物理化學教學實踐中的一些嘗試和體會

楊 琨 許 軍 仝曉強 李 釅

（中國民航大學理學院 天津 300300）

物理化學形成于19 世紀中后期，從物質變化的物理現象和化學變化的聯系入手來探求化學變化規律的一門科學。物理化學作為一門實驗科學，它的理論體系完全建立在實驗研究的基礎之上，有著非常嚴謹完整的知識體系。同時隨著科學研究成果的積累，在二十世紀六十年代之后，物理化學領域的科學研究突飛猛進，在石油化工、新材料科技、生物醫藥、航空航天領域形成了眾多的新型研究課題。然而目前我們的物理化學理論教學仍然較多的遵循自上世紀五六十年代以來形成的基本理論體系，過于偏重基礎理論，在與當前科研領域最前沿的研究成果接軌方面銜接不夠，同時在物理化學新的理論突破方面引入不夠，在具體的教學環節中，理論教學與實驗教學的聯系上不夠緊密，未能凸現物理化學作為一門自然科學的實驗與創新并舉的特色。更為重要的是以往教學過于注重結論的學習與機械的演繹，這種教學模式勢必忽視了科學研究過程在理論發展完善中重要作用，我們把物理化學與實驗聯合進行教學改革，正是希望突破以往結論性學習的模式，突顯科學研究過程的重要性，培養學生尊重科學事實、嚴密完整的科學思維能力，這樣必然對培養創新性思維這樣一個宏觀教學目標提出一個很好的培養模式。

同時為了更好地配合我校四年一次的教學計劃的實施，改革舊的教學模式已成為必然趨勢，希望通過教學內容的研究選取、教學方式的改進，提高學生的研究性學習能力和創新性實驗動手能力，真正在物理化學教學過程中，逐步培養學生的實踐、自主學習能力，以及創新型思維方式的培養。

1 幫助學生學習和掌握物理化學的理論框架，掌握科學的學習方法

物理化學作為化學的基礎分支，有著自身完整的體系框架，依據我校關于材料專業的培養計劃，物理化學課程教學的核心內容主要由熱化學、化學動力學、物質結構和性能三個方面知識體系構成。這三條主線貫穿整個物理化學的教學過程，必須教給學生一個完整的知識框架體系。而這三條主線所涉及的內容又與物理化學的先期基礎課程和后續的專業課程知識存在相互的交叉。因此必須理清頭緒，調整教學內容和重點，突出物理化學的完整體系。對于學生而言，學習一門學科，最重要的是掌握它的知識框架，而具體的學習內容，根據學時的設置來選取其中的精華進行課堂學習。而對知識框架的熟悉，熟悉了典型的內容，學生就可以通過課下自學逐漸掌握廣博而貫通的知識。這一點也正是我們學生所需要掌握的學習方法。而在每個知識單元的學習中同樣也遵循這樣的教學指導思想，即掌握框架體系，突出經典內容教學。以相平衡為例，專業的后續課程中材料科學基礎課程中也會學習相平衡知識，物理化學中相平衡的學習更側重基礎，因此我們在教學過程中更多側重相平衡的基礎框架教學，如典型相圖分析，特別是兩組分體系相圖的分析中，各種典型類型相圖的特征總結，歸納出七種典型相圖，并通過典型相圖的組合與演變推導出復雜相圖。舉例如圖1。

圖1

這樣使學生能夠非常快而且準確的把握基本相圖類型，在此基礎上學生可以根據個人能力和興趣，在課下做更深更廣泛的學習，并進一步對復雜相圖準確分析。

2 以物理化學的理論框架為基礎結合專業特色合理篩選教學內容，優化課堂教學效果

根據我校材料專業培養計劃，從前期和后續的專業課程設置來看，物理化學與結構化學、材料科學基礎、高分子化學、高分子物理、材料腐蝕學等課程有很多的相關內容相互重疊，例如腐蝕中的電化學原理，高分子物理與化學中的反應機理部分等，材料科學基礎中關于相平衡、膠體化學、界面現象等內容，均與物理化學的授課內容相關，既有重疊又有延伸，材料科學基礎是材料專業學生非常重要的基礎課，它的內容需要大量的物理化學基礎知識支撐，主要體現在物理化學中膠體化學、界面與表面化學、相平衡等內容。尤其是我校學生特有的航材生產實習中，在工廠中，學生們會接觸大量生產實際操作和原理的學習，例如金屬材料的熱處理和表面處理，復合航材的加工都涉及到物理化學中的界面化學、電化學、動力學等部分的知識，通過結合生產實踐，使學生對物理化學的基礎知識有了更為具體的認知。

同時對于傳統的教學內容，不應因為其重要就盲目占用擴充教學內容，因此在教學內容的選取過程中，通過與相關專業課程教師交換意見，統籌安排，做到對學生負責。例如熱力學三定律，已經在大學物理中多有論述，而且由于其抽象的課程內容，學生對這一部分的學習感覺非?？菰锍橄?，而熱力學在化學反應的基本應用在前期課程大學化學、有機化學、無機化學中又多有提及，因此在化學熱力學教學中必須突破以往理論論證為主的單純的課堂教學方式，這部分內容的教學首先要充分調動學生積極性，以學生作為學習的主體。在課堂教學實踐中，首先對這部分內容結合多媒體并以一系列問題為先導，引導學生回憶并綜述以往學習的記憶，然后展開基本理論即熱力學三定律的學習，并總結熱力學基礎理論在探討物質變化過程的應用意義及其局限。尤其是在探討過程方向性判據的教學過程中，以當時科學研究實際過程為線索，結合多媒體教學手段重現當時科學前輩的實驗過程，通過對實驗現象的分析入手，循序漸進，使課本中抽象的理論學習轉化為課堂上形象生動的分析現象逐步總結經驗進而上升為理論的這樣一個過程。

3 物理化學課程教學中注意培養學生的科學文化修養，提升教學境界

縱觀自己的教學實踐以及以往聽課的一些體會，充分感覺到理科教學中過于注重知識的傳授而忽視了學生科學思想方法的培養。這種教學模式勢必忽視了科學研究過程在理論發展完善中重要作用，因此我們希望突破以往結論性學習的模式，而是突顯科學研究過程的重要性，培養學生尊重科學事實、嚴密完整的科學思維能力，這樣必然對培養創新性思維這樣一個宏觀教學目標提出一個很好的培養模式。同時科學本身并不是枯燥的知識，也是一種科學文化現象，而多年的教學經驗更是感覺我們的學生缺少科學文化理念。因此我在教學中非常注重如何通過對前人科學研究工作的介紹，使專業理論課的學習不僅僅是知識的學習，還要有科學方法的學習，以及對科學家的景仰。

以化學反應動力學中，關于反應速率的與溫度的關系為例，最為經典的是阿倫尼烏斯的研究成果，對于阿倫尼烏斯公式，所有化學相關專業學生都知道，但這一結論是如何確定的，卻知之者甚少。而事實上阿倫尼烏斯當年的研究方法，目前仍是化學動力學科研工作的一種基本方法，因此在教學中有必要對這一科學歷史過程進行再現和討論，溫度對反應速率的影響是通過影響反應速率常數來改變反應速率，通過實驗數據分析，建立溫度對反應速率影響的歸一化方程，從而最終確定阿倫尼烏斯方程。而阿倫尼烏斯方程的數學形式和前面所學的范霍夫等壓方程、克拉佩龍方程等非常相似，這是由于他們采取相類似的數據處理方法，而這些科學家幾乎是同時代的，他們的工作互有交集，通過這樣對科學發展的歷史的再現，在教學過程中讓學生了解科學的實驗方法和數據分析方法，進而掌握科學的方法。同時也提升了學生的學習興趣，了解了物理化學的發展歷史。

在這些年的物理化學教學實踐中，值得總結沉淀的東西很多，也有很多需要進一步提升的。以上僅是我們一些工作經驗的幾點總結，歡迎同行們批評指正。