材料類專業物理化學教學改革探索

秦潤華 郝凌云 葉原豐

摘要：物理化學作為材料類專業的專業基礎課，在人才培養中具有非常重要的地位與作用。本文立足應用型本科人才培養、材料類專業人才培養和工科學生人才培養的要求，結合教學實踐，對物理化學的教學改革進行了初步探索，以期達到提高學生學習興趣、改善教學效果的目的。

關鍵詞：材料類專業；物理化學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）42-0115-02

一、引言

物理化學又稱理論化學，是化學學科的一個重要分支，是從研究化學現象和物理現象之間的相互聯系入手來探求化學運動中具有普遍性的基本規律的一門學科，是物理學與化學最早相互滲透的一門交叉邊緣學科，是化學及化工、材料、生物等學科的理論基礎，被稱為“化學的靈魂”[1，2]。物理化學作為材料類專業的一門專業基礎核心課、必修課，與無機化學、有機化學、分析化學等課程共同構成了主要專業基礎知識平臺，居于承上（公共理論層次）啟下（專業理論層次）的重要樞紐地位，對于學生科學素養的培養和動手能力、創造能力的提高起著至關重要的作用。物理化學的學習要求學生具備扎實的物理和數學理論功底，也要求學生具有較強的理論聯系實際的能力。物理化學的這種跨學科性對學生提出了更高的要求，也加深了學生的學習難度。但是，材料類專業的學生化學基礎較差，再加上物理化學這門課程邏輯性強，公式繁多，比較抽象，學生學習起來比較困難，難免產生畏難情緒，導致惡性循環。因此，如何提高物理化學的教學質量，成為每個物理化學教師必須思考的問題。本文根據專業特點，結合自己的教學實踐，對材料類專業物理化學的教學改革及教學思路進行了如下思索和探討。

二、深入淺出，把握主線，科學方法貫穿于教學中

鑒于物理化學邏輯性、系統性強，章節之間聯系緊密的特點，教師注重課程整體性和系統性的把握，有助于學生從整體上理解課程的基本脈絡和內在聯系。因此，我們每次在講述新內容之前都會將上次課程的主要內容進行一個簡單回顧。如我們在講“熱力學第二定律”之前，就可以先回顧一下“熱力學第一定律”的相關知識，闡述其能解決哪些問題，不能解決哪些問題，自然而然地就過渡到“熱力學第二定律”。這樣做除了可以起到對所學知識的復習、鞏固外，還有助于學生找到各章節之間的聯系，抓住各章節的重點、難點和關鍵點。

在傳授學生學習知識的同時，也注意科學研究方法，如科學抽象法、理想模型法、本質揭示法、極限外推法、數值相關法、歸納演繹法等的滲透。例如，理想模型法是自然科學中重要的研究方法，也是物理化學理論的一個重要內容。理想模型法簡化了實際過程，揭示了運動規律，透過現象抓住事物的本質。物理化學中的理想氣體、理想溶液、可逆過程都是理想模型法的應用。教師從課堂教學的角度選擇一些方法進行討論，加深學生的認識。學習物理化學的基本知識，更須注重認識物理化學科學思維的研究方法，這幾個要點互相滲透，相輔相成。有了正確的研究與學習方法，才能更好地掌握理論的基本內容與知識，并指導實踐。學習中只有堅持理論與實踐相結合，才能更深刻地理解與運用理論，并在解決實際問題中掌握理論和方法，培養創新能力。

三、改革教學內容，采用課堂討論式、互動式教學方法

根據學校辦學定位和專業培養目標及國家化學教學指導委員會制定的基本教學內容，針對材料類專業物理化學課時少（64學時，含16學時實驗）的特點，編制《物理化學教學大綱》，明確教學要求與教學目的，規范教學內容。教學內容上體現“少而精”、“精而新”的原則，精簡與材料基礎化學Ⅰ重復的內容（如化學平衡），引進本學科領域最新科技成果，如熱力學部分的不可逆熱力學問題、信息熵等，動力學部分的微觀反應動力學等，電化學中的納米電化學[3]、燃料電池[4]、鋰離子電池[5]等新能源技術等。適當引入一些科學家的內容，通過科學家小故事的介紹，使學生懂得科學道路的艱辛，學習科學家的科研方法與科學態度以及如何抓住機遇，獲得成功。

傳統教學法是教師講、學生聽，課堂講授是教學的重點和中心。為了調動學生的學習積極性和主動性，盡可能地采用討論式、互動式等啟發式教學為主，多種形式相結合的教學方法。例如，我們在講“克勞修斯—克拉佩龍方程”的時候，在講解完“高原地區隨著壓強的增加，水的沸點降低”這個例題之后，同學們終于明白為什么高原地區雞蛋煮不熟的道理。基于此，我們可以順勢讓同學們繼續討論這個方程還可以解釋生活中的哪些現象等。這樣不但可以調動課堂氣氛，還可以激發學生的學習興趣，使原本枯燥的課程顯得不再那么單調，使學生由被動接受轉為主動參與、思考，發揮學生的主體作用，培養學生的發散性和創造性思維。

四、及時復習，善于小結，堅持上好習題課

任課教師在全面深入理解和吃透教材的基礎上，對授課內容進行深入淺出的講解，讓學生更好地掌握各章節的內在聯系。每章講完及時進行小結，使學生對所學內容有清晰的脈絡，復習起來有重點、有方向。除此之外，課后作業也是非常重要的，作業的完成有助于學生更好地理解、強化并掌握所學內容。

習題課、答疑課是教學工作的有效補充，對物理化學基本概念和基本原理的理解，離不開教材中的例題和習題。因此，任課教師在講清基本概念、基本原理的基礎上，要堅持上好習題課、答疑課，從而加深學生對物理化學基本概念、基本原理的理解與掌握。通過實例和習題的練習，可以幫助學生正確理解和運用知識點，避免眼高手低。還可以調節學生的學習興奮點，讓學生能與書對話，及時消化閱讀產生的問題，幫助學生理解所學內容，掌握和積累知識，讓不懂的學生能提出問題，讓聽懂的學生會做作業。通過增刪、變條件、延伸等手段，誘導學生構造思考題，鼓勵學生發現和提出問題，對教學內容提出質疑。其目的是使學生樂于動腦，勤于思考，養成受益終生的良好學習習慣，提高分析問題和解決問題的能力。

五、科研進課堂，理論聯系實際，培養解決實際問題的能力

采取理論聯系實際的方法教學，培養學生運用物理化學基本原理解釋生產和生活實際問題的能力。例如，通過熱力學計算解決實際化工過程的能量恒算，產物的理論收率問題；利用相平衡原理解決金屬冶煉和中草藥有效成分提取等問題；利用電化學原理指導新型能源的設計與開發等。

強調科研對教學的促進作用，注重科研與教學的有機結合，把科研成果帶入課堂，把最新的知識和信息傳遞給學生，以促進教學質量的不斷提高。例如，在教學實踐中，將教師承擔的部級、省級重點科研項目的內容引入教學，作為教學案例，使學生通過實實在在的項目、研究內容加深對課本理論概念的理解及應用。實踐證明，這些舉措改變了那些只進行教學工作而不進行科研學術工作的教師在教學中只能教死書的狀況。

六、結語

針對物理化學理論性、邏輯性和概括性強的特點，教學方法以講解為主，同時輔以課堂討論法、習題教學法、實驗教學法等多種教學方法。教學中，強調學生的課前預習、課后復習和進行練習，幾種教學方法靈活使用，有機結合，使學生系統掌握物理化學的基本知識和基本原理，加深對化學變化規律本質的認識，加深理解前期課程所學基本知識和基本理論的認識，從宏觀和微觀上能夠理解和解釋化學變化的本質。要系統掌握物理化學的科學、辯證的思維方法，培養學生發現問題、研究問題、分析問題和解決問題的能力，做到理論與實際相結合。

參考文獻：

[1]天津大學物理化學教研室.物理化學[M].第6版.北京：高等教育出版社，2017.

[2]傅獻彩，沈文霞，姚天揚，等.物理化學[M].第5版.北京：高等教育出版社，2005.

[3]王宗花，郭新美，夏建飛，等.基于納米材料電化學生物傳感器的研究進展[J].分析測試學報，2011，30（11）：1216-1223.

[4]Y.Lee，J.Jang，J.G.Lee，et al.Optimization of the Pd-Fe-Mo Catalysts for Oxygen Reduction Reaction in Proton-Exchange Membrane Fuel Cells[J]. Electrochimica Acta，2016，220：29-35.

[5]朱文均.過渡金屬氧化物鋰離子電池負極材料的納米化構建及電化學性能[D].杭州：浙江工業大學，2013.