高等物理化學(xué)的土木工程案例教學(xué)探索分析

摘 要：《高等物理化學(xué)》課程旨在促使化學(xué)、化工、土木等理工科專業(yè)的碩士研究生對(duì)物理化學(xué)基礎(chǔ)有更深入的了解。課程內(nèi)容與實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐密切相關(guān)，利用所學(xué)理論知識(shí)和應(yīng)用分析方法，可將《高等物理化學(xué)》相關(guān)內(nèi)容直接或間接應(yīng)用于本學(xué)科領(lǐng)域的基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)、最新研究進(jìn)展及前沿研究成果中，致力于解決實(shí)踐過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題并為科學(xué)研究提供重要理論支撐。案例分析作為理論與實(shí)踐結(jié)合的重要方法，可促進(jìn)前沿科學(xué)研究與工程實(shí)踐的深入融合。本文注重分析纜索銹蝕中的電化學(xué)、大體積混凝土水化反應(yīng)中的熱動(dòng)力學(xué)、高聚合物加固中的溶膠凝膠效應(yīng)等土木工程案例中的物理化學(xué)理論，進(jìn)而探究《高等物理化學(xué)》在土木工程領(lǐng)域的實(shí)踐性工程案例教學(xué)改革。

關(guān)鍵詞：高等物理化學(xué)；土木工程；案例教學(xué)

中圖分類號(hào)：TU311.3" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" "文章編號(hào)：1007-1199（2024）03-0076-05

DOI：10.19327/j.cnki.zuaxb.1007-1199.2024.03.011

鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 材料學(xué)院，河南 鄭州 450046

近年來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技實(shí)現(xiàn)了前所未有的騰飛，高等學(xué)校教育作為人才培養(yǎng)的最后環(huán)節(jié)，肩負(fù)著為祖國(guó)輸送全方位、高素質(zhì)、高水平人才的重要使命?？紤]到學(xué)生的快速適應(yīng)工作崗位能力的需求，專業(yè)碩士研究生培養(yǎng)成為我國(guó)研究生教育的一種重要模式，這種模式在一定程度上提升了學(xué)生的社會(huì)適應(yīng)能力，然而目前依然存在以下幾個(gè)方面的不足。首先，高校與產(chǎn)業(yè)結(jié)合、與企業(yè)緊密聯(lián)系合作方面比較薄弱，學(xué)生所學(xué)課程知識(shí)無(wú)法直接關(guān)聯(lián)工程實(shí)際需求。其次，高校近幾年招聘青年教師科研基礎(chǔ)實(shí)力較好，但實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)欠缺，企業(yè)合作育人參與度不夠，保障機(jī)制尚不健全，這已成為專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐型人才培養(yǎng)面臨的突出問(wèn)題，導(dǎo)致實(shí)踐型人才培養(yǎng)的師資隊(duì)伍相對(duì)薄弱。據(jù)此，如何以理論知識(shí)為基礎(chǔ)，以工程實(shí)踐為目標(biāo)，培養(yǎng)優(yōu)秀的實(shí)用性專業(yè)人才關(guān)系著國(guó)家科技發(fā)展的未來(lái)。

《高等物理化學(xué)》課程是化工、材料、冶金、紡織、土木工程、輕工技術(shù)、能源化工、汽車工程等方向?qū)I(yè)碩士研究生的核心課程，主要介紹物理化學(xué)基本原理的拓展和最新進(jìn)展[１]，包括普適的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)基本原理、相平衡、化學(xué)平衡、大分子溶膠凝膠及工程領(lǐng)域物相變化的理論計(jì)算等，相關(guān)理論內(nèi)容直接關(guān)聯(lián)多個(gè)工程領(lǐng)域的應(yīng)用。案例分析教學(xué)可有效地將“理論知識(shí)－科學(xué)研究－工程實(shí)踐”有機(jī)結(jié)合，一方面有利于提升青年教師將前沿科學(xué)研究與工程實(shí)踐結(jié)合的能力，另一方面通過(guò)將枯燥深?yuàn)W的課堂理論知識(shí)應(yīng)用化，培養(yǎng)專業(yè)碩士研究生的工程實(shí)踐能力。因此，建立《高等物理化學(xué)》案例教學(xué)方法，并構(gòu)建教學(xué)案例庫(kù)，在優(yōu)秀人才培養(yǎng)及特級(jí)師資隊(duì)伍建設(shè)中具有重要意義[２]。

1 教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)

《高等物理化學(xué)》作為一門綜合性的基礎(chǔ)課程，在教學(xué)實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用。內(nèi)容主要以物理化學(xué)的電化學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、界面化學(xué)和膠體部分為主線，著重講解電化學(xué)理論及應(yīng)用、固體界面性質(zhì)、膠體分散體系和大分子、非平衡態(tài)熱力學(xué)、多相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)在物理化學(xué)中的應(yīng)用等。在開(kāi)頭部分，對(duì)物理化學(xué)的核心內(nèi)容和基本公式，拓展內(nèi)容和重要應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要的概括，起到承上啟下的作用，重點(diǎn)突出基礎(chǔ)物理化學(xué)中尚未展開(kāi)，但又具有重要應(yīng)用意義的部分，這些內(nèi)容作為物理化學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，是實(shí)際工程應(yīng)用和科學(xué)前沿研究的理論基石，具有重要意義[３]。通過(guò)《高等物理化學(xué)》案例教學(xué)法，以理論知識(shí)為基礎(chǔ)，以解決工程、生活生產(chǎn)中實(shí)際問(wèn)題為依托，以基于自然科學(xué)發(fā)展本質(zhì)進(jìn)行的前沿科學(xué)進(jìn)展研究為導(dǎo)向[４]，可培養(yǎng)一批具有實(shí)際工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新科研素養(yǎng)的高水平碩士研究生和全方位多維度發(fā)展的優(yōu)秀教育工作者。具體教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)如下：

一是通過(guò)鼓勵(lì)高校教師深入工程生產(chǎn)實(shí)踐一線，將課堂基礎(chǔ)理論知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐相關(guān)問(wèn)題有機(jī)結(jié)合。具體的，將高等物理化學(xué)中相關(guān)知識(shí)結(jié)合企業(yè)發(fā)展遇到的問(wèn)題制作成典型教學(xué)案例，一方面構(gòu)建全方位多維度發(fā)展的教師工程能力提升體系，另一方面拓展學(xué)生思維深度及視野廣度，通過(guò)聚焦社會(huì)發(fā)展實(shí)際需求，提升學(xué)生發(fā)展生產(chǎn)的主人翁精神和民族使命感。

二是結(jié)合教學(xué)案例，以《高等物理化學(xué)》為核心課程，綜合多門課程知識(shí)點(diǎn)，形成交叉課程教學(xué)方法。專業(yè)知識(shí)及學(xué)術(shù)研究往往是學(xué)科導(dǎo)向，而工程的任務(wù)導(dǎo)向往往是多學(xué)科綜合，通過(guò)設(shè)計(jì)綜合性工程教學(xué)案例，可以將材料與化工專業(yè)的多門專業(yè)課程進(jìn)行有機(jī)深入結(jié)合，通過(guò)多學(xué)科交叉學(xué)習(xí)解決實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中遇到的復(fù)雜工程問(wèn)題，進(jìn)而培養(yǎng)多學(xué)科融合性人才。

三是“工程問(wèn)題”恰恰是“學(xué)術(shù)問(wèn)題”的起點(diǎn)，將科學(xué)研究落腳于解決實(shí)際問(wèn)題是科研的終極目標(biāo)，以教學(xué)案例庫(kù)建設(shè)為契機(jī)，有效提升高校教師科研成果轉(zhuǎn)化的能力，培養(yǎng)出具有解決實(shí)際問(wèn)題的一線科研教學(xué)師資隊(duì)伍。構(gòu)建校企合作新模式，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力，有效提高學(xué)生畢業(yè)后在企業(yè)中的快速適應(yīng)能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力，滿足國(guó)家和行業(yè)的需求。

2 土木工程中的物理化學(xué)案例分析

《高等物理化學(xué)》教學(xué)過(guò)程中主要采用案例化教學(xué)手段，提倡工程化的實(shí)踐性教學(xué)思想。以高等物理化學(xué)在土木工程中的應(yīng)用為例，通過(guò)高等物理化學(xué)教學(xué)案例編寫，課程教師及時(shí)更新知識(shí)儲(chǔ)備，提升自身將基礎(chǔ)理論知識(shí)與前沿科研成果相結(jié)合，應(yīng)用于實(shí)際工程案例分析的能力。如圖1所示，分析土木工程中纜索防銹蝕、大體積混凝土水化反應(yīng)和高聚合物加固等案例項(xiàng)目中對(duì)應(yīng)的《高等物理化學(xué)》課程內(nèi)容。

在案例項(xiàng)目進(jìn)行中，教師和學(xué)生形成定期討論的制度，將案例項(xiàng)目中遇到的問(wèn)題、難點(diǎn)和障礙分組進(jìn)行分析和討論。通過(guò)這些實(shí)際案例教學(xué)過(guò)程來(lái)提高研究生的獨(dú)立工作能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作能力以及獨(dú)立思考的科研能力，培養(yǎng)學(xué)生形成“問(wèn)題提出－調(diào)查研究－設(shè)計(jì)方案－實(shí)施項(xiàng)目－問(wèn)題解決－反思提升”的處理問(wèn)題的正確方法，為培養(yǎng)全方位、高水平、實(shí)干型、創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)。

2.1 纜索防銹蝕的電化學(xué)分析

在役橋梁纜索的化學(xué)成分主要由鐵、碳組成，加入少量錳、鉬、鎳、銅等，由于長(zhǎng)期暴露在空氣中，導(dǎo)致其很容易受到電化學(xué)反應(yīng)侵蝕，耐久性差，保養(yǎng)更換費(fèi)用較高，且易造成一定的安全隱患。在使用初期，腐蝕機(jī)理主要為化學(xué)腐蝕，纜索結(jié)構(gòu)中的鐵原子與空氣中的CO2、SO2、水蒸氣等形成的酸性電解質(zhì)溶液（H+）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成二價(jià)鐵離子（Fe2+），如化學(xué)方程式（1）所示；二價(jià)鐵離子又容易被空氣中的氧氣氧化成三氧化二鐵（Fe2O3），如化學(xué)方程式（2）所示；三價(jià)鐵在水蒸汽作用下生成Fe（OH）3沉淀，如化學(xué)方程式（3）所示；Fe（OH）3又可能部分失水生成三氧化二鐵，化學(xué)方程式（3）可逆進(jìn)行。進(jìn)而形成由Fe2+、Fe3+、Fe（OH）3和Fe2O3等多種化合物組成的疏松的混雜物質(zhì)，即為鐵銹。

橋梁纜索表面形成的斑駁鐵銹，加之表面形成的電解質(zhì)的共同作用，將在纜索表面形成微電池，進(jìn)一步加重缺陷帶來(lái)的結(jié)構(gòu)損傷，甚至給橋梁纜索帶來(lái)更加嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)腐蝕。針對(duì)纜索腐蝕的工程問(wèn)題，詳細(xì)講解電化學(xué)及其應(yīng)用部分的課程內(nèi)容，從電化學(xué)在金屬結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)的應(yīng)用構(gòu)建經(jīng)典案例，例如金屬的電化學(xué)防腐應(yīng)用于橋梁纜索的防銹蝕等。在銹蝕的橋梁纜索結(jié)構(gòu)中，鐵電極材料作為陽(yáng)極（電池的負(fù)極），纜索中其他沒(méi)有鐵活潑的金屬作為陰極（電池的正極），空氣中的水和酸性氣體組成電解質(zhì)溶液，構(gòu)成電池的基本結(jié)構(gòu)，由于陰陽(yáng)兩極電勢(shì)差的存在，將發(fā)生陽(yáng)極失電子氧化以及陰極得電子還原作用，其中陽(yáng)極氧化反應(yīng)如化學(xué)方程式（1）所示，陰極還原作用包括析氫腐蝕和耗氧腐蝕兩種形式，分別如化學(xué)方程式（4）和（5）所示。

組成原電池的陽(yáng)極和陰極的電極電勢(shì)可根據(jù)能斯特方程進(jìn)行計(jì)算，其中陽(yáng)極發(fā)生腐蝕的電極電勢(shì)如公式（6）所示，陰極發(fā)生析氫腐蝕和耗氧腐蝕的電極電勢(shì)分別如公式（7）和公式（8）所示。

其中標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)值[φθFe2+/Fe]，[φθH+/H2]和[φθO2H+，H2O]的值可通過(guò)查表得到，分別為-0.44 V，0 V和1.23 V，R為理想氣體常數(shù)，取值8.314 J/（mol·K），T為室溫298 K，z為化學(xué)式中離子前的系數(shù)為1時(shí)的得失電子數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，取96485 C/mol，對(duì)于金屬而言，一般情況下，作為陽(yáng)極的金屬離子活度[aFe2+]達(dá)到10-6 mol/m3時(shí)，被認(rèn)為金屬發(fā)生了腐蝕，代入能斯特方程可得到纜索作為陽(yáng)極恰好能夠發(fā)生腐蝕的陽(yáng)極電極電勢(shì)約為-0.62 V。陰極發(fā)生析氫腐蝕的電極電勢(shì)為-0.05916PH V，發(fā)生耗氧腐蝕的電極電勢(shì)為1.23-0.05916PH V。因此，陰極電極電勢(shì)受PH大小的影響，PH值越小，即環(huán)境中形成的電解質(zhì)溶液酸性越強(qiáng)，陰極電極電勢(shì)越大，與陽(yáng)極組成微電池的電動(dòng)勢(shì)也越大，腐蝕速率越快。因此在橋梁纜索的養(yǎng)護(hù)中，應(yīng)避免其處于強(qiáng)酸性環(huán)境中；而在同樣的PH條件下，發(fā)生耗氧腐蝕的陰極電極電勢(shì)比發(fā)生析氫腐蝕的電極電勢(shì)高，即耗氧腐蝕比析氫腐蝕會(huì)更嚴(yán)重。

同時(shí)具有疏松結(jié)構(gòu)的鐵銹具有較大的比表面積，進(jìn)一步增加了橋梁纜索與空氣等電解質(zhì)溶液的接觸面積。因此一旦橋梁纜索表面形成鐵銹，將進(jìn)一步加快電化學(xué)腐蝕反應(yīng)的發(fā)生，此時(shí)應(yīng)盡快進(jìn)行鐵銹的去除，在橋梁纜索表面進(jìn)行補(bǔ)漆或涂敷搪瓷、塑料、瀝青等在金屬表面形成致密的保護(hù)層將金屬與電解質(zhì)等隔開(kāi)，或及時(shí)更換纜索，杜絕安全隱患問(wèn)題。在實(shí)際工程中，由于單一的防銹材料所能發(fā)揮防銹作用的范圍有限，常需要按照一定的間隔，鋪上多層防銹層，可有效避免鋼筋銹蝕。同時(shí)在灌注保護(hù)材料時(shí)，要注意防止電化學(xué)防腐蝕材料因振動(dòng)而脫落。

除了物理防護(hù)外，還可通過(guò)設(shè)計(jì)外加電池的形式，使被保護(hù)金屬作為陰極進(jìn)行保護(hù)。如在橋梁纜索上用導(dǎo)線連接活性鋅，由于鋅的活潑性比鐵高，鋅和鐵同時(shí)存在時(shí)其更容易失去電子，可作為陽(yáng)極材料存在，相應(yīng)的，鐵作為陰極材料被保護(hù)。上述方法屬于電化學(xué)防護(hù)的陰極電保護(hù)法，此時(shí)電化學(xué)防銹材料的導(dǎo)線應(yīng)該與纜索金屬相連接，以保證在氧化過(guò)程中的電離子傳遞效應(yīng)，通過(guò)犧牲陽(yáng)極材料鋅或其他更活潑的金屬來(lái)保護(hù)纜索免受侵蝕。

2.2 大體積混凝土水化反應(yīng)的熱動(dòng)力學(xué)分析

與普通混凝土澆筑不同，大壩、橋墩等土木工程結(jié)構(gòu)采用大體積混凝土澆筑。在澆筑過(guò)程中，水泥在凝固時(shí)會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)，如化學(xué)方程式（9）所示，從固體轉(zhuǎn)化為膠體，同時(shí)產(chǎn)生大量熱量。

大體積混凝土澆筑后將形成絮凝劑表層，絮凝劑表層的外表面與外界的距離非常接近，所以其散熱速度比較快，可將熱量快速地釋放到空氣中，使得混凝土表層溫度與外界溫度維持在一個(gè)水平。但是，在混凝土絮凝劑表層內(nèi)部，因?yàn)樗纳嵝苑浅２?，而且它與外界的距離較遠(yuǎn)，熱量不容易被釋放出來(lái)，溫度較高。因此，在大體積混凝土的內(nèi)外會(huì)產(chǎn)生較大溫差，溫度場(chǎng)的不均勻性將引起不同部位的變形，進(jìn)而形成約束。大體積混凝土的溫度由里向外遞減，當(dāng)其內(nèi)部溫度越高，則其變形越大，外界溫度越低，變形越少。綜上，大體積混凝土的表面產(chǎn)生了拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)其極限承載力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)大量的裂縫，即常見(jiàn)的溫度裂縫。在施工過(guò)程中，大體積混凝土不僅要有很高的整體性，而且還必須滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、耐久性等方面的要求，所以如何基于其水化反應(yīng)的熱動(dòng)力學(xué)機(jī)理，控制溫度產(chǎn)生的裂縫，成為大體積混凝土澆筑的關(guān)鍵物理化學(xué)問(wèn)題。

針對(duì)大體積混凝土澆筑結(jié)構(gòu)的溫度裂縫問(wèn)題，通過(guò)學(xué)習(xí)工程熱力學(xué)和液－固動(dòng)力學(xué)及其應(yīng)用部分，從工程熱力學(xué)和液－固動(dòng)力學(xué)在建筑材料的應(yīng)用構(gòu)建經(jīng)典案例，例如混凝土攪拌養(yǎng)護(hù)中水泥的水化反應(yīng)、大體積混凝土的二次澆筑等。結(jié)合工程熱力學(xué)原理，對(duì)其施工質(zhì)量進(jìn)行有效的控制，在混凝土澆筑過(guò)程中添加緩凝劑。適量的緩凝劑可延長(zhǎng)混凝土的凝固時(shí)間，避免了混凝土外部快速凝結(jié)成固體與內(nèi)部液體或膠體形成質(zhì)量裂縫，同時(shí)延長(zhǎng)了內(nèi)部混凝土水化反應(yīng)的散熱時(shí)間，有助于減少內(nèi)外溫差。此外，在條件允許情況下，可采用二次澆筑大體積混凝土。第一次澆筑時(shí)特別注意避免碎料的分層和離析，應(yīng)該采用串筒、斜橫、溜管等進(jìn)行下料，筑完畢后，要按照施工地點(diǎn)的溫度狀況，進(jìn)行及時(shí)的遮蓋與噴灑。第二次澆筑時(shí)，混凝土的標(biāo)號(hào)應(yīng)高于原來(lái)的設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)，趕在第一次混凝土凝固前，促使第二層混凝土澆筑完成，從攪拌機(jī)卸出到次層石澆筑壓茬的間歇時(shí)間，溫度低于25攝氏度時(shí)不能過(guò)3小時(shí)，溫度高于或等于25攝氏度的時(shí)候不能過(guò)2.5小時(shí)，如果溫度高于25攝氏度，則應(yīng)留置施工縫。同時(shí)，在第一次和第二次澆筑過(guò)程中，可設(shè)置U型或S型水管，在澆筑過(guò)程中向水管中灌注冷水，從而對(duì)大體積混凝土內(nèi)部的溫度進(jìn)行有效的控制，使溫度不超過(guò)65攝氏度，有效降低大體積混凝土的內(nèi)部和外部溫度差。進(jìn)而減少大體積混凝土澆筑產(chǎn)生的溫度裂縫。

2.3 高聚合物加固中的溶膠凝膠效應(yīng)

在土木工程建筑中，經(jīng)常用到一種有機(jī)或無(wú)機(jī)凝膠對(duì)建筑物構(gòu)件進(jìn)行加固的技術(shù)，如碳纖維布加固。通過(guò)將碳纖維布等高分子聚合物粘附到建筑物構(gòu)件上，將塑性材料與脆性材料進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，利用碳纖維布與建筑物構(gòu)件的協(xié)同作用，可增加建筑物的抗震、抗沖擊及耐久性能。在利用碳纖維布進(jìn)行加固時(shí)，通常采用溶膠－凝膠法，可保證膠體均勻地分布于建筑物構(gòu)件與碳纖維布之間，保證粘結(jié)的牢固性。碳纖維布加固建筑物的關(guān)鍵在于中間高聚合物的粘合作用，而傳統(tǒng)的加固方法耐久性較差。隨著荷載的持續(xù)作用，碳纖維布和聚合物之間易出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，進(jìn)一步導(dǎo)致碳纖維布的應(yīng)力松弛，失去了韌度和剛度協(xié)同增強(qiáng)的預(yù)期目的。特別地，不同溫度環(huán)境下高聚合物的吸附作用不同，將直接影響碳纖維布加固時(shí)高聚合物的設(shè)計(jì)厚度，導(dǎo)致整個(gè)纖維布加固方案難以有效評(píng)估和精確設(shè)計(jì)。

針對(duì)高聚合物的粘附問(wèn)題，通過(guò)講解溶膠－凝膠反應(yīng)以及吸附機(jī)理及其應(yīng)用部分，從溶膠－凝膠法的材料制備機(jī)理及固液吸附等在結(jié)構(gòu)加固的應(yīng)用構(gòu)建經(jīng)典案例，例如碳纖維布聚合物加固等。從二十世紀(jì)七十年代開(kāi)始，溶膠－凝膠法這一理論在材料科學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并逐漸發(fā)展為一種新型的材料合成方法。溶膠是膠體的一種，具有典型的均勻分散特性，分散介質(zhì)多為液態(tài)，稱為液溶膠，利用液體小分子溶膠的流動(dòng)性，使膠體溶液流動(dòng)于建筑物構(gòu)件之間，可實(shí)現(xiàn)溶膠與待加固構(gòu)件之間的充分接觸；進(jìn)一步由固－液吸附機(jī)理，可在建筑物構(gòu)件表面獲得一層均勻分布的膠體溶液。接著經(jīng)過(guò)溶膠－凝膠轉(zhuǎn)化和凝膠干燥過(guò)程，均勻分布的膠體溶液發(fā)生固化，形成排布于構(gòu)件之間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，達(dá)到建筑物構(gòu)件加固的效果。本質(zhì)上，凝膠是一種呈網(wǎng)狀連接的聚合物鏈，具有介于固體和液體間的形態(tài)。隨著凝膠的形成，溶膠失去流動(dòng)性，顯示出固體的性質(zhì)，形成一種開(kāi)放的骨架結(jié)構(gòu)。借助于凝膠的干燥過(guò)程，原來(lái)的固液吸附轉(zhuǎn)化成固固吸附，溶膠絮凝和吸附應(yīng)用于高分子聚合物材料在結(jié)構(gòu)上的安全加固粘合，可使學(xué)生更加直觀地了解到高聚合物在工程中的應(yīng)用。溶膠－凝膠過(guò)程中典型金屬醇鹽的水解和縮聚反應(yīng)可分別表示如下：

實(shí)際工程應(yīng)用中，通過(guò)將混凝土等建筑物構(gòu)件表面采用角磨或砂紙打磨，去除表面油脂及其他雜質(zhì)，保證清潔干燥，可進(jìn)一步增加溶膠凝膠制備的高聚物與建筑物構(gòu)件之間的粘結(jié)力。通過(guò)分析不同比例高聚合物的溶膠凝膠效應(yīng)，確定最優(yōu)溶膠配方比例，可提升碳纖維布與建筑物的協(xié)同作用，以減小兩者之間的相對(duì)粘結(jié)滑移，達(dá)到預(yù)期加固效果。

3 基于案例分析的課程教學(xué)改革

目前高校案例教學(xué)法尚未得到普及深入，為滿足國(guó)家對(duì)于工程實(shí)踐性人才的迫切需求，案例教學(xué)改革迫在眉睫。結(jié)合土木工程領(lǐng)域的案例分析，《高等物理化學(xué)》課程教學(xué)改革可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行提升：一是以土木工程中纜索防銹蝕、大體積混凝土水化反應(yīng)和高聚合物加固等案例項(xiàng)目為例，深化課程的理論內(nèi)容，同時(shí)形象化課程知識(shí)的工程應(yīng)用場(chǎng)景。啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)工程實(shí)踐中的案例問(wèn)題，獨(dú)立做到“提出問(wèn)題－討論問(wèn)題－解決問(wèn)題”等一系列課堂活動(dòng)，教師適時(shí)退出主導(dǎo)地位，形成“學(xué)生主導(dǎo)課堂-教師引導(dǎo)分析-師生總結(jié)歸納”的新型案例教學(xué)課堂機(jī)制；二是鼓勵(lì)高校教師去相關(guān)企業(yè)技術(shù)研發(fā)部門掛職不少于六個(gè)月，通過(guò)深入工程一線，掌握科技最新工程進(jìn)展，將工程問(wèn)題聯(lián)系理論知識(shí)帶入課堂，提升工程案例的時(shí)效性和真實(shí)性；三是通過(guò)與企業(yè)聯(lián)合建立相關(guān)實(shí)習(xí)基地，為高校教師以及專業(yè)碩士研究生創(chuàng)造更多的工程實(shí)踐交流培訓(xùn)機(jī)會(huì)。在解決工程問(wèn)題案例分析中，提出解決問(wèn)題的開(kāi)放性對(duì)策，做到因材施教，為不同的學(xué)生提供個(gè)性化的案例分析指導(dǎo)，避免標(biāo)準(zhǔn)答案的一刀切現(xiàn)象，充分保護(hù)學(xué)生的自主創(chuàng)新性。

4 結(jié)論與展望

對(duì)土木工程案例中的物理化學(xué)理論進(jìn)行闡述，《高等物理化學(xué)》案例教學(xué)法以學(xué)生實(shí)用能力為目標(biāo)，改革傳統(tǒng)的單一理論教學(xué)方法。將高等物理化學(xué)中相關(guān)知識(shí)結(jié)合具體工程工藝制作成典型教學(xué)案例，拓展學(xué)生思維深度及視野廣度，聚焦社會(huì)發(fā)展實(shí)際需求，將課堂所學(xué)基礎(chǔ)理論熟練地應(yīng)用于實(shí)際生活生產(chǎn)及工程實(shí)踐中，提升自主分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力。在具體的案例教學(xué)中，通過(guò)“拋出具體工程實(shí)踐案例-講解相關(guān)理論基礎(chǔ)知識(shí)-學(xué)生分組討解決方法－分組匯報(bào)工程問(wèn)題解決方案－教師靈活引導(dǎo)積極回應(yīng)－學(xué)生對(duì)比分析提升深度－教師梳理內(nèi)容歸納總結(jié)”的課程安排，一方面提升學(xué)生參與課堂的積極性以及邏輯思維能力、豐富理論知識(shí)的同時(shí)提升實(shí)踐技能，另一方面促使高校教師走出課堂，緊密聯(lián)系工程實(shí)際，通過(guò)生活中喜聞樂(lè)見(jiàn)的工程實(shí)例，寓教于樂(lè)，提升課堂授課效果以及案例教學(xué)實(shí)施能力。

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責(zé)任編輯：杜寶花，張 靜

Exploration and Analysis of Civil Engineering Case Teaching in Advanced Physical Chemistry Course

WANG Shuxia， CUI Jiehu

（School of Materials Science and Engineering， Zhengzhou University of Aeronautics， Zhengzhou 450046， China）

Abstract： The task of the course Advanced Physical Chemistry aims to promote master's students in science and engineering majors such as chemistry， chemical engineering， civil engineering to have a deeper understanding of the fundamentals of physical chemistry. The content of the course is closely related to actual production practice. The relevant content of Advanced Physical Chemistry can be directly or indirectly applied to the maintenance of infrastructure， the latest research progress， and cutting-edge research results in the field of this discipline by utilizing the theoretical knowledge and applied analysis ideas learned in the teaching process， committed to solving problems arising in the practical process and providing important theoretical support for scientific research. As an important method of combining theory and practice， case analysis can promote the in-depth integration of cutting-edge scientific research and engineering practice. This paper focuses on analyzing the physicochemical theory in civil engineering cases such as electrochemistry in cable corrosion， thermokinetics in mass concrete hydration reaction， and sol gel effect in high polymer reinforcement. Then the practical engineering case teaching reform of \"Advanced Physical Chemistry\" in the field of civil engineering is explored.

Key words： advanced physical chemistry; civil engineering; case teaching