《物理化學》課程教學改革探索

朱睿健

（南京工程學院材料科學與工程學院 江蘇·南京 211167）

物理化學是一門應用物理學的基本原理、實驗方法和必要的數學手段，研究物質變化中的物理現象和化學現象之間的關系和規律的學科，是聯系化學、物理、材料、環境、生物醫藥等各學科的理論紐帶，是解決生產實際和科學研究的理論、揭示其本質的基礎性二級學科。在材料專業的人才培養方案中是一門十分重要的專業基礎課程，為后續很多課程包括材料科學基礎、金屬熱處理等打下基礎。但是物理化學對學生和教師來說是一門非常難學，非常難教的課程，本文結合在物理化學教學中的經驗和體會，探討了這物理化學的課程特點，總結提出幾點教學改革策略以提高教學質量。

1 物理化學課程特點

物理化學這門學科以普遍的物理規律出發，經過嚴密的的數學演繹推導，得到特定條件下的特定規律。由于物理化學的學科特點，導致這門課程相較于其它課程有以下幾個特點：

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

（2）概念多且抽象：相對于物理學中的聲光電熱磁等直接物理現象，物理化學中的概念基本都是抽象出來的，焓、熵、自由能、化學勢等皆如此。以熵為例，提出熵的概念需要從熱機效率出發，構造卡諾循環計算出可逆過程的熱機效率，得到可逆過程的熱溫商只跟始終狀態有關，是狀態函數，由此引出熵，為了講清楚這個概念，需要耗費大量時間從實驗現象中一步步抽象演繹出來。

（3）方法性強：實際理解處理物理化學問題時，如果方法得當，可以將一個很復雜的問題以簡單的方法去理解，方法不當，就會將簡單問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：“可逆過程的熱溫商線積分等于零，不可逆過程小于零，”但是在引出熵的狀態函數性質時，又說“熵是狀態函數，只跟初始態有關，跟過程是無關”，學生非常不理解，這是方法不對，沒有正確區分系統、環境和整體，克勞修斯不等式是以系統+環境作為整體考慮的，而“熵是狀態函數”是相對于系統而言，經過可逆和不可逆過程系統的熵變是一樣的，但是環境的熵變不一樣。

由于物理化學課程的這些特點，導致學生們普遍反映課程抽象困難、知識點多、講課枯燥、提不起興趣，學習效率低，對這門課程產生恐懼甚至厭惡的情緒。這給講授物理化學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，單方向的傳授枯燥的內容，使得學生學習效能感低，教學效果差。而且目前的物理化學教材普遍注重理論概念講解推導，與現代科學技術發展嚴重滯后，學生興趣不高。因此在這篇文章中提出了幾點物理化學教學過程中總結的經驗，以提升學生的興趣、主動性和學習效果。

2 案例設計

教師在教學前，應該認真分析教材，從自然界、工業生產、科學研究、生活中有趣的現象出發，找到與重要知識點相對應的案例，提出疑問，激發學生的興趣和思考。案例需要與學生的知識層次相符，提出案例后引導學生思考為什么要抽象出相應的物理化學概念，和怎么推導出相應的規律。例如講授第一張熱力學第一定律時候，可以不從機械的降解熱力學基本概念問題開始，而以溫室效應為例，以地球為系統，太陽和宇宙為環境，引出下面的思考：地球是敞開/封閉/還是隔離系統？太陽對地球輻射是熱還是功？地球對宇宙是否做功放熱？為什么二氧化碳吸收了地球熱輻射，地球溫度會升高？有人提出給地球裝上反射鏡在熱力學上是否能降低地球溫度？這些不同于教材上枯燥的知識點的案例，學生會相當感興趣，從而去思考熱力學中的各種概念的內涵，從而更深刻的理解并應用熱力學第一定律。

3 巧用問答法

巧用問答法，是教師設置有啟發性和價值的問題，一環扣一環提問，誘發學生逐層深入思考，引導學生思維橫向縱向深入發展。對于物理化學，需要從表面現象一步步向的理論基礎上挖掘，啟發學生的思維活躍性，學生就會接著反過來就不清楚的地方詢問老師，進行高效深入的學習，能夠避免課堂變成一潭死水。問答法是師生之間進行的交流過程，是教師可以有效地了解教學效果、掌握教學情況的反饋方法。例如在講述混合物和溶液這章時，提問學生，“把一杯水放在室溫空氣中，水溫度還是100攝氏度，為什么會蒸發？”教師回答學生：“這時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有達到飽和蒸氣壓，所以水會繼續蒸發直至達到平衡。”又有學生提出了個非常好的問題：“為什么經過了足夠長的時間系統還沒達到平衡？”這時教師可用平衡狀態定義回答學生：“平衡狀態溫度處處相等，地面會吸收很多太陽光，溫度較高，水易蒸發，到了高空，溫度劇降，水蒸氣凝結成小水滴或者冰晶，經過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循環。”由此可以借由一個貌似平常的日常現象，有機地串聯起物理化學各章節內容，讓學生深入思考現象背后的物理化學根源，從而主動地深入理解這些抽象的概念，有效地提升教學效果。

4 研討型調研匯報

在學期結束前安排一次小組討論，教師根據講授內容制定一些相關的、有趣的、難易適度的、與研究前沿相關的課題，課下進行分組調研、收集資料、小組討論、整理、ppt制作，最后在課堂上進行匯報演講，教師進行評價，并與其他學生一起進行提問。不同于傳統的講授教學中學生只能機械填鴨式得到一堆知識點，這種分組討論演講中學生主動對知識進行思考和內化，通過調研、收集資料、討論、演講等步驟，學生能夠積極主動學習，提出了自己的疑惑，然后再自己努力得到答案，這樣主動獲得的知識理解的會更深，記憶的更牢固。例如布置過“晶體生長中的物理化學原理”的題目，學生小組分別查閱到區域熔煉法，提拉法，焰熔法，水熱法等，從而深入學習了這些方法中背后關于二元相圖和界面等物理化學理論，從而為之后的材料專業課程打下牢固的基礎。

5 結束語

本文針對物理化學課程教學中存在的難點，以及學生在學習中出現的恐學、厭學、學不懂的問題，提出了幾點教學策略。首先是教學前要做好案例設計，從自然界、工業生產、科學研究、生活中有趣的現象案例出發，提出疑問，激發學生的興趣和思考。然后課堂上善用問答法，設置有啟發性和價值的問題，一環扣一環提問，誘發學生逐層深入思考，引導學生思維橫向縱向深入發展。最后是課程末尾開展研討型調研匯報，學生就課題進行分組調研查閱資料討論匯報，誘導學術進行主動深入學習。