慈成剛 何丹鳳

物理化學課程作為一門化工專業(yè)的基礎理論課程，既承擔著將無機化學、有機化學和分析化學等課程的知識上升到更高理論層次的責任，也扮演著承擔化工原理、化學反應工程等課程的理論基礎的角色[1]。另一方面，物理化學作為一門研究化學體系中物質(zhì)結(jié)構和變化基本規(guī)律的學科，從20世紀以來，通過量子力學和現(xiàn)代物理方法，在化學熱力學、化學動力學、結(jié)構化學和電化學等領域取得了大量令人興奮的科研成果，加上物理化學和其他學科的交叉和滲透，驅(qū)動了很多新穎的，如生命、材料、能源和環(huán)境等前沿研究領域[2-4]。本文將以大慶師范學院化學化工學院化工專業(yè)本科生教學為例，從物理化學前沿成果的獲取、前沿成果的引入在提高教師課堂教學以及學生學習效率等方面的作用，就引入物理化學前沿成果對課程教學質(zhì)量的提高進行初步的探討。

一獲取前沿成果的方式

1教學科研相結(jié)合

隨著科學技術手段的進步，學科之間的不斷融合與交叉，物理化學的研究成果也早已實現(xiàn)了在電子-原子-分子水平上去探索物質(zhì)的性能和演化規(guī)律[3]。前沿的最新成果日新月異，全面把握前沿成果似乎不太可能，但是初步的了解還是能夠做到的，最好的途徑就是教師自身的科學研究。缺少科研的教學沒有底蘊，缺少教學的科研不夠全面。只有將教學和科研緊密結(jié)合，既傳遞知識，又探索、創(chuàng)新知識，教學相長，才能促進教學的良性循環(huán)和科研的高效發(fā)展。在科研中，無論教師還是學生都在不斷地總結(jié)前人的成果，發(fā)現(xiàn)未解決的問題，尋找新的方法，提出新的觀點，取得新的成果。這些過程無時無刻不與科研最新的動態(tài)緊緊相連。因此，教研相結(jié)合不僅是獲取前沿成果的最佳途徑，更是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的必要手段。

2其他途徑

物理化學是隸屬于化學的二級學科，個人研究方向更是物理化學中的“三級學科”。因此，僅通過個人科研工作還很難全面把握物理化學的前沿成果。想要獲取這些成果，就需要通過一定的途徑。國家自然科學基金委員會定期的學科前沿總結(jié)以及獲批項目的研究方向為物理化學的前沿成果提供了一個很好的導向；再者，物理化學雜志超過120種，其中以美國、中國、英國、德國、荷蘭等國為主的化學會承辦的各種主流學術雜志如：Journal of Physical Chemistry A/B/C（簡稱JPC）， Journal of Chemical Physics（簡稱JCP）等發(fā)表了大量的學術成果。根據(jù)ESI（Essential Science Indicators）對1999年1月1日至2009年6月30日期間所有雜志發(fā)表論文和引用數(shù)目的統(tǒng)計結(jié)果顯示，JPC系列雜志發(fā)表論文44724篇，被引用586924次（在世界所有雜志中排名第10，化學類排名第2），JCP雜志發(fā)表文章25071篇，被引用376662次（在世界所有雜志中排名第20）[4]?？梢娺@些學術雜志和期刊上刊載的成果很好地反映了物理化學學科發(fā)展的程度和深度。此外，國內(nèi)外定期舉辦的化學會議為物理化學近期取得的成果和未來展望提供了很好的總結(jié)；當然，國內(nèi)外重要的物理化學實驗室、課題組的成果也為了解物理化學的前沿成果提供了很好的啟發(fā)。

二結(jié)合前沿成果提高課堂教學質(zhì)量

1合理引入前沿成果

物理化學作為一門基礎課程，其教學內(nèi)容大體分為：化學熱力學、化學動力學、量子化學和統(tǒng)計力學。大多數(shù)教師頭腦中都存在一種“基礎課程的內(nèi)容是經(jīng)典的知識，不存在更新的理由”的思維定勢。因此，教師應當結(jié)合教學內(nèi)容，獲取相關的前沿成果，簡單而且清晰地介紹成果的基本原理和基礎知識之間的聯(lián)系。以量子化學為例，自1900年，從普朗克提出輻射量子假說開始，通過愛因斯坦、狄拉克、海森堡等人被建設成了一門物理化學的重要的分支學科。課程內(nèi)容的講述也基本局限于這些經(jīng)典內(nèi)容。實際上，量子化學作為強大的理論工具，能夠很好地幫助人們認識微觀世界。1998年的諾貝爾化學獎授予兩位卓越的量子化學家：美國加利福尼亞大學的沃爾特·科恩（Walter. Kohn）和美國西北大學的約翰·波普爾（John A. Pople），以獎勵他們在密度泛函理論和量子化學計算方法方面的貢獻。這是對量子化學在科學界地位的充分肯定。然而，在教科書中，對于這些前沿成果的介紹和應用卻是難得一見，顯然是不合適的。在此，教師可以用簡單的氫氣分子或甲醛等簡單分子為例，介紹求解薛定諤方程的原理，進而得出微觀結(jié)構中的能量、結(jié)構參數(shù)等簡單信息。這樣既使學生對所學知識的用途有所了解，激發(fā)了學生的學習興趣，又不會使學生陷于繁瑣的公式推導。

2經(jīng)典內(nèi)容和前沿成果相輔相成

物理化學家Atkins早在1987年就指出，“傳統(tǒng)的物理化學已經(jīng)處于革命的前夜，因為化學家終于可以關注真實而且高度復雜的體系了，新課程必須反映這個巨大的變化，計算機正在開始改變我們的思維以及教學的方式”[5-6]。經(jīng)典的教學內(nèi)容相比于前沿的成果似乎略顯陳舊，而且在受到考研、課時量減少、和無機化學、大學物理等課程存在重復內(nèi)容等因素的影響下，各類高校都在精簡物理化學經(jīng)典內(nèi)容的比重，這是一種很好的現(xiàn)象。但在精簡過程中，教師應該注意到，經(jīng)典內(nèi)容是物理化學學科的根基，也是前沿進展的基石。在講述這些經(jīng)典內(nèi)容時，一定要把握住經(jīng)典內(nèi)容的核心所在，讓學生能夠抓住主線，不要僅關注前沿，而忽略基礎。以熱力學三大定律為例，其核心所在就是如何使用這三大定律去判斷化學反應的方向、限度以及能量轉(zhuǎn)換的問題。這部分內(nèi)容在無機化學中已經(jīng)有過簡略的介紹，因此，教師完全可以讓學生進行預習，在課堂講解的同時，引入前沿成果。例如，引入線性和非線性非平衡態(tài)的熱力學，對比平衡態(tài)的熱力學，在開放體系中判斷系統(tǒng)變化的方向和限度，區(qū)分平衡態(tài)和耗散結(jié)構。但要注意，應僅限于原理和概念的簡單介紹，這樣既鞏固了平衡態(tài)熱力學，又開拓了學生的眼界，而且不會陷于前人的爭論以及復雜的數(shù)學推導。

3引入前沿成果要配合教育理念的更新

在教學中，前沿高新技術信息的融入，既可以使教師在物理化學的教學時，感到時代感與吸引力，同時還可以培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，使其具有更加明確的學習目的性[7]。然而，機械地介紹前沿成果，往往會占用大量課時，降低學生學習的積極性，使教學內(nèi)容主次不清，知識混亂。因此，引入先進前沿的成果，更需要先引進先進的教育理念。美國教育家杜威指出：教育并不是一種“告訴”和“被告訴”的事情，而是一個主動和建設的過程[8]。我們應當以學生為中心，以學生為主體，尊重學生提出的問題，解答學生的疑惑。首先，改變填鴨式的教學模式，跳出教師的主觀誤區(qū)，即，教師總是認為課時太少，怕學生學得不夠多，理解得不夠深，考試的成績不夠理想等等。這樣做的結(jié)果很有可能使學生的學習從主動變成被動。因此，教師應當教會學生學習，使學生能動地自主學習，主動提出問題，提出知識的前沿應用。其次，提高教師指導作用。教師應當在有限的課時內(nèi)，合理安排教學內(nèi)容，適當引入前沿成果，激發(fā)學生的學習靈感，引導學生探索課程內(nèi)容，提出個人見解。再者，因材施教。注意優(yōu)秀學生以及多數(shù)學生的鮮明個性，尊重他們的獨特見解，因勢利導，使學生產(chǎn)生學習的興趣，發(fā)揮學生的優(yōu)勢，從而加深學生對課程內(nèi)容的理解。

三課堂外延，提高學生應用能力

受限于課堂教學的時間，經(jīng)典基礎知識和前沿成果之間本末關系的影響，在課堂上不可能大篇幅地講述科研的成果，課外教學討論就成為了一個擴充課堂內(nèi)容、提高學生能力的有效途徑。以大慶師范學院化學化工學院2010級的學生為例，我們將每一章的最后一次課設置成習題討論課。在此之前，教師會將本章的重、難點內(nèi)容以及相關的前沿熱點預先布置，引導學生分組去查找相關資料和文獻，進行小組討論，形成自己的觀點，最后帶到課堂上進行成果展示，小組之間進行討論，并將學生的成果納入最終的成績考核，滿足學生的成就感。以相律為例，相律的知識不僅是物理化學的重要知識，更是化工原理的重要基礎。根據(jù)學生人數(shù)，我們將學生4-5名分為一個小組。教師事先將石油精煉的內(nèi)容以及科研成果的查找方法告知學生，經(jīng)1-2周的準備，讓學生形成簡單報告，進而在課堂上，每個小組就自身感興趣的問題進行介紹，進而小組間談論。促使學生反復思考，互相啟發(fā)，進而對課堂上基礎知識進行反饋，再接受，同時對知識應用和前沿成果簡單了解，最終深刻地掌握課程內(nèi)容的實質(zhì)，激發(fā)了學生探索未知世界的興趣。

物理化學學科發(fā)展日新月異，前沿成果層出不窮。物理化學課程教學內(nèi)容相比之下略顯陳舊。為了適應社會對于人才的要求，改革物理化學的教學模式，已經(jīng)成為一個亟待解決的問題。前沿成果的引入對于提高物理化學的教學效果，加深學生對知識的理解，提高學生的學習效率等都是一個行之有效的途徑。

參考文獻

[1]彭昌軍，史濟斌，胡軍，劉洪來，黑恩成.從充分發(fā)揮專業(yè)基礎課程作用的視角論物理化學課程的教學內(nèi)容[J].化工高等教育， 2012（1）： 12-14.

[2]教育部高等學校教學指導委員會通訊[J]. 2010（8）.

[3]高飛雪，楊俊林.把握物理化學研究前沿完善科學基金重點項目領域立項與管理工作[J].物理化學學報， 2009（25）： 806 - 816.

[4]楊俊林，高飛雪，田中群.物理化學學科前沿與展望[M]，北京：科學出版社， 2011.

[5]Atkins P W，趙慕愚.物理化學課程的新趨勢[J].大學化學，1988（3）：61 - 62.

[6]朱志昂.物理化學課程教學內(nèi)容和教學方法的改革大學化學[J].2012（5）： 9 - 13.

[7]欒敏杰，浦麗莉，劉麗麗.提高學生學習物理化學課的興趣[J].教書育人（高教論壇），2012（10）：98 - 99.

[8]約翰，杜威.民主主義與教育[M].王承緒，譯.北京：人民教育出版社， 2001.