貼近學(xué)生專業(yè) 細(xì)化《物理化學(xué)》教學(xué)

摘要：《物理化學(xué)》是一門基礎(chǔ)性課程，與具體的專業(yè)性課程相比，顯得抽象，還受到課時(shí)不足的限制。本文介紹了筆者所做的教學(xué)方法探索，采用貼近學(xué)生專業(yè)的實(shí)例來進(jìn)行物理化學(xué)的教學(xué)，較好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。

關(guān)鍵詞：物理化學(xué)；貼近專業(yè)；細(xì)化教學(xué)

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ？搖文章編號：1674-9324（2013）16-0055-02

一、引言

物理化學(xué)是用物理的理論及實(shí)驗(yàn)方法來研究化學(xué)的一般理論問題[1]，它為了建立可以適用于各個(gè)化學(xué)分支的知識，采用了理想氣體、理想液體等在現(xiàn)實(shí)中不存在的物質(zhì)作為研究對象，導(dǎo)致物理化學(xué)的內(nèi)容抽象、不易與現(xiàn)實(shí)聯(lián)系起來的情況。

自2008年開始，作者承擔(dān)了本校建筑工程學(xué)院給水排水專業(yè)《物理化學(xué)》的教學(xué)任務(wù)。對于這門課的教學(xué)，從教師角度來講，課時(shí)數(shù)太少（其中理論教學(xué)32課時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)16課時(shí)），即使采用篇幅精練的《物理化學(xué)簡明教程》[2]，平均到每節(jié)課應(yīng)完成的教學(xué)內(nèi)容也不少，從學(xué)生角度來看，這門課屬于選修課，在專業(yè)課程較多、學(xué)習(xí)時(shí)間較緊張的情況下，利用課后時(shí)間來加深對物理化學(xué)理解的主動性并不高。因此，只有讓學(xué)生明白學(xué)好物理化學(xué)，可以準(zhǔn)確認(rèn)識給水排水過程所涉及現(xiàn)象的產(chǎn)生原因、能夠提供解決專業(yè)問題的實(shí)用思路和方法，才會讓學(xué)生與物理化學(xué)產(chǎn)生共鳴，引起他們的興趣，從而主動地自學(xué)，增加這門課的學(xué)習(xí)時(shí)間。

分析學(xué)生的專業(yè)，可以發(fā)現(xiàn)他們的課程體系是圍繞著“水”來安排的，在給水排水專業(yè)的課程設(shè)置中，名稱帶有“水”的課程共有23門。由于水是與人類生活和生產(chǎn)密切相關(guān)的液體，在水中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是最常見的化學(xué)變化，這使得“水”是物理化學(xué)知識逐漸形成和建立的主要載體之一。所以，“水”完全可以把學(xué)生的專業(yè)與《物理化學(xué)》聯(lián)系起來，如果恰當(dāng)運(yùn)用“水情景”來進(jìn)行各知識點(diǎn)的教學(xué)，可以讓學(xué)生在較短的學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)對《物理化學(xué)》形成全面認(rèn)識，進(jìn)而掌握其中的基本規(guī)律和應(yīng)用方法。

二、教學(xué)實(shí)例

《物理化學(xué)》中有很多與“水”相關(guān)的知識點(diǎn)和對應(yīng)的習(xí)題，如熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用和相關(guān)的計(jì)算、熱量計(jì)的工作介質(zhì)涉及溶液的內(nèi)容、利用H2與O2反應(yīng)生成H2O進(jìn)行平衡常數(shù)的計(jì)算、水的相圖，電化學(xué)中各種現(xiàn)象和計(jì)算基本上是發(fā)生在水環(huán)境中的，溶膠的聚沉和絮凝也是較多地與水聯(lián)系在一起。

但在教學(xué)中，只是指出和強(qiáng)調(diào)這些知識點(diǎn)與水有關(guān)還不能讓學(xué)生掌握在給水排水專業(yè)上，應(yīng)用物理化學(xué)知識來解決實(shí)際問題這一方法。因此，教師需要進(jìn)行一些教學(xué)內(nèi)容的細(xì)化講解，作者采用圖1所示的思路來實(shí)施課堂教學(xué)，以說明物理化學(xué)可以解釋日常生活，它的知識及內(nèi)容已經(jīng)融入到部分專業(yè)課程中，掌握物理化學(xué)知識能夠?qū)韽氖碌目蒲泄ぷ鬟M(jìn)行指導(dǎo)。

1.物理化學(xué)知識對日常生活的揭秘。教學(xué)實(shí)例一：近年來，我國南方地區(qū)經(jīng)常發(fā)生大范圍的降雪，路面結(jié)冰導(dǎo)致交通受阻，融雪劑被大量使用，作者在課堂上適時(shí)進(jìn)行習(xí)題演算，如：在某種情況下需要配制25kg的甘油水溶液（此溶液在-17.8C時(shí)才不致結(jié)冰），設(shè)此溶液為理想液態(tài)混合物，試計(jì)算最少需用甘油多少公斤？練習(xí)這種類型的習(xí)題，能夠直接讓學(xué)生感受到理想稀溶液依數(shù)性知識的實(shí)用性價(jià)值。

教學(xué)實(shí)例二：冰上運(yùn)動給觀眾留下了靈活印象，人們大多認(rèn)為這種靈活性來自于冰刀的銳利，而利用克勞修斯-克拉佩龍（Clausius-Clapeyron）方程對固態(tài)冰-液態(tài)水之間的相變過程進(jìn)行定量研究后，發(fā)現(xiàn)冰刀的主要功用是通過顯著減小運(yùn)動員對冰的作用面積，從而產(chǎn)生足夠大的壓強(qiáng)，使得冰刀下方的固態(tài)冰因凝固點(diǎn)下降而變成了液態(tài)水，這才讓運(yùn)動員能夠靈活地滑動，這項(xiàng)運(yùn)動的奧妙，原來是處于冰刀下的冰至水的相變所致。這些知識會讓學(xué)生體驗(yàn)到物理化學(xué)在日常生活中的效用，有助于消除對《物理化學(xué)》是抽象性課程的認(rèn)識，并對它產(chǎn)生親近感，樂于通過自學(xué)獲取更多的物理化學(xué)知識。

2.物理化學(xué)知識在給水排水專業(yè)的應(yīng)用。教學(xué)實(shí)例三：給水排水系統(tǒng)要大量使用金屬管件，它們的腐蝕與防護(hù)是工程建設(shè)上必須要注意的問題。電化學(xué)腐蝕是導(dǎo)致金屬管件損壞的一種因素，而電化學(xué)保護(hù)是一種有效解決手段。發(fā)生腐蝕和產(chǎn)生保護(hù)現(xiàn)象，都是由所用材料與環(huán)境的電極電勢相對高低決定的，這會促進(jìn)學(xué)生更深入地理解電極電勢概念，對安排的電極電勢測定實(shí)驗(yàn)有著更強(qiáng)烈的動手欲望。教學(xué)實(shí)例四：溶液表面的吸附現(xiàn)象包括正吸附和負(fù)吸附，根據(jù)這兩種類型中的溶質(zhì)分布特征，引導(dǎo)學(xué)生考慮是否可以根據(jù)不同污染物在水中的分布特性來開發(fā)相應(yīng)的水處理方法，這項(xiàng)要求會引導(dǎo)學(xué)生深究正吸附和負(fù)吸附產(chǎn)生的原因，加深對表面能概念的理解和運(yùn)用。通過這方面的教學(xué)，能夠引導(dǎo)學(xué)生主動地將物理化學(xué)內(nèi)容與專業(yè)學(xué)習(xí)融合起來，在將來的職業(yè)發(fā)展中，他們有可能成為善于運(yùn)用理論來解決實(shí)際問題的專家。

3.物理化學(xué)知識對科學(xué)研究的指導(dǎo)。教學(xué)實(shí)例五：在表面張力教學(xué)中，引入其他學(xué)科的研究實(shí)例。介紹具有不同表面張力的溶劑，如水和無水乙醇用于催化劑制備時(shí)，它們對催化劑結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性能會產(chǎn)生明顯不同的影響[3]，通過對催化劑樣品的透射電鏡照片展示，學(xué)生可以直觀地認(rèn)識液體表面張力對材料制備的影響，同時(shí)起到拓寬學(xué)生的知識面的作用。

教學(xué)實(shí)例六：向?qū)W生推薦給水排水的專業(yè)學(xué)術(shù)論文，讓他們對物理化學(xué)知識在專業(yè)科研工作上的應(yīng)用有具體認(rèn)識，如鄒衛(wèi)華等[4]在脫除污水中的重金屬離子工作中，系統(tǒng)地運(yùn)用了多項(xiàng)物理化學(xué)知識，其使用的確定吸附等溫式類型、反應(yīng)級數(shù)的程序、熱力學(xué)函數(shù)的求算方法、活化能的計(jì)算等，這些內(nèi)容在《物理化學(xué)》課本中都能找到。這種介紹能夠破除學(xué)生對科研工作的神秘感，建立起從事專業(yè)研究的信心。

展示這些具體的科研實(shí)例，有助于學(xué)生悟到物理化學(xué)并不是運(yùn)用難度非常高的一門知識，表述簡潔的熱力學(xué)定律和方程能夠用于各種類型的研究中。

三、結(jié)論

通過采用上述方法來教學(xué)，可以讓學(xué)生逐漸形成物理化學(xué)在專業(yè)學(xué)習(xí)和工作上有著廣泛應(yīng)用，并且易于運(yùn)用的認(rèn)識，消除他們對物理化學(xué)內(nèi)容過于理論化的感覺。作者仍在繼續(xù)探索和完善這種細(xì)化的教學(xué)方法，以更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鼓勵(lì)他們將來能在專業(yè)上創(chuàng)造性應(yīng)用物理化學(xué)知識，并對物理化學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]天津大學(xué)物理化學(xué)教研室.物理化學(xué)（第四版）（上冊）[M].北京：高等教育出版社，2001：1.

[2]印永嘉，奚正楷，張樹永.物理化學(xué)簡明教程（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2007.

[3]鄒衛(wèi)華，陳宗璋，韓潤平，謝霜，石杰.錳氧化物/石英砂（MOCS）對銅和鉛離子的吸附研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，25（6）：779-784.