高等物理化學(xué)課程在研究生培養(yǎng)中的作用

高麗娟++方志剛++顧婷婷++張立華

【摘要】從研究生教育的目的和高等物理化學(xué)學(xué)科的研究內(nèi)容出發(fā)，闡述了物理化學(xué)在研究生培養(yǎng)中的作用，提醒研究生和研究生的教育者要充分重視高等物理化學(xué)的學(xué)習(xí)和教學(xué)。

【關(guān)鍵詞】高等物理化學(xué) 創(chuàng)新思維 研究生教育

【基金項(xiàng)目】遼寧科技大學(xué)研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃基金，項(xiàng)目號：2013YJSCX05。

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）11-0018-01

研究生教育是整個(gè)教育鏈的最高端，是為了培養(yǎng)掌握本學(xué)科堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)的專業(yè)知識，具有創(chuàng)新精神和從事科學(xué)研究、教學(xué)、管理或獨(dú)立擔(dān)負(fù)專門技術(shù)工作能力的高級專門人才的學(xué)歷教育，是對社會需要的專門人才的培養(yǎng)。研究生教授的知識學(xué)術(shù)性、專業(yè)性、系統(tǒng)性更深更強(qiáng)。

1、高等物理化學(xué)學(xué)科研究范疇

物理化學(xué)是從化學(xué)現(xiàn)象與物理現(xiàn)象的聯(lián)系中尋求化學(xué)變化的規(guī)律的科學(xué)，是以物理學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)為基礎(chǔ)，從宏觀唯象到微觀分子層面研究物理變化（包括溫度、壓力、濃度、體積等）以及物理因素（如聲、光、電、磁等）對化學(xué)過程的影響，發(fā)現(xiàn)并建立化學(xué)體系中一般規(guī)律的學(xué)科。因此，物理化學(xué)是一切與分子科學(xué)相關(guān)科學(xué)問題的基礎(chǔ)科學(xué)[1]。物理化學(xué)的研究內(nèi)容包括熱力學(xué)、動力學(xué)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)，其基礎(chǔ)理論包括熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)和量子力學(xué)，它研究系統(tǒng)的狀態(tài)及狀態(tài)變化過程的方向與限度、速率和機(jī)理及其影響因素。

2、物理化學(xué)在交叉學(xué)科中的地位

自19世紀(jì)末以來，物理化學(xué)學(xué)科逐步形成了以化學(xué)熱力學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、化學(xué)動力學(xué)、催化化學(xué)、膠體化學(xué)、光化學(xué)、量子化學(xué)和電化學(xué)等為核心內(nèi)容的知識體系[1]。這些核心內(nèi)容逐步發(fā)展和完善，使其成為許多其他學(xué)科攻堅(jiān)科學(xué)難關(guān)的武器庫。隨著學(xué)科間的交流和滲透的日益密切，其他學(xué)科應(yīng)用物理化學(xué)方法日益普遍，而物理化學(xué)已深入到其他學(xué)科，以其他學(xué)科的重大問題為自己的研究對象。從諾貝爾化學(xué)獎頒發(fā)的一百多年的歷史可以發(fā)現(xiàn)，和物理化學(xué)相關(guān)的課題占化學(xué)獎的大多數(shù)，物理化學(xué)家占了很大比例。由此可見，物理化學(xué)學(xué)科自身及其培養(yǎng)出來的人才，在重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)中扮演了關(guān)鍵的角色。物理化學(xué)需持續(xù)不斷地為相關(guān)學(xué)科提供新思想和新方法以及掌握這些思想方法的人才，發(fā)揮其對化學(xué)以及其他原子、分子層次上的學(xué)科的牽引與支撐作用[1]。

3、物理化學(xué)在研究生培養(yǎng)中的作用

3.1為研究生的專業(yè)知識學(xué)習(xí)提供理論基礎(chǔ)

化學(xué)熱力學(xué)是以大量粒子組成的宏觀系統(tǒng)為研究對象。解決物質(zhì)系統(tǒng)的P、V、T變化、相變化和化學(xué)變化等物質(zhì)系統(tǒng)的變化過程的能量效應(yīng)（功和熱）及變化過程的方向與限度等問題，亦即研究解決有關(guān)物質(zhì)系統(tǒng)的熱力學(xué)平衡的規(guī)律（構(gòu)成化學(xué)熱力學(xué)）[2]。進(jìn)入20世紀(jì)以來，化學(xué)熱力學(xué)已發(fā)展得十分成熟并在化工生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。如有關(guān)酸、堿、鹽生產(chǎn)的基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)以及大規(guī)模的合成氨工業(yè)、石油化工工業(yè)、煤化工工業(yè)、精細(xì)化工工業(yè)、高分子化工工業(yè)等等的工藝原理，如原料的精制、反應(yīng)條件的確定、產(chǎn)品的分離等無不涉及化學(xué)熱力學(xué)理論[3]。量子力學(xué)研究的對象是由個(gè)別的電子和原子核組成的微觀系統(tǒng)，用數(shù)學(xué)復(fù)函數(shù)（ψ）描述一個(gè)微觀系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)。將量子力學(xué)原理應(yīng)用于化學(xué)，探求原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)，從而揭示化學(xué)鍵的本質(zhì)，闡明波普原理，了解物質(zhì)的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)的內(nèi)在關(guān)系則構(gòu)成了結(jié)構(gòu)化學(xué)研究的內(nèi)容?；瘜W(xué)動力學(xué)就是研究濃度、溫度、催化劑對反應(yīng)速率及反應(yīng)機(jī)理的影響規(guī)律——質(zhì)量作用定律及著名的阿侖尼烏斯方程[2]。界面層是在兩相之間形成的厚度約為幾個(gè)分子大小的一薄層。由于界面上不對稱力場的存在，產(chǎn)生了與本體相不同的許多性質(zhì)——界面性質(zhì)[2]。若將物質(zhì)分散成細(xì)小微粒構(gòu)成高度分散的物質(zhì)系統(tǒng)或?qū)⒁环N物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)之中形成非均相的分散系統(tǒng)，則會產(chǎn)生許多界面現(xiàn)象。有關(guān)界面性質(zhì)和分散性質(zhì)的理論與實(shí)踐被廣泛應(yīng)用于石油化工、化學(xué)工業(yè)、輕工業(yè)、農(nóng)業(yè)、農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、催化化學(xué)、海洋學(xué)、水利學(xué)、礦冶以及環(huán)境科學(xué)等多種領(lǐng)域。

3.2為研究生的創(chuàng)新思維培養(yǎng)提供啟示

所謂創(chuàng)新思維是指有創(chuàng)見的思維，是指人類在某種創(chuàng)造性活動中所特有的思維過程，是人類思維的高級過程。它不僅能揭示事物的本質(zhì)，且能在此基礎(chǔ)上提供新的具有社會價(jià)值的思維成果。物理化學(xué)的主要內(nèi)容就是有系統(tǒng)地介紹19世紀(jì)中葉到今天諸多物理化學(xué)家的理論的和實(shí)驗(yàn)的成果[4]。例如邁耶（Mayer J R）和焦耳（Joule J P）的實(shí)驗(yàn)工作（1840-1848）為能量守恒定律即熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)的認(rèn)識奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)；卡諾（Carnot S）設(shè)計(jì)的理想熱機(jī)，為熱力學(xué)第二定律的建立奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)；吉布斯（Gibbs J W）推導(dǎo)出相律，奠定了多相系統(tǒng)熱力學(xué)理論基礎(chǔ)；化學(xué)動力學(xué)也匯集了眾多先輩科學(xué)家的大量研究成果。如第一位獲得諾貝爾化學(xué)獎的荷蘭化學(xué)家范特霍夫，他在化學(xué)反應(yīng)速度、化學(xué)平衡和滲透壓方面取得了突出的研究成果。他的成功在于：實(shí)驗(yàn)——誘惑之源，堅(jiān)持——成功之道，尊重事實(shí)——第一規(guī)則。以上科學(xué)家的研究經(jīng)歷可以給研究生以啟示：針對前人的知識和經(jīng)驗(yàn)，要批判地接收，敢于懷疑和敢于創(chuàng)新，善于提出自己的理論和見解，只有這樣，才能推動科學(xué)不斷向前發(fā)展。

3.3為研究生的科學(xué)研究提供檢測技術(shù)

物理化學(xué)的首要任務(wù)之一是為化學(xué)和相關(guān)學(xué)科提供新的理論方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段。新研究工具和研究手段能夠帶領(lǐng)我們?nèi)ヌ剿餍碌奈粗I(lǐng)域。近幾十年來，物理化學(xué)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)研究手段和測量技術(shù)，特別是各種譜學(xué)技術(shù)，取得不少里程碑式的成就。如對材料表面檢測的技術(shù)有掃描顯微技術(shù)，非線性光學(xué)技術(shù)；對生物分子結(jié)構(gòu)的精確測定和生物成像的檢測技術(shù)有X射線，現(xiàn)代質(zhì)譜技術(shù)，高分辨核磁共振技術(shù)；對化學(xué)反應(yīng)過程的直接測量技術(shù)有閃光光解技術(shù)， 對基元化學(xué)反應(yīng)過程的研究有納秒及飛秒激光技術(shù)，交叉分子束技術(shù)；等等。所有這些重要檢測技術(shù)為研究生提供了科學(xué)研究手段[1]。

4、 結(jié)論

物理化學(xué)教學(xué)的本質(zhì)不在于教會學(xué)生多少知識，而是在于激勵、鼓舞學(xué)生研究和創(chuàng)新的激情，學(xué)會智慧地思考問題，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的能力。在學(xué)生學(xué)習(xí)的過程中，要使其切實(shí)感受到物理化學(xué)不僅僅是一門課程，是從事有關(guān)科學(xué)研究所必需具有的知識背景和科研手段，是完成一個(gè)科研的項(xiàng)目所需要的思維方式，知識儲備和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。通過高等物理化學(xué)的學(xué)習(xí)能使他們更快的適應(yīng)現(xiàn)代社會對高端人才培養(yǎng)的需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]“物理化學(xué)發(fā)展的瓶頸與思路”論壇總結(jié). 物理化學(xué)學(xué)報(bào)2007， 23（3）：447-454

[2]郝策，紀(jì)敏.物理化學(xué).大連理工大學(xué)出版社，大連，2014，第一版

[3]蔣紅勝.物理化學(xué)教學(xué)在化學(xué)工程與工藝專業(yè)中的實(shí)用性研究.化工管理，2014，（8）：236

[4] 賴紅偉，曹宏梅，陸釗.加強(qiáng)物理化學(xué)理論教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)， 2013，（31）：127-128

通訊作者：

高麗娟（1962-），女，教授，從事物理化學(xué)教學(xué)研究工作。endprint