物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的改革實(shí)踐

劉勇平　呂慧丹　劉長久

【摘 要】針對物理化學(xué)的課程性質(zhì)和教學(xué)中存在的問題，本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法兩方面對物理化學(xué)教學(xué)改革探索。以興趣為導(dǎo)向，教學(xué)內(nèi)容新而精，制作形象科學(xué)的教學(xué)資源，配合恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法應(yīng)用到實(shí)踐教學(xué)中，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣、提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性思維能力。

【關(guān)鍵詞】物理化學(xué)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法；改革

物理化學(xué)是化工、材料、分析、環(huán)境工程、地質(zhì)等專業(yè)的一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程。物理化學(xué)的目的是在已學(xué)過的先行課程基礎(chǔ)上，運(yùn)用物理和數(shù)學(xué)的有關(guān)理論與方法，進(jìn)一步研究物質(zhì)化學(xué)運(yùn)動(dòng)的普遍規(guī)律，對化學(xué)運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律，從理論上給予更深刻、更本質(zhì)的說明，又稱理論化學(xué)。是化學(xué)各專業(yè)研究生入學(xué)的必考課程，在人才培養(yǎng)中有極其重要的地位與作用。學(xué)好物理化學(xué)，才能從本質(zhì)上理解化學(xué)運(yùn)動(dòng)，從理論上解釋化學(xué)現(xiàn)象，才能更系統(tǒng)、更深刻地掌握化學(xué)知識(shí)。因此物理化學(xué)對于提高學(xué)生化學(xué)水平有極其重要的作用，并能為以后從事化學(xué)教育和化學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

物理化學(xué)課程具有以下特點(diǎn)[1]：（1）理論知識(shí)較深，課程內(nèi)容比較枯燥，對于理論基礎(chǔ)薄弱的本科生來說，不易理解，課堂教學(xué)的趣味性不夠，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性依然不夠高；（2）課程內(nèi)容與無機(jī)化學(xué)有重疊，且主要內(nèi)容多為19 世紀(jì)的知識(shí)和定律，缺乏新知識(shí)新理論，不利于學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；（3）教學(xué)手段上，多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)資源等現(xiàn)代教育技術(shù)利用不夠充分，需借助目前學(xué)校建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)完善和充實(shí)教學(xué)內(nèi)容。我校的物理化學(xué)課程從2008獲得廣西區(qū)精品課程以來，物理化學(xué)課程在教學(xué)方法與教學(xué)研究、教材建設(shè)、多媒體課件開發(fā)、實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行了一些改革，有一定的教學(xué)改革基礎(chǔ)。結(jié)合本人多年物理化學(xué)教學(xué)過程中所積累的經(jīng)驗(yàn)，通過對物理化學(xué)課程教學(xué)的不斷認(rèn)真思考、嘗試和總結(jié)，談?wù)剬ξ锢砘瘜W(xué)教學(xué)改革的一些思路和體會(huì)。

1 教學(xué)內(nèi)容改革方面

多年來，大學(xué)本科教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容改革方面始終未見突破性的進(jìn)展，基礎(chǔ)課的教學(xué)更是在“基礎(chǔ)課教學(xué)內(nèi)容是基礎(chǔ)的、基本的，沒有必要不斷更新”的思維定式下，課堂教學(xué)內(nèi)容數(shù)年來一成不變或變化甚小[2]。物理化學(xué)基礎(chǔ)課來說，熱力學(xué)第一、第二定律建立于1850 年左右，距今已有150 多年。經(jīng)典熱力學(xué)固然重要，但應(yīng)該增加最新的前沿的教學(xué)內(nèi)容。所以教學(xué)中大膽地對熱力學(xué)三大定律內(nèi)容的講授動(dòng)大手術(shù)。講授時(shí)要更加簡明，牢牢抓住如何使用熱力學(xué)三大定律判別化學(xué)變化的方向和限度，以及能量轉(zhuǎn)換的問題。對先行課程中學(xué)生已學(xué)習(xí)過的知識(shí)簡單的復(fù)習(xí)，在其基礎(chǔ)上再講授物理化學(xué)課程內(nèi)容，不要反復(fù)炒冷飯； 將節(jié)省出來的學(xué)時(shí)用于講授新的內(nèi)容。

我們在講授物理化學(xué)的各章節(jié)時(shí)，可從基本原理出發(fā)，適當(dāng)介紹學(xué)科前沿領(lǐng)域的新知識(shí)，融匯基礎(chǔ)與前沿。使學(xué)生不僅具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，而且能了解學(xué)科前沿的基本點(diǎn)，為創(chuàng)新人才的培養(yǎng)起到入門作用。如，在講授緒論的時(shí)候，從空間單位（納米）和時(shí)間單位（飛秒）引發(fā)出納米科學(xué)與飛秒化學(xué)，介紹物理學(xué)的發(fā)展和研究前沿。介紹電化學(xué)章節(jié)的時(shí)候，可以介紹最新的電化學(xué)在化學(xué)電源、表面處理與防護(hù)、電解工程、電分析化學(xué)、生物電化學(xué)等方面的應(yīng)用，擴(kuò)寬學(xué)生的知識(shí)，同時(shí)也提高了學(xué)習(xí)的興趣。

2 教學(xué)方法、教學(xué)模式的探索

傳統(tǒng)的教學(xué)方法，主要是教師“一言堂”，以教師講授，學(xué)生聽講為主. 這種傳統(tǒng)的教學(xué)方法單調(diào)呆板，枯燥無味，課堂上教師講得沒勁，學(xué)生聽得昏昏欲睡，提不起精神[3]。所以嘗試對傳統(tǒng)教學(xué)方法和教學(xué)模式進(jìn)行改革。

2.1 轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生為主體的教學(xué)觀念

轉(zhuǎn)變以教師傳授知識(shí)為中心的傳統(tǒng)教學(xué)觀念，樹立以學(xué)生為主體的教學(xué)觀念。首先，要改變學(xué)生對這門課程的認(rèn)識(shí)態(tài)度，就讓學(xué)生明白物理化學(xué)課程的重要性，讓學(xué)生感覺到學(xué)習(xí)物理化學(xué)是他們自身的需求，學(xué)生將來要考研究生或者將來從事相關(guān)的專業(yè)技術(shù)工作，以及大家參加大學(xué)生課外科技活動(dòng)、挑戰(zhàn)杯等科研中也需要有扎實(shí)的物理化學(xué)理論基礎(chǔ)，而不是僅僅為了期末考試。其次，以學(xué)生為主體，首先要改變自上而下填鴨式的教學(xué)模式。教師不僅要完成知識(shí)的傳授，而且要教會(huì)學(xué)生學(xué)習(xí)，討論問題能深入而淺出，能舉一反三，能溫故知新； 即從“教”達(dá)到“不教”而使學(xué)生能自覺主動(dòng)地學(xué)習(xí)。再次，教學(xué)既有統(tǒng)一要求又要實(shí)行多樣化。以統(tǒng)一要求滿足絕大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，以實(shí)現(xiàn)多樣化滿足不同學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。

2.2 課堂上多種教學(xué)策略組合，提高教學(xué)效果

啟發(fā)式+探究式組合教學(xué)法：首先提出激發(fā)學(xué)生興趣的應(yīng)用實(shí)例，引發(fā)學(xué)生的思考，再提出問題，講解理論知識(shí)，再回歸到解釋應(yīng)用實(shí)例，采用這種啟發(fā)——思考——講解——討論的方法能讓學(xué)生對理論知識(shí)的興趣更大，印象更深刻。如：講解相平衡理論的時(shí)候提出了愛斯基摩人根據(jù)季節(jié)的變換從海水中取不含鹽的冰的故事，引出學(xué)生對這件事情原理的思考，然后介紹水—氯化鈉二元相圖來解釋通過控制溫度從海水中去淡水的原理，再將此相圖擴(kuò)展的別的二元相圖上，讓學(xué)生進(jìn)行深入的討論。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)+案例教學(xué)組合教學(xué)法：如講解界面現(xiàn)象這一章之前，讓同學(xué)去閱讀江雷課題組2013年4月發(fā)表在Nature communications上的一篇與界面現(xiàn)象相關(guān)的Structured cone arrays for continuous and effective collection of micron-sized oil droplets from water[4]論文. 這篇論文是從基于仙人掌的刺能從空氣中抓住小水滴的能力，研究人員制成了人造尖刺，它們能抓住水中的小油滴，和表面現(xiàn)象的原理關(guān)系密切。下一次上課時(shí)講完理論內(nèi)容后再拿出來討論，評價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。這種方式既能介紹物理化學(xué)學(xué)科前沿領(lǐng)域的新知識(shí)，也能提高閱讀英文文獻(xiàn)的能力。

歸納總結(jié)+例題練習(xí)組合教學(xué)法：尋找物理化學(xué)公式中的聯(lián)系和規(guī)律，幫助同學(xué)記憶課程中難于記憶的公式。如克拉佩龍方程、范特霍夫方程、阿倫尼烏斯方程，形式上是一樣的，找出它們之間的聯(lián)系和不同，有助于學(xué)生記住物理化學(xué)中復(fù)雜的公式。然后通過具體的例題，通過舉一反三的練習(xí)，鞏固所學(xué)公式在具體實(shí)例中的應(yīng)用。

2.3 恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)手段，開發(fā)教學(xué)資源，提高教學(xué)效果

總結(jié)歸納出課程中的重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容，結(jié)合課程內(nèi)容和多媒體技術(shù)，開發(fā)一些物理化學(xué)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。①對難理解的概念和知識(shí)點(diǎn)，制作一些直觀、形象生動(dòng)的動(dòng)畫；如：氣體的可逆膨脹壓縮動(dòng)畫，原電池的原理動(dòng)畫，滲透壓動(dòng)畫等。②運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)編程，將物理化學(xué)中常用的一些函數(shù)關(guān)系通過二維和三維的動(dòng)態(tài)圖表方式表示，并能改變相應(yīng)的參數(shù)自動(dòng)繪制曲線，形成動(dòng)態(tài)圖表生動(dòng)，并能對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理進(jìn)行處理簡便、科學(xué)。理想氣體狀態(tài)方程的三位動(dòng)態(tài)圖。③通過動(dòng)畫制作模擬實(shí)驗(yàn)，具有可操作性，能供學(xué)生網(wǎng)上預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的操作步驟，為學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)提供方便。④實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中采用物理化學(xué)電子版實(shí)驗(yàn)報(bào)告，電子版的實(shí)驗(yàn)報(bào)告提高了學(xué)生處理數(shù)據(jù)的精確度，降低數(shù)據(jù)處理中帶來的誤差。

3 結(jié)語

總之，以興趣為導(dǎo)向，教學(xué)內(nèi)容新而精，配合恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，才能獲得更好的教學(xué)效果。實(shí)踐表明進(jìn)行物理化學(xué)教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容的改革，能發(fā)揮教師與學(xué)生的協(xié)同作用、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣、提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性思維能力。但物理化學(xué)教學(xué)的改革是一個(gè)長期的持續(xù)的過程，需要教師不斷跟蹤物理化學(xué)的研究前沿，持續(xù)開發(fā)新的多媒體教學(xué)資源，同時(shí)也需要教師在日常教學(xué)過程中多學(xué)習(xí)、多積累、多總結(jié)，綜合運(yùn)用多種教學(xué)方法，提高物理化學(xué)的教學(xué)效果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李延偉，姚金環(huán)，劉長久，姜吉瓊，鐘勝奎.《物理化學(xué)》課程教學(xué)改革與探索[J].廣東化工，2009，36.

[2]朱志昂.物理化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革[J].大學(xué)化學(xué)，2012， 27.

[3]黃玉代，劉瑞泉.“物理化學(xué)”教學(xué)方法改革探索[J].伊犁師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2011.

[4]Li， K.； Ju， J.； Xue， Z.； Ma， J.； Feng， L.； Gao， S.； Jiang， L. Structured cone arrays for continuous and effective collection of micron-sized oil droplets from water[J]. Nat Commun 2013，4.

[責(zé)任編輯：丁艷]