《物理化學(xué)》課程教學(xué)改革探索

朱睿健

（南京工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇·南京 211167）

物理化學(xué)是一門(mén)應(yīng)用物理學(xué)的基本原理、實(shí)驗(yàn)方法和必要的數(shù)學(xué)手段，研究物質(zhì)變化中的物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象之間的關(guān)系和規(guī)律的學(xué)科，是聯(lián)系化學(xué)、物理、材料、環(huán)境、生物醫(yī)藥等各學(xué)科的理論紐帶，是解決生產(chǎn)實(shí)際和科學(xué)研究的理論、揭示其本質(zhì)的基礎(chǔ)性二級(jí)學(xué)科。在材料專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)方案中是一門(mén)十分重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，為后續(xù)很多課程包括材料科學(xué)基礎(chǔ)、金屬熱處理等打下基礎(chǔ)。但是物理化學(xué)對(duì)學(xué)生和教師來(lái)說(shuō)是一門(mén)非常難學(xué)，非常難教的課程，本文結(jié)合在物理化學(xué)教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，探討了這物理化學(xué)的課程特點(diǎn)，總結(jié)提出幾點(diǎn)教學(xué)改革策略以提高教學(xué)質(zhì)量。

1 物理化學(xué)課程特點(diǎn)

物理化學(xué)這門(mén)學(xué)科以普遍的物理規(guī)律出發(fā)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的的數(shù)學(xué)演繹推導(dǎo)，得到特定條件下的特定規(guī)律。由于物理化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)，導(dǎo)致這門(mén)課程相較于其它課程有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）公式多條件多：物理化學(xué)是從普遍物理規(guī)律出發(fā)得到特定條件下的特定規(guī)律，所以不同條件下的結(jié)論都不同，用公式表達(dá)的結(jié)論多。整本書(shū)有上千個(gè)公式，需要掌握的超過(guò)100個(gè)。而且每一個(gè)公式都有它嚴(yán)格的適用條件，這個(gè)公式只適用于此條件。例如計(jì)算等溫、等壓、等容、絕熱過(guò)程中理想氣體的功熱熵等，需要用到不用的公式，絕熱過(guò)程中功的公式就不能用于其它過(guò)程。

（2）概念多且抽象：相對(duì)于物理學(xué)中的聲光電熱磁等直接物理現(xiàn)象，物理化學(xué)中的概念基本都是抽象出來(lái)的，焓、熵、自由能、化學(xué)勢(shì)等皆如此。以熵為例，提出熵的概念需要從熱機(jī)效率出發(fā)，構(gòu)造卡諾循環(huán)計(jì)算出可逆過(guò)程的熱機(jī)效率，得到可逆過(guò)程的熱溫商只跟始終狀態(tài)有關(guān)，是狀態(tài)函數(shù)，由此引出熵，為了講清楚這個(gè)概念，需要耗費(fèi)大量時(shí)間從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中一步步抽象演繹出來(lái)。

（3）方法性強(qiáng)：實(shí)際理解處理物理化學(xué)問(wèn)題時(shí)，如果方法得當(dāng)，可以將一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題以簡(jiǎn)單的方法去理解，方法不當(dāng)，就會(huì)將簡(jiǎn)單問(wèn)題變得難理解甚至完全不理解。還是以熵為例，教材中在克勞修斯不等式中講到：“可逆過(guò)程的熱溫商線(xiàn)積分等于零，不可逆過(guò)程小于零，”但是在引出熵的狀態(tài)函數(shù)性質(zhì)時(shí)，又說(shuō)“熵是狀態(tài)函數(shù)，只跟初始態(tài)有關(guān)，跟過(guò)程是無(wú)關(guān)”，學(xué)生非常不理解，這是方法不對(duì)，沒(méi)有正確區(qū)分系統(tǒng)、環(huán)境和整體，克勞修斯不等式是以系統(tǒng)+環(huán)境作為整體考慮的，而“熵是狀態(tài)函數(shù)”是相對(duì)于系統(tǒng)而言，經(jīng)過(guò)可逆和不可逆過(guò)程系統(tǒng)的熵變是一樣的，但是環(huán)境的熵變不一樣。

由于物理化學(xué)課程的這些特點(diǎn)，導(dǎo)致學(xué)生們普遍反映課程抽象困難、知識(shí)點(diǎn)多、講課枯燥、提不起興趣，學(xué)習(xí)效率低，對(duì)這門(mén)課程產(chǎn)生恐懼甚至厭惡的情緒。這給講授物理化學(xué)的老師提出了更高的要求，如果老師在課堂中單一地降解大量的理論知識(shí)，單方向的傳授枯燥的內(nèi)容，使得學(xué)生學(xué)習(xí)效能感低，教學(xué)效果差。而且目前的物理化學(xué)教材普遍注重理論概念講解推導(dǎo)，與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展嚴(yán)重滯后，學(xué)生興趣不高。因此在這篇文章中提出了幾點(diǎn)物理化學(xué)教學(xué)過(guò)程中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，以提升學(xué)生的興趣、主動(dòng)性和學(xué)習(xí)效果。

2 案例設(shè)計(jì)

教師在教學(xué)前，應(yīng)該認(rèn)真分析教材，從自然界、工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、生活中有趣的現(xiàn)象出發(fā)，找到與重要知識(shí)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的案例，提出疑問(wèn)，激發(fā)學(xué)生的興趣和思考。案例需要與學(xué)生的知識(shí)層次相符，提出案例后引導(dǎo)學(xué)生思考為什么要抽象出相應(yīng)的物理化學(xué)概念，和怎么推導(dǎo)出相應(yīng)的規(guī)律。例如講授第一張熱力學(xué)第一定律時(shí)候，可以不從機(jī)械的降解熱力學(xué)基本概念問(wèn)題開(kāi)始，而以溫室效應(yīng)為例，以地球?yàn)橄到y(tǒng)，太陽(yáng)和宇宙為環(huán)境，引出下面的思考：地球是敞開(kāi)/封閉/還是隔離系統(tǒng)？太陽(yáng)對(duì)地球輻射是熱還是功？地球?qū)τ钪媸欠褡龉Ψ艧幔繛槭裁炊趸嘉樟说厍驘彷椛?，地球溫度?huì)升高？有人提出給地球裝上反射鏡在熱力學(xué)上是否能降低地球溫度？這些不同于教材上枯燥的知識(shí)點(diǎn)的案例，學(xué)生會(huì)相當(dāng)感興趣，從而去思考熱力學(xué)中的各種概念的內(nèi)涵，從而更深刻的理解并應(yīng)用熱力學(xué)第一定律。

3 巧用問(wèn)答法

巧用問(wèn)答法，是教師設(shè)置有啟發(fā)性和價(jià)值的問(wèn)題，一環(huán)扣一環(huán)提問(wèn)，誘發(fā)學(xué)生逐層深入思考，引導(dǎo)學(xué)生思維橫向縱向深入發(fā)展。對(duì)于物理化學(xué)，需要從表面現(xiàn)象一步步向的理論基礎(chǔ)上挖掘，啟發(fā)學(xué)生的思維活躍性，學(xué)生就會(huì)接著反過(guò)來(lái)就不清楚的地方詢(xún)問(wèn)老師，進(jìn)行高效深入的學(xué)習(xí)，能夠避免課堂變成一潭死水。問(wèn)答法是師生之間進(jìn)行的交流過(guò)程，是教師可以有效地了解教學(xué)效果、掌握教學(xué)情況的反饋方法。例如在講述混合物和溶液這章時(shí)，提問(wèn)學(xué)生，“把一杯水放在室溫空氣中，水溫度還是100攝氏度，為什么會(huì)蒸發(fā)？”教師回答學(xué)生：“這時(shí)水可以看成是水和空氣的混合溶液，而空氣中水蒸氣的分壓沒(méi)有達(dá)到飽和蒸氣壓，所以水會(huì)繼續(xù)蒸發(fā)直至達(dá)到平衡。”又有學(xué)生提出了個(gè)非常好的問(wèn)題：“為什么經(jīng)過(guò)了足夠長(zhǎng)的時(shí)間系統(tǒng)還沒(méi)達(dá)到平衡？”這時(shí)教師可用平衡狀態(tài)定義回答學(xué)生：“平衡狀態(tài)溫度處處相等，地面會(huì)吸收很多太陽(yáng)光，溫度較高，水易蒸發(fā)，到了高空，溫度劇降，水蒸氣凝結(jié)成小水滴或者冰晶，經(jīng)過(guò)降雨或降雪又重回到地面，溫度梯度和重力的共同作用使得水在地球表面形成了流動(dòng)循環(huán)?！庇纱丝梢越栌梢粋€(gè)貌似平常的日常現(xiàn)象，有機(jī)地串聯(lián)起物理化學(xué)各章節(jié)內(nèi)容，讓學(xué)生深入思考現(xiàn)象背后的物理化學(xué)根源，從而主動(dòng)地深入理解這些抽象的概念，有效地提升教學(xué)效果。

4 研討型調(diào)研匯報(bào)

在學(xué)期結(jié)束前安排一次小組討論，教師根據(jù)講授內(nèi)容制定一些相關(guān)的、有趣的、難易適度的、與研究前沿相關(guān)的課題，課下進(jìn)行分組調(diào)研、收集資料、小組討論、整理、ppt制作，最后在課堂上進(jìn)行匯報(bào)演講，教師進(jìn)行評(píng)價(jià)，并與其他學(xué)生一起進(jìn)行提問(wèn)。不同于傳統(tǒng)的講授教學(xué)中學(xué)生只能機(jī)械填鴨式得到一堆知識(shí)點(diǎn)，這種分組討論演講中學(xué)生主動(dòng)對(duì)知識(shí)進(jìn)行思考和內(nèi)化，通過(guò)調(diào)研、收集資料、討論、演講等步驟，學(xué)生能夠積極主動(dòng)學(xué)習(xí)，提出了自己的疑惑，然后再自己努力得到答案，這樣主動(dòng)獲得的知識(shí)理解的會(huì)更深，記憶的更牢固。例如布置過(guò)“晶體生長(zhǎng)中的物理化學(xué)原理”的題目，學(xué)生小組分別查閱到區(qū)域熔煉法，提拉法，焰熔法，水熱法等，從而深入學(xué)習(xí)了這些方法中背后關(guān)于二元相圖和界面等物理化學(xué)理論，從而為之后的材料專(zhuān)業(yè)課程打下牢固的基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)物理化學(xué)課程教學(xué)中存在的難點(diǎn)，以及學(xué)生在學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的恐學(xué)、厭學(xué)、學(xué)不懂的問(wèn)題，提出了幾點(diǎn)教學(xué)策略。首先是教學(xué)前要做好案例設(shè)計(jì)，從自然界、工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、生活中有趣的現(xiàn)象案例出發(fā)，提出疑問(wèn)，激發(fā)學(xué)生的興趣和思考。然后課堂上善用問(wèn)答法，設(shè)置有啟發(fā)性和價(jià)值的問(wèn)題，一環(huán)扣一環(huán)提問(wèn)，誘發(fā)學(xué)生逐層深入思考，引導(dǎo)學(xué)生思維橫向縱向深入發(fā)展。最后是課程末尾開(kāi)展研討型調(diào)研匯報(bào)，學(xué)生就課題進(jìn)行分組調(diào)研查閱資料討論匯報(bào)，誘導(dǎo)學(xué)術(shù)進(jìn)行主動(dòng)深入學(xué)習(xí)。