付鳳艷

(衡水學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，河北 衡水 053000)

《物理化學(xué)》是化學(xué)的理論基礎(chǔ)，是用物理的原理和方法來(lái)研究化學(xué)中最基本的規(guī)律和理論，曾被稱為理論化學(xué)?！段锢砘瘜W(xué)》課程是化學(xué)、化工、材料、生物、制藥和環(huán)境工程等專業(yè)的一門基礎(chǔ)課[1-2]。對(duì)于化學(xué)專業(yè)來(lái)說(shuō)，由于物理化學(xué)是后續(xù)學(xué)習(xí)更高層次專業(yè)課程的基礎(chǔ)，因此物理化學(xué)是考研必考的專業(yè)課之一[3]。物理化學(xué)在大學(xué)人才培養(yǎng)體系中具有重要的地位，物理化學(xué)教學(xué)必須適應(yīng)現(xiàn)代教育改革方向，以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)要求。 筆者根據(jù)自己物理化學(xué)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)物理化學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析和探討。

1 高?！段锢砘瘜W(xué)》課程存在的主要問(wèn)題

高?！段锢砘瘜W(xué)》主要包含有化學(xué)熱力學(xué)，化學(xué)動(dòng)力學(xué)，量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)四大基礎(chǔ)[4]。主要介紹熱力學(xué)基本原理及其在化學(xué)反應(yīng)，相變化、電化學(xué)以及表面膠體化學(xué)中的應(yīng)用；動(dòng)力學(xué)的基本原理及其在一般化學(xué)反應(yīng)和特殊化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用；簡(jiǎn)單介紹量子力學(xué)的基本思想，介紹統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)處理化學(xué)問(wèn)題的思路和方法的初步[5]。該課程由于理論內(nèi)容較多，包含很多公式的推導(dǎo)和應(yīng)用，概念比較抽象，該門課程需要較強(qiáng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，有些學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)比較薄弱，對(duì)課堂上講解的公式的推導(dǎo)過(guò)程難以理解，因此該門課一直被學(xué)生認(rèn)為是最難學(xué)的一門基礎(chǔ)課。傳統(tǒng)的教學(xué)方式即以教材為中心，課堂為中心的教學(xué)方式，使教學(xué)內(nèi)容較為枯燥乏味，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，考試通過(guò)率普遍較低。

2 高校《物理化學(xué)》課程的教學(xué)方法

2.1 突出知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)系，結(jié)合習(xí)題講解

物理化學(xué)必修內(nèi)容主要涉及兩個(gè)方面，化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)，化學(xué)熱力學(xué)主要解決的是過(guò)程進(jìn)行的方向與限度，化學(xué)動(dòng)力學(xué)主要解決化學(xué)反應(yīng)速率，化學(xué)反應(yīng)機(jī)理等問(wèn)題，這兩部分之間存在一定的聯(lián)系[6]。對(duì)于一個(gè)反應(yīng)，先用化學(xué)熱力學(xué)判斷反應(yīng)能否發(fā)生，化學(xué)熱力學(xué)只能解決能否發(fā)生，怎樣發(fā)生，反應(yīng)速率問(wèn)題就需要化學(xué)動(dòng)力學(xué)的知識(shí)。為了讓學(xué)生更易于理解，在教學(xué)過(guò)程中可以使用一些教學(xué)輔助手段，如加入一些圖片和圖表。盡管如此，學(xué)生還可能不是很好的理解教材中的定理，公式，不能很好的應(yīng)用公式，為了更好的解決這個(gè)問(wèn)題，可以將各個(gè)理論的知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，形成一條線，如同一片葉子的脈絡(luò)。如熱力學(xué)第一定律其核心思想是如何利用能量轉(zhuǎn)化守恒的規(guī)律來(lái)計(jì)算化學(xué)中的能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題，能連轉(zhuǎn)換主要分為三個(gè)變化氣體的PVT變化，化學(xué)變化和相變化，我們講解時(shí)可以分類講解，如氣體發(fā)生PVT變化時(shí)的熱量變化，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)在一定溫度壓力條件下進(jìn)行時(shí)能產(chǎn)生多少熱，物質(zhì)發(fā)生相態(tài)變化時(shí)需要多少能量等；熱力學(xué)第二定律其核心思想是如何判斷一個(gè)過(guò)程進(jìn)行的方向與限度，全章圍繞這一主題展開(kāi)，從如何得到過(guò)程方向的判據(jù)開(kāi)始，到如何通過(guò)計(jì)算來(lái)實(shí)施判據(jù)，最后進(jìn)一步導(dǎo)出如何在特殊條件下簡(jiǎn)化判據(jù)。

在物理化學(xué)相關(guān)內(nèi)容中涉及多個(gè)經(jīng)典理論和相關(guān)解決問(wèn)題的方法，如熱力學(xué)中熱力學(xué)三大定律、蓋斯定律、基爾霍夫定律、相率等熱力學(xué)理論和方法；動(dòng)力學(xué)中解決簡(jiǎn)單級(jí)數(shù)速率方程的方法；利用速控步法、平很假設(shè)法、穩(wěn)態(tài)近似法在擬定反應(yīng)歷程的方法中的應(yīng)用。我們對(duì)各經(jīng)典理論從初步形成、發(fā)展到逐漸成熟進(jìn)行講解，對(duì)各板塊內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)性、銜接性的講解，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力。

物理化學(xué)在解決主要問(wèn)題時(shí)，應(yīng)用和引用了很多物理概念，使用了很多數(shù)學(xué)推導(dǎo)。學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)會(huì)感覺(jué)比較困難，尤其是不同的條件用不同的公式，學(xué)生容易混，這就需要學(xué)生認(rèn)真做好練習(xí)題，通過(guò)解題，不僅可以掌握重要公式的應(yīng)用，而且能夠更深刻地、融會(huì)貫通地理解公式、概念、定理的本質(zhì)，以及它們之間的相互聯(lián)系。教材的每一章后面都給了一定量的習(xí)題，教材的配套參考書(shū)上面也有一定量的習(xí)題，學(xué)生都可以參考練習(xí)。

2.2 加強(qiáng)章節(jié)總結(jié)

物理化學(xué)公式多，概念多，公式的使用條件很關(guān)鍵，學(xué)生很難系統(tǒng)的掌握公式的應(yīng)用。因此，在每章結(jié)束時(shí)通過(guò)思維導(dǎo)圖進(jìn)行總結(jié)，使得知識(shí)間的聯(lián)系更加清晰，有利于學(xué)生掌握該章的知識(shí)[7]。如熱力學(xué)第一定律的思維導(dǎo)圖見(jiàn)圖1。通過(guò)歸納總結(jié)，學(xué)生能夠?qū)崃W(xué)第一定律的知識(shí)點(diǎn)串起來(lái)，所學(xué)公式一目了然，方便公式的記憶和理解，可以掌握熱力學(xué)第一定律公式的應(yīng)用。

圖1 熱力學(xué)第一定律思維導(dǎo)圖

2.3 突出理論與實(shí)例相結(jié)合

物理化學(xué)涉及的理論和定律雖然很抽象，但都是自然現(xiàn)象的總結(jié)。因此，如果在教學(xué)中加入生活中的實(shí)例，不僅能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，還能夠有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶[8-9]。如講解熱力學(xué)第一定律可以提出日常生活中的問(wèn)題“夏天打開(kāi)冰箱會(huì)感覺(jué)到?jīng)鏊?，能否通過(guò)打開(kāi)冰箱使室溫降低？”，學(xué)了能量轉(zhuǎn)化與守恒定律，我們就能知道打開(kāi)冰箱，由于環(huán)境對(duì)系統(tǒng)做了電工，室內(nèi)溫度會(huì)升高；講解熱力學(xué)第二定律時(shí)提出問(wèn)題“制作糕點(diǎn)時(shí)，若加入碳酸氫銨，在多高的溫度下才能分解？”，根據(jù)熱力學(xué)第二定律中過(guò)程進(jìn)行的方向與判據(jù)，碳酸氫氨分解反應(yīng)的布吉斯函數(shù)變化ΔG<0，根據(jù)ΔG的計(jì)算公式，就能求解出相應(yīng)的溫度；講解凝固點(diǎn)降低原理時(shí)提出問(wèn)題“凍梨觸摸已軟，表面仍有冰的原因？”，由于梨的內(nèi)部含有糖分，即內(nèi)部為溶液，表面是純水，溶液中水的凝固點(diǎn)低于純水的凝固點(diǎn)，所以對(duì)于梨表面的水結(jié)冰了，但內(nèi)部凝固點(diǎn)較低，所以不會(huì)結(jié)冰，因而觸摸已軟，表面有冰；講解毛細(xì)管原理時(shí)提出問(wèn)題“農(nóng)民鋤地保墑的原因是什么？”，根據(jù)毛細(xì)管原理，水在毛細(xì)管內(nèi)呈凹液面，把毛細(xì)管插入水中，水在毛細(xì)管中上升，土壤中有很多細(xì)小的毛細(xì)管與外界相連，因而土壤中的水分會(huì)通過(guò)這些毛細(xì)管蒸發(fā)出地面，農(nóng)民鋤地將土壤中的毛細(xì)管切斷，所以水分能夠保持在土壤中，達(dá)到了保墑的目的。這些實(shí)例與日常生活息息相關(guān)，教師在提出這些問(wèn)題時(shí)，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生通過(guò)這些問(wèn)題的解釋也很好的理解了理論知識(shí)，從而可以取得較好的教學(xué)效果。

2.4 強(qiáng)化課程思政

2020年5月，教育部印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，對(duì)理工專業(yè)的課程思政提出了新的要求。對(duì)于《物理化學(xué)》的教學(xué)也應(yīng)該在課程中增加思政元素，以提高大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，科學(xué)探索精神；培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義情懷，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力[10]?？梢栽谡n堂講授中介紹著名科學(xué)家的生平事跡，從而培養(yǎng)學(xué)生的基本素養(yǎng)，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。如在講授熱力學(xué)第二定律時(shí)，介紹對(duì)熱力學(xué)第二定律提出著名表述的克勞修斯的生平故事。克勞修斯從青年時(shí)起就決定對(duì)熱力學(xué)理論進(jìn)行研究。有了明確的目標(biāo)，克勞修斯學(xué)習(xí)異常勤奮，在學(xué)生階段打下了堅(jiān)實(shí)的數(shù)理化基礎(chǔ)，用了近10年的時(shí)間在學(xué)校里埋頭苦讀，有志者事竟成，終于在1850年，克勞修斯發(fā)表了第一篇論文《論熱的動(dòng)力以及由此推出關(guān)于熱本身的定律》?？藙谛匏拐J(rèn)為，每個(gè)人的成功都來(lái)自勤奮的工作。以此來(lái)引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立創(chuàng)新意識(shí)，積極向上，勇攀高峰，求真務(wù)實(shí)的作風(fēng)。在講課過(guò)程中，我們可以介紹中國(guó)的物理化學(xué)家取得的重大成果。如；梁敬魁先生系統(tǒng)地測(cè)定了大量相圖，被國(guó)內(nèi)外相圖匯編收集，并在中國(guó)推進(jìn)了相圖在單晶生長(zhǎng)中的應(yīng)用。張大煜先生提出“表面鍵”催化理論，推動(dòng)催化動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。傅鷹先生作為中國(guó)膠體表面化學(xué)創(chuàng)始人提出了表面化學(xué)的吸附理論，利用潤(rùn)濕熱測(cè)定固體粉末比表面的公式和方法，比著名的BET (Brunauer-Emmett-Teller)氣體吸附法早8年。通過(guò)了解這些在物理化學(xué)發(fā)展進(jìn)程中做出突出貢獻(xiàn)的科學(xué)家取得的成果，可以激發(fā)學(xué)生發(fā)奮圖強(qiáng)、追求真理的精神。通過(guò)了解科學(xué)家們?nèi)绾伟l(fā)現(xiàn)問(wèn)題、嚴(yán)謹(jǐn)求真、在科研上取得重大成果的事跡，可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度以及探究事物本質(zhì)的能力[11]。還可以將新的研究領(lǐng)域引入課堂教學(xué)，如在講解化學(xué)電源時(shí)，可講解鋰離子二次電池，介紹其優(yōu)點(diǎn)及在手機(jī)，便攜式電子計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用， 從而激發(fā)學(xué)生積極探索，理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

3 結(jié) 語(yǔ)

物理化學(xué)是化學(xué)相關(guān)專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，在理工領(lǐng)域具有重要地位。本文基于現(xiàn)階段高校物理化學(xué)課程存在的主要問(wèn)題，對(duì)物理化學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，提出突出各部分知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，重視習(xí)題；利用思維導(dǎo)圖對(duì)章節(jié)進(jìn)行總結(jié)；突出理論和實(shí)例相結(jié)合；強(qiáng)化物理化學(xué)課程思政等措施改善高校物理化學(xué)課程教學(xué)方法。總之，我們?cè)诮窈蟮慕虒W(xué)中應(yīng)不斷的探索和實(shí)踐，提高物理化學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，以為國(guó)家培養(yǎng)符合社會(huì)需求的新型人才。