“新大學(xué)”物理化學(xué)教學(xué)的改革與實(shí)踐

吳國志，桂 君，汪賢才

（池州學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院,安徽 池州247000）

“新大學(xué)”是指從1998年至今，在我國高等教育大眾化階段設(shè)置的，以本科教育為主，面向區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會，以學(xué)科為依托，以應(yīng)用型專業(yè)教育為基礎(chǔ)，以社會人才需求為導(dǎo)向，培養(yǎng)高層次應(yīng)用型人才的新型院校[1]?！靶麓髮W(xué)”與傳統(tǒng)大學(xué)的最大區(qū)別在于應(yīng)用型人才培養(yǎng)重心和研究型人才培養(yǎng)重心的不同。物理化學(xué)是一門運(yùn)用物理的原理和方法來解釋化學(xué)中最基本規(guī)律和理論的課程，是化學(xué)相關(guān)專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，對其它專業(yè)課有重要的指導(dǎo)作用[2]?！靶麓髮W(xué)”中物理化學(xué)課程的教學(xué)面臨著各種各樣的問題。學(xué)生認(rèn)為物理化學(xué)理論性強(qiáng)，內(nèi)容傳統(tǒng)，課程難度較大，物理化學(xué)的學(xué)習(xí)需要一定的數(shù)學(xué)計(jì)算能力、抽象思維能力和邏輯推理能力，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)物理化學(xué)的過程中都感到困難，這給物理化學(xué)的教學(xué)提出了不小的挑戰(zhàn)。因此，如何在物理化學(xué)教學(xué)中，針對“新大學(xué)”學(xué)生的特點(diǎn)，結(jié)合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)施倡導(dǎo)以學(xué)生為中心，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力，把這門課程打造成牢固的專業(yè)基礎(chǔ)的“金課”，避免傳統(tǒng)的理論套理論的課程滑向“水課”泥潭具有重要意義。

1 “新大學(xué)”物理化學(xué)教學(xué)面臨的問題

1.1 物理化學(xué)傳統(tǒng)的課程結(jié)構(gòu)難以適應(yīng)“新大學(xué)”學(xué)生的學(xué)習(xí)需要

“新大學(xué)”學(xué)生的知識能力水平與大學(xué)精英教育時代的本科生會差異明顯。在物理化學(xué)實(shí)際的教學(xué)過程中，不少教師忽視的培養(yǎng)對象的變化，仍然沿用以往的教學(xué)模式，講授的內(nèi)容偏難偏深，主要是認(rèn)為學(xué)生具備相應(yīng)的知識能力，也沒有及時收集學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋，結(jié)果導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效果普遍不理想，課程考試不及格率過高的現(xiàn)象時有發(fā)生。通過我校近十年來物理化學(xué)課程考試成績統(tǒng)計(jì)分析可以看出，考試及格率和平均成績呈曲線上升的趨勢，學(xué)校升本之初的五年學(xué)生物理化學(xué)考試及格率在48%以下，隨著物理化學(xué)課程教學(xué)改革的實(shí)施，近三年考試的及格率達(dá)到82%，平均考試成績也由升本初期的不及格到2018年的72.3分。

1.2 物理化學(xué)教學(xué)難以做到教師教學(xué)主體與學(xué)生教學(xué)中心的統(tǒng)一

物理化學(xué)是一門理論抽象、推理繁瑣的課程，既難教也難學(xué)。教師作為課堂教學(xué)的主體因課程內(nèi)容繁雜，難度大，課時有限，只是習(xí)慣性的注重理論知識的灌輸，缺乏針對的學(xué)生的特點(diǎn)，取舍教學(xué)內(nèi)容，編排教學(xué)計(jì)劃的動力。學(xué)生作為教學(xué)的中心，往往只能被動接受，缺少有效的學(xué)習(xí)方法和手段。實(shí)際上，物理化學(xué)的學(xué)習(xí)，無論是對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力還是思維能力都有較高的要求，需要學(xué)生對本課程的投入程度更高。在物理化學(xué)學(xué)習(xí)過程中，很多關(guān)系式和定律往往都需要在一定的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，一些概念的條件和結(jié)論都需要學(xué)生很好的掌握，對物理化學(xué)基本概念的內(nèi)涵和外延都要有較為深入的理解，這些都需要學(xué)生較好的掌握高等數(shù)學(xué)知識，具備較強(qiáng)邏輯推理和抽象思維能力。很多化學(xué)材料類專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程的初期還覺得內(nèi)容能聽懂，后來漸漸難以跟上學(xué)習(xí)進(jìn)度。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的根本原因就是教師這個教學(xué)主體沒有融入學(xué)生這個教學(xué)的中心。幾年來的教學(xué)研究表明，我校化學(xué)材料類專業(yè)物理化學(xué)課程教學(xué)時數(shù)減少了，教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化了，課程學(xué)習(xí)對學(xué)生考研升學(xué)、就業(yè)能力的支撐更強(qiáng)了。隨著教學(xué)主體與教學(xué)中心的結(jié)合，教學(xué)效果明顯提升。

1.3 物理化學(xué)教學(xué)仍然重理論輕實(shí)踐，對學(xué)生創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力的培養(yǎng)不夠

物理化學(xué)的學(xué)習(xí)需要將抽象數(shù)學(xué)方程與實(shí)際物理化學(xué)反應(yīng)過程對應(yīng)起來。學(xué)生們在進(jìn)行數(shù)值的處理時，常常忽略了這些數(shù)值的物理意義，甚至?xí)邮茇?fù)的壓強(qiáng)、負(fù)的絕對溫度、負(fù)的速率常數(shù)、反應(yīng)一段時間后，反應(yīng)物的濃度比初始濃度高等等這樣計(jì)算結(jié)果與其實(shí)際物理意義不一致的情況。相對于其它課程，數(shù)學(xué)運(yùn)算、邏輯推理和抽象思維能力的不足對物理化學(xué)課程學(xué)習(xí)的影響更加明顯，物理化學(xué)中方程解算的每一步都很大程度上受其物理意義的控制，對這些方程的理解和演算又需要很強(qiáng)的邏輯推理和抽象思維能力。教師在實(shí)際的教學(xué)過程中，往往只注重講授基本的物理原理、化學(xué)原理和大量公式的推導(dǎo)，忽視了將物理化學(xué)的基本理論與實(shí)踐相結(jié)合，缺乏對學(xué)生數(shù)學(xué)計(jì)算、邏輯推理和抽象思維能力的培養(yǎng)，對學(xué)生創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力的培養(yǎng)也明顯不足。因此，如何在物理化學(xué)教學(xué)過程中理論聯(lián)系實(shí)際，提升學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力，就成為物理化學(xué)教學(xué)改革的重要課題。

2 “新大學(xué)”物理化學(xué)教學(xué)的改革與實(shí)踐

2.1 準(zhǔn)確把握培養(yǎng)對象和目標(biāo)，精選教學(xué)內(nèi)容

物理化學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容主要有化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、表面及膠體化學(xué)、統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)和量子化學(xué)。國內(nèi)綜合性高?；瘜W(xué)材料類專業(yè)的物理化學(xué)課程除了系統(tǒng)講授化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)和表面及膠體化學(xué)外，還講授統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)基礎(chǔ)和量子化學(xué)基礎(chǔ)，也有些高校不將統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)基礎(chǔ)和量子化學(xué)基礎(chǔ)作為教學(xué)內(nèi)容；而很多歐美名校化學(xué)材料類專業(yè)也是將統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)和量子化學(xué)放在研究生階段學(xué)習(xí)[3]。因此，我們在選擇教學(xué)內(nèi)容時果斷放棄了統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)和量子化學(xué)部分的理論教學(xué)，而是專注于化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)和表面及膠體化學(xué)這四大部分內(nèi)容的教學(xué)，同時增加實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)（見表1）。在實(shí)際的教學(xué)中，不但要講好物理化學(xué)基本概念和基本原理的理論推導(dǎo)和實(shí)際應(yīng)用，還要講述這些經(jīng)典理論的發(fā)現(xiàn)過程以及物理化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的最新成果。盡量采用學(xué)生們喜歡的角度和方法，將物理化學(xué)的知識體系展示在他們面前，引導(dǎo)學(xué)生深入研究。通過優(yōu)化課程內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，加強(qiáng)課堂教學(xué)管理，擠掉課程中的“水分”，增強(qiáng)物理化學(xué)課程的專業(yè)根基和人才培養(yǎng)目標(biāo)的契合度。

表1 物理化學(xué)課程學(xué)時分配表

2.2 注重基本理論的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用教學(xué)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的探究能力

人類認(rèn)識事物的過程是從感性到理性，學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)也遵循這個特點(diǎn)。很多學(xué)生覺得物理化學(xué)很難，在學(xué)習(xí)這門課的一開始就失去了學(xué)習(xí)興趣，就是因?yàn)槲锢砘瘜W(xué)是一門理論性很強(qiáng)的課程[4]，特別是本課程開始的內(nèi)容熱力學(xué)第一定律，需要一定的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，如果學(xué)生沒有及時理解所學(xué)內(nèi)容，那么對這個知識點(diǎn)的掌握程度就不夠。學(xué)生就慢慢失去學(xué)習(xí)的主動性，對物理化學(xué)的學(xué)習(xí)變成被動的記憶，而被動的記憶使學(xué)生缺乏發(fā)現(xiàn)不同知識之間的聯(lián)系的能力，他們認(rèn)識不到課程中不同內(nèi)容的關(guān)聯(lián)，也不能認(rèn)識到不同課程中相關(guān)內(nèi)容的聯(lián)系，特別是物理化學(xué)為所有化學(xué)材料類專業(yè)課程提供理論基礎(chǔ)，這種聯(lián)系對其應(yīng)用非常重要。在物理化學(xué)教學(xué)過程中，一開始就注重講述經(jīng)典理論的發(fā)現(xiàn)過程，可以引起學(xué)生對這個問題的興趣，提升他們對物理化學(xué)的感性認(rèn)識，進(jìn)而產(chǎn)生進(jìn)一步研究的欲望。在教授物理化學(xué)基本理論時，可以從這些理論產(chǎn)生的背景說起，詳細(xì)講述當(dāng)時人們?yōu)槭裁磿芯窟@個問題，有哪些科學(xué)家提出了哪些不同的說法，這些說法對這一理論有什么貢獻(xiàn)，這些理論是在什么樣的實(shí)踐中產(chǎn)生的，又有什么樣的實(shí)際意義，可以解決哪些問題。這些感性的描述學(xué)生聽到懂也喜歡聽，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)的興趣。接著再引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論推導(dǎo)和實(shí)際應(yīng)用，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)有漸入佳境的感覺，學(xué)習(xí)物理化學(xué)的積極性與主動性自然也會有大幅的提升。

2.3 理論聯(lián)系實(shí)際，著力提高運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力

物理化學(xué)課程中基本理論很多，在進(jìn)行理論公式的數(shù)學(xué)推導(dǎo)時，要盡可能解釋其背后的物理意義，這樣有利于學(xué)生將數(shù)學(xué)公式與物理化學(xué)過程緊密聯(lián)系起來，促進(jìn)他們對理論知識的理解。尤其要注重引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)現(xiàn)象中總結(jié)科學(xué)規(guī)律，將這些科學(xué)規(guī)律與數(shù)學(xué)模型聯(lián)系起來，從而得到實(shí)用的計(jì)算公式。只有學(xué)生親自完成上述學(xué)習(xí)過程，他們才能清晰地理解這個計(jì)算公式的物理意義及其適用范圍，學(xué)生也能夠通過這個學(xué)習(xí)過程來提高自身的數(shù)學(xué)計(jì)算、邏輯推理和抽象思維能力。比如：學(xué)生在進(jìn)行系統(tǒng)體積功的計(jì)算時會遇到很多困難，不少學(xué)生只會被動的記下各種體積功的計(jì)算公式，到實(shí)際應(yīng)用的時候只會簡單套公式而不能得到正確的答案。如果在體積功求算的教學(xué)過程中（圖1），從最簡單的自由膨脹過程開始，再到恒外壓過程再到恒溫（絕熱）可逆過程，從簡單到復(fù)雜，同時將這些變化過程與相應(yīng)的pV圖結(jié)合起來，指導(dǎo)學(xué)生怎樣由過程線計(jì)算體積功（面積），再進(jìn)一步得到各個過程的計(jì)算公式，就能使學(xué)生從本質(zhì)上理解怎樣計(jì)算體積功，明晰不同計(jì)算公式的適用條件，并且這種從具體實(shí)驗(yàn)到圖形解讀再到數(shù)學(xué)模型的學(xué)習(xí)過程本身也是對學(xué)生的數(shù)學(xué)運(yùn)算、邏輯推理和抽象思維能力提高的過程。

圖1 體積功計(jì)算教學(xué)路線圖

2.4 重視物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與實(shí)踐能力

實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重要手段，而化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科[5]，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是物理化學(xué)教學(xué)的重要支撐。一方面物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以促進(jìn)學(xué)生對所學(xué)的理論知識的理解，如一個燃燒熱測定實(shí)驗(yàn)就可以促進(jìn)學(xué)生對熱力學(xué)能、焓、定壓反應(yīng)熱、定容反應(yīng)熱等概念的理解，還能幫助學(xué)生明晰定壓反應(yīng)熱與定容反應(yīng)熱，以及化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)能變與焓變的關(guān)系。另一方面物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱岣邔W(xué)生的綜合能力，在解決物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程遇到的實(shí)際問題時，可以進(jìn)一步幫助學(xué)生提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。

2.5 運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)，提升教學(xué)效果

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時代的到來，在物理化學(xué)的教學(xué)過程中運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠顯著提升物理化學(xué)的教學(xué)效果。在物理化學(xué)教學(xué)中，運(yùn)用3D動畫技術(shù)模擬物理化學(xué)變化的過程及其微觀結(jié)構(gòu)的變化，可以使學(xué)生能夠清晰直觀的了解整個變化的進(jìn)程，并能準(zhǔn)確的把握實(shí)驗(yàn)中物質(zhì)的宏觀性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系，促進(jìn)學(xué)生對物理化學(xué)基礎(chǔ)知識和基本理論的理解。當(dāng)代大學(xué)生是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下成長的一代，對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的掌握和運(yùn)用非常純熟，利用網(wǎng)絡(luò)對學(xué)生進(jìn)行物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識和安全常識的教育可取得事半功倍的效果。在網(wǎng)上建立物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識和安全常識學(xué)習(xí)平臺和試題庫，指導(dǎo)學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作前使用手機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)和考核，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作前做到人人過關(guān)。這樣既能夠保證學(xué)生在進(jìn)行物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)之前進(jìn)行充分的預(yù)習(xí)，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，又能加強(qiáng)對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)安全教育，提高安全意識。教師在物理化學(xué)教學(xué)過程中，線上與線下結(jié)合起來，在網(wǎng)上與學(xué)生分享物理化學(xué)相關(guān)的背景資料，交流物理化學(xué)學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)與體會，針對性進(jìn)行答疑解惑。既可以豐富物理化學(xué)的知識體系，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生能夠隨時隨地學(xué)習(xí)，又能增強(qiáng)教師對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的了解，促進(jìn)教師有針對性的進(jìn)行教學(xué)調(diào)整，提升教學(xué)效果。運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)手段，能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)的積極性和主動性，豐富學(xué)習(xí)內(nèi)容，拓展學(xué)習(xí)的時間與空間，提升物理化學(xué)的教學(xué)效果。

3 結(jié)語

在物理化學(xué)教學(xué)過程中要準(zhǔn)確把握“新大學(xué)”學(xué)生的特點(diǎn)，以學(xué)生為中心，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，少一些理性的說教，多一些感性的認(rèn)知，積極引導(dǎo)學(xué)生從被動接受知識到主動探索知識，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐素養(yǎng)的提升，不斷提高物理化學(xué)的教學(xué)效果，從而為化學(xué)材料類專業(yè)學(xué)生奠定良好的專業(yè)基礎(chǔ)理論和實(shí)踐知識，培養(yǎng)出更多社會迫切需求的高層次應(yīng)用型人才。