的教材是科學出版社出版的普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材《物理化學教程》。在該教材的框架體系下，我們認為工科物理化學課程除了培養(yǎng)學生具有扎實的基礎知識、良好的邏輯思維能力，建立科學的思維方法外，還應當突出基礎理論與實際應用并重、注重聯系實際的工科特色；并能夠關注學科發(fā)展前沿，理解新興領域的研究思路。因此，在小班研討的研討內容選擇上，就要兼顧上述三個方面。

此外，本校本科學生在二年級上學期和下學期學習物理化學課程，這時學生正處在由基礎課程到專業(yè)課程學習的過渡期，學生的理論聯系實際的能力和創(chuàng)新意識都較薄弱；同時，多數學生的口頭表達能力尚需鼓勵和培養(yǎng)。在研討內容的選擇上也需要考慮這個問題。

一、基礎核心內容的研討

對于熱力學、動力學、化學平衡和相平衡這部分基礎核心內容，在教學過程中，為了讓學生形成完整的知識系統(tǒng)，教師要站在整個學科的高度向學生講述物理化學的主要框架和思想方法。

首先，研討內容中學生的陳述內容可選擇對每章的重點進行歸納總結，討論內容可以選擇學生易于混淆的概念、定理和基本原理進行辨析。對基礎核心內容的難點問題，教師可通過擬定思考題的形式由學生進行討論。這樣做一方面可以夯實基礎，強化學生的自主學習能力，為理論應用于實際打下基礎；另一方面，可以逐漸培養(yǎng)學生的口頭表達能力和學術交流能力，使研討能夠循序漸進地越做越好。

其次，在基礎理論建立的過程中，通過分析科學家的研究過程、研究方法，可以學習科學家的邏輯思維方法。因此，從物理化學發(fā)展的歷史中，選取某些知識的起源、發(fā)展和完善的歷史作為研討內容，通過學科發(fā)展和背景的討論能促進學生對理論和公式的深刻理解，讓學生掌握系統(tǒng)的學科思想方法。此外，科學家的生平介紹，研究方向的確立與變化，也可作為研討內容，這樣可以激發(fā)學生的學習興趣和熱情。

此外，融合章節(jié)間的研討內容可以讓學生對所學知識融會貫通，培養(yǎng)學生綜合分析問題的能力。例如：以某一具體實例，將熱力學和動力學結合起來，研究化工生產的反應條件。首先采用熱力學中化學反應的等溫方程判定反應的自發(fā)性，再采用等壓方程優(yōu)化反應溫度，結合動力學中溫度對反應速率的影響，在綜合考慮平衡轉化率和反應速度的基礎上，確定最佳反應溫度，反應時間等參數。這類的研討內容可以提高學生分析問題的能力。物理化學課程中有許多相似的邏輯關系，這種相似的邏輯關系背后隱藏著更深刻的內在聯系。例如，基于熱力學的狀態(tài)函數方法獲得的相變焓與溫度的關系，與化學反應焓變與溫度的關系極其相似；在相變熱力學中純物質氣液或氣固兩相平衡中，飽和蒸氣壓與溫度的關系，在化學反應熱力學中，標準平衡常數與溫度的關系，在化學反應動力學中，速率常數與溫度的關系，三者極其相似。這些沒有現成答案的研討可以活躍學生的思維，培養(yǎng)學生探索未知領域的意識和勇氣。

二、擴展內容的研討

工科物理化學的擴展內容為電化學、膠體化學和表面化學，這部分內容與科學研究和生產實踐聯系緊密，學生既可以用基本原理來解釋自然現象，又可以用基本原理來解決實際問題。這部分的研討內容相當豐富，也是探討的重點。

例如：在電化學領域內，研討腐蝕產生的原因以及應對策略，如陽極保護、陰極保護、鈍化等措施的應用；研討玻璃電極、離子選擇性電極、化學電源、電化學合成的原理、裝置和應用。在表面化學的學習中，研討表面活性劑，從表面活性劑的結構到表面活性劑的性質，再到用途，如作為潤滑劑、去污劑、增溶劑和乳化劑等；研討膜分離技術，基于膜具有較大比表面的特殊的表面性質，被應用于化工、食品、醫(yī)療、衛(wèi)生等領域；研討具有巨大比表面的吸附劑和納米材料，它們的結構、性質和在工業(yè)生產和人民生活中的用途；可研討毛細現象，解釋“鋤下有水”，“棉布吸水”等自然現象；研討潤濕現象，解釋眼鏡起霧的原理，并采取有效措施預防。學習膠體化學時，研討解釋膠體穩(wěn)定性的DLVO理論，找到膠體穩(wěn)定存在的原因，從而制定出破壞膠體的措施或者穩(wěn)定膠體的對策；研討電泳的原理，在分析化學、生物化學、臨床化學、毒劑學、藥理學、免疫學、微生物學、食品化學等各個領域的應用。

這部分的研討著重從基本原理的應用，到實驗裝置或生產設備的建立，再到工藝條件的選擇，能訓練學生將基本原理用于解決問題的習慣和能力，有助于學生形成系統(tǒng)發(fā)現問題、分析問題和解決問題的能力。

三、與專業(yè)相結合的學科前沿的研討endprint

本校每年學習物理化學的本科生有1000多名，專業(yè)涵蓋大化工的許多專業(yè)，如冶金、材料、化工、環(huán)境、輕工等專業(yè)。大化工的不同專業(yè)的后續(xù)課程對物理化學知識的延伸和應用存在差異。比如，冶金和材料類的專業(yè)對相平衡知識應用較多，制藥和紡織等專業(yè)對膠體化學的知識應用較多。針對這一特點，小班研討的內容可視學生的專業(yè)特點而定，由學生自主選題，著重于工程應用和學科前沿。

在小班研討的實踐過程中，這部分的研討尤其讓教師深刻地體會到學生自身的巨大潛力和可塑性。例如：學習了相圖中的臨界狀態(tài)，引出新興的超臨界流體萃取技術，食品專業(yè)的學生主要研討用于萃取啤酒花、香辛料、植物色素和動物油脂等超臨界流體萃取的原理、裝備和工藝條件等；制藥專業(yè)的學生主要研討將之應用于中藥有效成分的提取和中藥的現代化；化工專業(yè)的學生主要研討天然香精香料和天然色素等的提取；環(huán)境專業(yè)的學生研討萃取污水中的有毒物質，如有機氯、有機硫等。關于電化學的應用，對環(huán)境科學和工程專業(yè)的學生，研討將電化學氧化、電化學還原、電凝聚和電滲析等方法用于廢水處理；對化工專業(yè)的學生，討論燃料電池、新型海洋電池的設計原理、工作方式等；對生物化工專業(yè)的學生，研討生物電催化、微電極傳感器的原理及應用。當學習表面張力的時候，研討內容對冶金專業(yè)可選擇表面活性劑用于礦石的浮選原理與應用；對紡織專業(yè)，可選擇荷葉效應對材料制作的啟迪；對于生物化工專業(yè)，新型的生物表面活性劑又是研究的熱點，由于它與環(huán)境具有兼容性，既無毒又可被生物降解，隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，生物表面活性劑越來越受到人們的關注，需要研討生物表面活性劑的結構、制備、應用以及與傳統(tǒng)表面活性劑的優(yōu)缺點比較等。在膠體化學中，微乳狀液的制備和應用，雙向凝膠電泳的技術及應用也是目前研究的新方向，可以提供給高分子材料專業(yè)的學生作為研討內容。

四、結論

在知識更新迅速和信息爆炸的時代，迫切需要掌握扎實的基礎知識，具備將基礎知識應用于實際的能力，能夠客觀分析各行業(yè)的實際需求，創(chuàng)新性地解決問題的人才。在近幾年小班研討的實踐中，我們逐漸發(fā)現，只有通過多層次、全方位、針對專業(yè)特色地精選研討內容，才能循序漸進地培養(yǎng)人才的綜合素質。在夯實學科基礎知識的基礎上，培養(yǎng)學生理論聯系實際的能力，能進一步提升學生的創(chuàng)新性思維能力，最大限度地發(fā)揮小班研討的作用。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 肖琦，黃珊.物理化學教學改革探索[J].大學教育，2012（5）：81-82.

[2] 孫燕君，盧曉東.小班研討課教學：本科精英教育的核心元素[J].中國大學教學，2012（8）：16-19.

[3] 談寧馨，李娟琴，朱權.在實驗教學中提高學生的科學素養(yǎng)——談物理化學實驗教學中的體會[C].第五屆“大學化學化工課程報告論壇”論文集.北京：高等教育出版社，2010：20-21.

[責任編輯：陳 明]endprint