基于實(shí)踐導(dǎo)向下的化工專業(yè)物理化學(xué)課程改革探索

林海莉，曹 靜，張玉洲

（淮北師范大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，安徽 淮北 235000）

基于實(shí)踐導(dǎo)向下的化工專業(yè)物理化學(xué)課程改革探索

林海莉，曹 靜，張玉洲

（淮北師范大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，安徽 淮北 235000）

物理化學(xué)是化工專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課，該課程對(duì)后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定良好的理論基礎(chǔ).總結(jié)我校近幾年化工專業(yè)物理化學(xué)課程的教學(xué)情況，介紹在化工專業(yè)物理化學(xué)課程教學(xué)過程中的心得體會(huì)，提出以實(shí)踐能力培養(yǎng)為基礎(chǔ)，通過改革教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化物理化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)在化工實(shí)踐中的應(yīng)用，不斷提高化工專業(yè)物理化學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的思路.

物理化學(xué)；課程改革；化工專業(yè)；實(shí)踐導(dǎo)向

0 引言

“物理化學(xué)”課程是高等院校化學(xué)、化工、制藥、材料和生化等專業(yè)的學(xué)生必修專業(yè)基礎(chǔ)課之一.“物理化學(xué)”課程綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科的理論和實(shí)驗(yàn)手段來解決化學(xué)反應(yīng)中出現(xiàn)的問題，并研究在化學(xué)變化中所遵循的規(guī)律.物理化學(xué)是多種學(xué)科的理論基礎(chǔ)，尤其在理科、工科化學(xué)系列課程體系中起著重要作用.由于“物理化學(xué)”課程的理論性強(qiáng)、公式多，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難免覺得內(nèi)容過于抽象而難以理解［1-2］，同時(shí)所學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系較小，造成學(xué)習(xí)的畏懼感，學(xué)習(xí)效果不理想.鑒于物理化學(xué)在化工相關(guān)專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)中所處的重要位置，尤其對(duì)后面要學(xué)習(xí)的“化工原理”“化工熱力學(xué)”和“催化原理”等課程起著重要的鋪墊作用，因此，“物理化學(xué)”課程的建設(shè)對(duì)高質(zhì)量化工專業(yè)人才的培養(yǎng)至關(guān)重要.

多年來，我?；瘜W(xué)與材料科學(xué)學(xué)院物理化學(xué)課程組通過更新教育理念，在物理化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)思想和教師隊(duì)伍建設(shè)等方面取得顯著成效.完成“物理化學(xué)”省級(jí)精品課程的建設(shè)和驗(yàn)收工作，成效顯著.“物理化學(xué)”課程團(tuán)隊(duì)被遴選為學(xué)校重點(diǎn)建設(shè)的課程團(tuán)隊(duì).在這樣的背景下，如何以實(shí)踐為導(dǎo)向，在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的工科思維，提高他們解決實(shí)際問題的能力是工科物理化學(xué)教學(xué)值得思考的重要問題.

1 調(diào)整理論教學(xué)內(nèi)容，側(cè)重工程實(shí)踐導(dǎo)向

相比而言，我校開設(shè)化工專業(yè)的歷史較短，所用物理化學(xué)教材也一直沿用我校化學(xué)（師范）、應(yīng)用化學(xué)和材料化學(xué)專業(yè)使用的《物理化學(xué)》（第五版、南京大學(xué)傅獻(xiàn)彩等編寫）教材，以相應(yīng)的《物理化學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)》（南京大學(xué)孫德坤和沈文霞等編寫）作為學(xué)生的指導(dǎo)資料.在授課的過程中，雖然也積極拓展部分內(nèi)容，在一定程度上解決與化工實(shí)踐過程聯(lián)系不密切的矛盾.但隨著我?；I(yè)的建設(shè)和發(fā)展，如果繼續(xù)使用偏重理論教學(xué)的物理化學(xué)教材顯然不合時(shí)宜.以課程體系的改革為契機(jī)，基于實(shí)踐導(dǎo)向的新教材的選用成為物理化學(xué)教學(xué)改革的出發(fā)點(diǎn).從2014開始，精選天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編寫的《物理化學(xué)》（第五版）［3］工科教材作為我?；I(yè)物理化學(xué)課程教材.

與原教材相比，天津大學(xué)編寫的工科“物理化學(xué)”教材增加許多與實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，如真實(shí)氣體的液化及臨界參數(shù)、真實(shí)氣體狀態(tài)方程、二組分液體部分互溶系統(tǒng)的溫度-組成圖和完全不互溶系統(tǒng)的溫度-組成圖，以及多相化學(xué)反應(yīng)等，目的是幫助學(xué)生能更好地了解和掌握物理化學(xué)原理在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用，有利于化工專業(yè)學(xué)生的工科思維的養(yǎng)成.另外，工科“物理化學(xué)”教材將電解質(zhì)溶液、可逆電池電動(dòng)勢(shì)及其應(yīng)用和電解與極化作用3部分內(nèi)容合并為電化學(xué)，將化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)（一）和化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)（二）合并為化學(xué)動(dòng)力學(xué)，既優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，又適當(dāng)降低理論深度，更重要的是拓展學(xué)生的實(shí)踐視野.本教材在我院近幾年的使用過程中，獲得學(xué)生良好的反響.

另外，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，圖文并茂、生動(dòng)形象的教學(xué)課件對(duì)工科物理化學(xué)課堂教學(xué)的支撐作用是顯而易見的.由于物理化學(xué)課程內(nèi)容的抽象性，注重通過演示與基本原理相關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)接實(shí)踐應(yīng)用，讓學(xué)生更好地理解所學(xué)理論知識(shí)與工程實(shí)踐的直接關(guān)系［4］，更好地突出物理化學(xué)理論知識(shí)對(duì)工程實(shí)踐的指導(dǎo)作用.在授課過程中，除講授教材上的基礎(chǔ)知識(shí)外，還注重把從事物理化學(xué)方面的科研體會(huì)以及最新科研成果有機(jī)地融入到物理化學(xué)教學(xué)過程中，更好地激發(fā)學(xué)生對(duì)“物理化學(xué)”課程的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生更加認(rèn)識(shí)到物理化學(xué)在生活和化工行業(yè)中的重要性，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生加快適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的能力和科學(xué)創(chuàng)新的思維能力［5］.

2 優(yōu)化課堂教學(xué)方法，注重實(shí)例說明理論

由于化工專業(yè)的學(xué)生將來所從事的職業(yè)與生產(chǎn)實(shí)踐更加緊密相連，所以，采用何種教學(xué)方法才能更加有效地提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力是物理化學(xué)教學(xué)過程中面臨的問題之一.物理化學(xué)內(nèi)容抽象、公式多而雜，在課堂講授中要更加注重結(jié)合具體實(shí)例來闡述理論內(nèi)容，才能有效地幫助學(xué)生深入理解和接受所學(xué)的理論知識(shí).

例如，講授界面現(xiàn)象中彎曲液面下的附加壓力時(shí)，用他們所熟悉的人工降雨和暴沸現(xiàn)象來說明開爾文公式，只有水蒸汽液化凝結(jié)成新相小液滴（凸液面），小液滴逐漸長大才能從天上落下雨滴.由于新相小液滴剛開始很難形成，即水蒸汽的過飽和蒸氣壓pr非常大，天空中的水蒸汽氣壓很難達(dá)到pr，因而需要采用人工的方式提供小液滴形成時(shí)的凝聚中心，大幅度降低pr的數(shù)值，使雨滴順利形成.

同理，液體受熱氣化形成新相小氣泡（凹液面），小氣泡逐漸長大才能從液體里逸出，但新相小氣泡開始很難形成，即液體過熱也不沸騰，是因?yàn)橐后w中的小氣泡壓力很小達(dá)不到外界大氣壓的數(shù)值，因而需要向液體中加入實(shí)驗(yàn)中常用的沸石（孔中含空氣）增加初始小氣泡的大小，使氣泡壓力很快達(dá)到外界大氣壓值，保證氣體從液體中順利逸出，避免形成過熱液體，引起事故.總之，利用具體實(shí)例講授比較抽象的物理化學(xué)知識(shí)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論中更接近實(shí)際生產(chǎn)和生活，激發(fā)他們將理論運(yùn)用于實(shí)踐的潛能.

3 多方位理解實(shí)驗(yàn)原理，提高動(dòng)腦與動(dòng)手能力

伴隨著物理化學(xué)理論教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整，也將相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化.例如：化學(xué)反應(yīng)過程中常常伴隨著反應(yīng)熱的形成，如果不能及時(shí)地移除多余的熱量導(dǎo)致反應(yīng)溫度升高，反應(yīng)速率加快，將對(duì)化工生產(chǎn)安全帶來極大的隱患.所以，反應(yīng)過程中溫度的測(cè)量與調(diào)控在化工生產(chǎn)中顯得尤為重要.目前，在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中涉及到多種類型的溫度計(jì)（如玻璃溫度計(jì)、貝克曼溫度計(jì)、熱電偶等）用于測(cè)量反應(yīng)體系的溫度.作為溫差測(cè)量的貝克曼溫度計(jì)，廣泛應(yīng)用在恒溫槽的組裝和性能測(cè)試、稀溶液的凝固點(diǎn)降低實(shí)驗(yàn)中.由于精密電子溫度測(cè)量儀器的普遍使用，使得貝克曼溫度計(jì)在實(shí)驗(yàn)中的利用率逐漸降低，但它仍可以作為一種簡便的輔助儀器使用.

另外，溫度效應(yīng)常常在實(shí)驗(yàn)中有所體現(xiàn).如醋酸-水-氯仿三組分系統(tǒng)的相圖繪制實(shí)驗(yàn)，其成敗與溫度的關(guān)系比較密切.然而，大部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中并沒有注意到這個(gè)現(xiàn)象，也并不清楚隱含的實(shí)驗(yàn)原理.實(shí)驗(yàn)過程中，溫度影響到各組分間的溶解度，在溫度較高的條件下無法觀察到明顯的渾濁現(xiàn)象，導(dǎo)致不能很好地判定滴定終點(diǎn).因此，如果能夠測(cè)定不同溫度下的相圖，可以使學(xué)生更深入地了解萃取過程，理解相圖中物系點(diǎn)和相點(diǎn)的概念，對(duì)于化工產(chǎn)品分離條件的篩選起到良好地指導(dǎo)作用.其他的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如：溶液表面張力的測(cè)定、活性炭比表面積的測(cè)定、蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定、高聚物的分子量測(cè)定等，溫度的影響均不可忽視.

合理的安排實(shí)驗(yàn)是保證學(xué)生理解并掌握實(shí)驗(yàn)原理的前提.但由于參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生人數(shù)較多，普遍的做法是將學(xué)生分成若干小組，采用循環(huán)的方式開展實(shí)驗(yàn).如果物理化學(xué)的理論課與實(shí)驗(yàn)課在同一學(xué)期開設(shè)，在循環(huán)實(shí)驗(yàn)過程中將不可避免地導(dǎo)致部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目早于理論課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中則顯得非常被動(dòng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)理論一知半解，造成他們更多地關(guān)注實(shí)驗(yàn)操作過程，只動(dòng)手、缺乏動(dòng)腦，實(shí)驗(yàn)效果并不理想.鑒于此，將實(shí)驗(yàn)課的開出時(shí)間較理論課程滯后一學(xué)期，先讓學(xué)生充分學(xué)習(xí)理論知識(shí)，再開展相關(guān)實(shí)驗(yàn).通過在實(shí)驗(yàn)過程中讓學(xué)生試講實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、回答問題等方式讓學(xué)生進(jìn)一步理解實(shí)驗(yàn)過程中的理論知識(shí)和操作步驟，更好地理論聯(lián)系實(shí)際，教學(xué)效果良好.

同時(shí)，依托我校的安徽省化學(xué)工程實(shí)訓(xùn)中心，還可以進(jìn)一步開設(shè)與物理化學(xué)相關(guān)的綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生深入理解物理化學(xué)原理、提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力奠定基礎(chǔ).

4 結(jié)語

通過對(duì)我?；I(yè)本科生“物理化學(xué)”課程的教學(xué)和改革結(jié)果，以實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，逐漸培養(yǎng)學(xué)生的工科思維，才能提高學(xué)生利用物理化學(xué)原理知識(shí)綜合解決化工實(shí)踐問題的能力.

［1］黃玉成，杜金艷.工科物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的幾點(diǎn)思考［J］.廣州化工，2015，43（2）：161-162.

［2］胡碧茹，吳文健.《物理化學(xué)》課程教學(xué)改革的相關(guān)探索與實(shí)踐［J］.高等教育研究學(xué)報(bào)，2013，36（2）：113-115.

［3］天津大學(xué)物理化學(xué)教研室.物理化學(xué)［M］.5版.北京：高等教育出版社，2009.

［4］伊廷鋒，朱彥榮，周安娜，等.物理化學(xué)課程改革探索與實(shí)踐［J］.安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2011，28（6）：134-135.

［5］胡瑋，董超.工科物理化學(xué)開放式教學(xué)的幾點(diǎn)探討［J］.廣州化工，2015，43（2）：141-142.

Practice Oriented Course Reform of Physical Chemistry in Chemical Engineering

LIN Haili，CAO Jing，ZhANG Yuzhou
（School of Chemistry and Materials Science，Huaibei Normal University，235000，Huaibei，Anhui，China）

Physical chemistry is an important basic course for chemical engineering，which lays the good theo?retical foundation of the following major courses.The feeling of the authors and experience of teaching pro?cess are introduced on the basis of the summary of teaching process of physical chemistry.Moreover，a teach?ing thought is proposed to gradually improve the quality of teaching for physical chemistry in chemical engi?neering through training the practical ability，reforming the teaching contents and strengthening the applica?tion of basic knowledge of physical chemistry in chemical practice.

physical chemistry；course reform；chemical engineering；practice oriented

G 642.0

C

2095-0691（2017）02-0077-03

2017-01-03

安徽省省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目（2015sxzx009）；淮北師范大學(xué)質(zhì)量工程項(xiàng)目（jy15133、2016kctd168）

林海莉（1979— ），女，山東棲霞人，副教授，研究方向：光催化.

張玉洲（1963— ），男，安徽來安人，副教授，研究方向?yàn)槲锢砘瘜W(xué).