淺談高校物理化學(xué)課程的授課思考和建議*

高丙瑩，燕 音，劉文杰，毛輝麾，左士祥，李霞章，姚 超

(1 常州大學(xué)石油化工學(xué)院，江蘇 常州 213164；2 喀什大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 喀什 844006)

《物理化學(xué)》是“十二五”普通高等教育本科國家級(jí)規(guī)劃教材中的一本重要教材，亦是很多高校化學(xué)工程與工藝、能源、材料化學(xué)等專業(yè)重要的必修課程。目前大多數(shù)高校采用的授課教材主要為南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院傅獻(xiàn)彩等主編的《物理化學(xué)》第五版和天津大學(xué)物理化學(xué)教研室主編的《物理化學(xué)》第六版。其中，第六版教材還包括一個(gè)簡明版，被很多高校廣為使用。兩版教材在課程內(nèi)容上相差不大，但第五版在課程深度設(shè)置上更為深入。筆者通過多年教學(xué)觀察及與大量學(xué)生深入交談，針對目前物理化學(xué)理論課程授課過程中存在的問題進(jìn)行剖析，對教學(xué)方法和授課形式進(jìn)行反思，提出筆者的一些見解和建議，希望能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和課堂授課效率。

1 目前物理化學(xué)理論課程授課過程面臨的問題

物理化學(xué)是化學(xué)最重要的基礎(chǔ)學(xué)科之一，物理化學(xué)課程是化學(xué)、化工、材料、生化、制藥、食品、環(huán)境等諸多專業(yè)學(xué)生必修的重要基礎(chǔ)課程，歷來受到廣大師生的高度重視。該門課程高度凝練了物理和化學(xué)兩大學(xué)科知識(shí)，以豐富的化學(xué)現(xiàn)象和體系為對象，大量采納物理學(xué)的理論成就與實(shí)驗(yàn)技術(shù)，進(jìn)而探索、歸納和研究化學(xué)的基本規(guī)律和理論。因此，物理化學(xué)的研究水平在相當(dāng)大程度上反映了化學(xué)學(xué)科發(fā)展的深度和廣度。全書共包括十二章，簡明版章節(jié)略有刪減。第一章至第八章是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是學(xué)生最難掌握和理解透徹的內(nèi)容。筆者在授課過程中發(fā)現(xiàn)，很多同學(xué)一開始對物理化學(xué)這門課程不甚了解，但是比較感興趣。第一章內(nèi)容相對簡單，容易理解和掌握，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情往往比較高漲。但是，進(jìn)入第二章熱力學(xué)第一定律的學(xué)習(xí)后，隨著大量晦澀難懂的物理量及計(jì)算公式的引入和推導(dǎo)，學(xué)習(xí)難度急劇增加。再者，由于大學(xué)課程授課時(shí)間一般一周內(nèi)最多兩次到三次課，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間間隔拉長。且很多學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力較弱，課后并不會(huì)對課堂上講過的內(nèi)容進(jìn)行鞏固和復(fù)習(xí)，等到下周上課時(shí)，上周學(xué)過的內(nèi)容早已忘卻。因此，第二章講解完之后，很多學(xué)生存在掌握不好、心里對所學(xué)內(nèi)容一知半解、課后習(xí)題不會(huì)做等很多問題，這會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對物理化學(xué)產(chǎn)生厭學(xué)心里，認(rèn)為該門課程繁瑣難懂，故歷年來被學(xué)生評價(jià)為最難學(xué)的課程之一[1-4]。第三章熱力學(xué)第二定律比第二章更為難學(xué)，引入Q、W的定義和概念，然后是卡諾循環(huán)和卡諾定律，這個(gè)內(nèi)容非常抽象，往往是授課老師講解了好幾遍之后，學(xué)生依然懵懵懂懂。熵增原理和克勞修斯不等式仍然較難講授，許多學(xué)生對于熵增原理和熵判據(jù)不理解。熵變及化學(xué)變化過程中熵變的計(jì)算更是難點(diǎn)，這主要是由于第三章的計(jì)算需要借助方框圖將變化過程簡單的展現(xiàn)出來，那么就要求學(xué)生會(huì)利用狀態(tài)函數(shù)的意義畫出方框圖，而且會(huì)分析過程中哪些物理量發(fā)生了變化。同時(shí)，還需熟知等溫、等壓或等容過程中各物理量的相等關(guān)系、使用條件及計(jì)算公式，對學(xué)生的邏輯思維和解決問題的能力等綜合素質(zhì)要求比較高。但是很多同學(xué)達(dá)不到要求，所以對物理化學(xué)進(jìn)一步產(chǎn)生了更為強(qiáng)烈的畏學(xué)心理。赫姆霍茲函數(shù)和吉布斯函數(shù)是物理化學(xué)中非常重要的兩個(gè)物理量，尤其是吉布斯函數(shù)。隨后需要在熟練掌握前期所有知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用高等數(shù)學(xué)微積分等知識(shí)推導(dǎo)出熱力學(xué)基本方程式和麥克斯韋關(guān)系式。由于學(xué)生對高等數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的不夠精通或是已淡忘，在推導(dǎo)時(shí)困難重重，最終只能通過死記硬背的方式記下最終結(jié)果，達(dá)不到活學(xué)活用的教學(xué)效果。

經(jīng)過前三章的學(xué)習(xí)，大部分同學(xué)逐漸對物理化學(xué)喪失了學(xué)習(xí)熱情和動(dòng)力，不愿意去鉆研，體會(huì)不到學(xué)習(xí)物理化學(xué)的成就感，只寄希望于期末考試前突擊復(fù)習(xí)一下應(yīng)付考試即可。筆者通過深入交流發(fā)現(xiàn)，上述現(xiàn)象普遍且廣泛存在于每一屆學(xué)生中，并非個(gè)例或偶然現(xiàn)象，應(yīng)引起授課教師和學(xué)校的重視。

2 對目前物理化學(xué)理論課程授課過程的思考和建議

2.1 理論聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

實(shí)際上，物理化學(xué)每一章節(jié)都對應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)或生活中遇到的具體問題，教師在授課過程中可考慮隨時(shí)引入或穿插講解學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容對于解決具體實(shí)際問題的指導(dǎo)意義，引導(dǎo)學(xué)生深入思考所學(xué)有何用，培養(yǎng)學(xué)生如何將書本上學(xué)到的知識(shí)靈活轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際問題的能力。例如，授課教師在講解飽和蒸氣壓時(shí)，可借助生活中用鍋燒水來舉例，幫助學(xué)生形象理解飽和蒸氣壓的定義。外壓為101.325 kPa時(shí)的沸點(diǎn)定義為正常沸點(diǎn)，那么在高原地帶，由于大氣壓力較低，故水的沸點(diǎn)也會(huì)較低。授課教師在講解時(shí)可舉例說明為什么在西藏地區(qū)水難以燒到100 ℃，這樣既加深了學(xué)生對枯燥概念的理解，也讓課堂變得生動(dòng)有趣，理論聯(lián)系實(shí)際，讓同學(xué)們明白了生活中蘊(yùn)含著的有關(guān)物理化學(xué)的科學(xué)原理[5-6]。再者，在講解壓強(qiáng)對氣體影響關(guān)系及臨界壓強(qiáng)、體積、溫度時(shí)，授課教師可以充分利用圖片、視頻等網(wǎng)絡(luò)資源，通過播放相關(guān)片段，使學(xué)生充分了解氣體的制備、存儲(chǔ)、長途運(yùn)輸以及危險(xiǎn)性等知識(shí)。例如，當(dāng)溫度在-183.87 ℃以下時(shí)，氧氣處于液體狀態(tài)，所以稱為液態(tài)氧。液態(tài)氧儲(chǔ)存和運(yùn)輸比較方便，已被我國醫(yī)院廣泛利用。液態(tài)氧在使用時(shí)需通過專用汽化器的吸熱，由液體變成氣體，再供醫(yī)療使用。授課教師通過這些實(shí)際例子，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，對生活中氣體鋼瓶潛在的危險(xiǎn)和安全意識(shí)進(jìn)行了培訓(xùn)，引起學(xué)生的重視。

2.2 利用“知識(shí)悖論”，制造懸念，引導(dǎo)學(xué)生形成批判性思維方式

高中階段老師教過體積不能直接相加，但在物理化學(xué)學(xué)習(xí)廣度量和強(qiáng)度量時(shí)，將體積劃分為廣度量，而廣度量是可以相加的，這就和學(xué)生以前所學(xué)知識(shí)產(chǎn)生了悖論。所以，授課教師可在此處制造懸念，通過課堂提問或小組討論等形式，鼓勵(lì)學(xué)生思考這是為什么，引導(dǎo)學(xué)生形成批判性思維方式，而非一味不假思索的被動(dòng)接受知識(shí)。實(shí)際上，該問題在學(xué)習(xí)第四章多組分系統(tǒng)熱力學(xué)時(shí)就會(huì)揭曉謎底。第五章化學(xué)平衡相對來說較為簡單，很多內(nèi)容學(xué)生高中時(shí)已有所掌握，只是在深度上進(jìn)行了擴(kuò)展。那么，在講解該部分時(shí)，授課教師可適當(dāng)與學(xué)生高中所學(xué)知識(shí)進(jìn)行聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生回憶以前刻苦努力學(xué)習(xí)的情景，教育學(xué)生珍惜眼前的大學(xué)時(shí)光，不要放松懈怠，繼續(xù)努力往更高的平臺(tái)發(fā)展。

2.3 板書與ppt結(jié)合講透重難點(diǎn)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)成就感

物理化學(xué)學(xué)習(xí)過程中牽涉大量的公式推導(dǎo)，授課教師如果只是使用ppt進(jìn)行展示，那么，學(xué)生對公式的推導(dǎo)過程的學(xué)習(xí)感就會(huì)較弱，也體會(huì)不到通過一步一步嚴(yán)謹(jǐn)推導(dǎo)得出結(jié)論后的成就感。如果授課教師對重難點(diǎn)能夠采用傳統(tǒng)的板書形式進(jìn)行詳細(xì)推演，不但有助于學(xué)生掌握難度較大的內(nèi)容，而且不會(huì)走馬觀花，學(xué)習(xí)流于形式，這也是一個(gè)大學(xué)教師對待本職工作應(yīng)該有的負(fù)責(zé)任的態(tài)度。再如第六章相平衡的學(xué)習(xí)，授課教師如果只用ppt展示和口頭講述，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)聽得稀里糊涂，教學(xué)效果不佳。因此，授課教師可采用板書與ppt結(jié)合的方式講解相律計(jì)算、相圖等重難點(diǎn)。同時(shí)，通過課堂提問或叫同學(xué)到黑板上來做題，增進(jìn)學(xué)生對課堂的參與感，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感。此外，還可舉例相圖在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，不割裂理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。例如，在冶金工業(yè)中，一些常見的氧化物熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于煉鋼溫度(如純CaO熔點(diǎn)為2570 ℃)，但當(dāng)加入助溶劑CaF2(螢石)后，由于兩者能夠形成低共熔混合物，而低共融溫度(低于1400 ℃)遠(yuǎn)低于各純組分的熔點(diǎn)，因而可使高熔點(diǎn)氧化物在煉鋼溫度下融化，且能改善爐渣流動(dòng)性能。另外，用作焊接、保險(xiǎn)絲等的易熔合金等，也都是利用了合金的低共熔性質(zhì)。授課教師通過上述多元化教學(xué)方法和手段，引導(dǎo)學(xué)生融入課堂，給學(xué)生思考時(shí)間和參與課堂的機(jī)會(huì)，避免了一直由教師唱獨(dú)角戲。同時(shí)，也讓學(xué)生切身感受到所學(xué)的物理化學(xué)知識(shí)是具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)激情[1]。

3 結(jié) 語

目前普通高校物理化學(xué)課程在授課過程中存在學(xué)生畏學(xué)、學(xué)習(xí)興趣急劇下降、學(xué)習(xí)動(dòng)力不足以及應(yīng)付考試等諸多問題，造成這一局面的影響因素很多。筆者認(rèn)為教師在授課過程中可將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，利用知識(shí)悖論，制造懸念，引導(dǎo)學(xué)生形成批判性思維方式，并采用板書與ppt結(jié)合的方式講透重難點(diǎn)，通過課堂提問、小組討論或點(diǎn)名讓同學(xué)到黑板上來計(jì)算或推導(dǎo)公式等多元教學(xué)方式，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)的成就感。真正落實(shí)高校開設(shè)物理化學(xué)課程的目的，切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量。