物理化学教学应与学生科研思维能力培养相结合

朱权 李娟琴 谈宁馨 四川大学化工学院 610065

物理化学教学应与学生科研思维能力培养相结合

朱权 李娟琴 谈宁馨 四川大学化工学院 610065

根据物理化学学科的自身特色，提出在教学中进一步加强学生科研思维能力培养的观点，提倡启发式教学方法，增强教学过程中的趣味性，基本概念的清晰性和理论推导论证的严密性，改善过去物理化学教学中面临的问题，从而提高教学质量，实现学生对学科知识体系的牢固掌握和科研能力的初步培养。

物理化学;教学;科研思维;综合能力

物理学家劳厄曾说：“重要的不是获得知识,而是发展思维能力，教育无非是一切已经学过的东西都遗忘掉的时候剩下来的东西。”而物理化学是一门理论性，系统性和逻辑性都很强的学科，公式繁多，推导复杂，应用条件严格。因此，如果仍然采用传统简单的讲授式的教学方法而不加以变更，期终考试结束后学生所掌握的物化知识就会所剩无几，也就失去了课程讲授的意义。因此，从这一个角度看来，“授之以鱼不如授之以渔”，对于重点院校的全日制本科学生，在教学过程中我们应该加强学生科研思维能力的培养，物理化学的知识可以忘记，但必须教会学习和掌握物理化学知识的本领。

物理化学的学科特点决定了它是很好的教育资源，其规律和公式总结于实验而又可以指导实验，并能够从原子，分子的微观层次，借助统计热力学进行解释，有助于建立学生大脑的实验室，作为锻炼学生科研思维能力的良好素材。在教学过程中，应使学生将课程当作进行一项科研项目所需的背景材料进行研究和学习。因此，物理化学课程的教学目的应该是培养学生科研思维能力，培养学生独立学习理论知识和分析解决理论问题的能力。

围绕着提高教学质量和培养学生科研思维能力这两个本质一致的目标，经过我们的教学实践和学生的课后反馈，我们认为物理化学教学应该从以下几个方面下工夫：

1.重视理论框架，夯实理论基础

物理化学的概念多，公式多，推导多。对于三多问题，我们首先需要让学生掌握的是该学科的理论框架，而不是一个一个公式的罗列。胡英院士曾指出：“一本教材，希望学生学了以后，能指导一类知识在框架中的位置，以便今后深入考察和钻研；更希望通过典型章节的学习，体会字里行间蕴藏着的科学方法。”因此，如果将物理化学作为科研的背景知识和必须基础进行教学，我们首先应该使学生明白该学科的理论框架，热力学，动力学，量子力学，统计热力学和其它相关章节之间的相互关系和内在联系介绍清楚。在课程讲述之前，首先要把课程目录的编排目的和具体授课的顺序安排给学生交代清楚，在这个环节上不能节约课时，确保学生对课程整体有个初步把握。

对于理论公式的介绍应首重概念，二重推导。对于重点院校的本科学生，他们具有良好的数学功底和物理，化学等学科的知识储备，具有很强的掌握公式概念和推导的能力。因此，我们在课程讲述中，首先要明确公式中各个物理量的具体含义，这才能为以后的科研和自学指明方向。而对于公式推导，无论老师还是学生都不愿意过多涉及，老师担心讲得多了学生接受不了，学生担心由于公式的符号过多，变化太快而跟不上老师的步骤。在这个环节上，我们不能有畏难情节，一定要下工夫克服，避免公式的学习总是半生不熟，解决这个问题主要有以下几个方法：1.对于重要和复杂的推导，应采用传统教学，在黑板上一步一步推导和讲解，详细叙述其中所采用的公式和需要的条件；2.对于推导内容进行精挑细选，不能所有公式都进行推导，应选择具有代表性的公式，与课程内容最为相关的物理量进行讲解，在推导中加深学生对概念的认识；3.“眼过千遍，不如手过一遍”，课后作业应布置学生完成与课堂内容类似和不同的一系列推导。这样教学有三个好处，首先学生可以通过自己推导加深对公式和概念的理解；其次，在推导过程中自然了解公式的推导条件和应用范围；最后，有助于培养学生的学习兴趣和成就感，理论推导的成功和应用公式算对例题的感觉是不能相提并论的。

以上建立理论框架和打好理论基础这两个方面，是培养学生正确科研思维能力的前提。

2.寓科研于课程，有机结合

现在从事物理化学教学的老师，大多都有与其相关的科研项目。目前我的科研方向是显溶剂模型下的非平衡溶剂化效应。在课程开始的时候，我就会把自己科研的背景和最终具体所要解决的问题告诉学生，然后在课程讲述中，结合每一章的知识分析和解决科研中的问题。比如，根据热力学第一定律，分析溶解过程中焓的计算和非平衡载电过程中可逆过程的设计；根据热力学第二定律，计算从平衡态到非平衡态熵的变化和自发过程的方向；根据动力学的内容，计算溶液中电子转移反应的速率常数等等。使学生在学习的过程中，切实地感觉到物理化学不仅仅是一门课程，而且还是从事理论化学研究所必须具有的知识背景和科研手段，从而激发学生的学习热情。学生始终带着思考和疑问去学习，最终在课程上完的时候，他们会发现完成一个科研的项目所需要的思维方式，知识储备和严谨的态度。

因此，我们不应该把物理化学仅仅作为一门课程来讲授，而是要调动学生的求知欲和好奇心，采用启发式教学，形成学生自动的课前预习，课后复习和作业的机制。为学生在最后一学年的毕业论文和今后的科研工作奠定必要的理论基础。这样学生也不仅仅把你当作任课老师，很多学生课程结束后会通过邮件和电话等方式，和我探讨关于今后的就业取向和科研方向上的一些疑惑。

3.强调科学的思维方法，力求严谨

对于物理化学的教学，必须强调科学的思维方法。比如真实气体的化学势研究比较复杂，我们就首先需要采用理想气体这个理想模型进行近似，在导出理想气体这个理想模型的化学势后，然后从特殊到一般，详细推导真实气体的化学势以及采用的校正方法。而最重要的是，得到真实气体的化学势之后，我们必须再从一般到特殊，即，真实气体的化学势在理想状态下必须能够回归理想气体的化学势的形式，这是验证真实气体的化学势正确性的一个前提。类似的思维方法还可以应用到真实溶液等的化学势研究中。因此，我们在教学中应该为学生总结出模型建立和公式推导所采用的思维方法，教会学生采用这个方法分析类似的问题，从而在教学中起到举一反三，事半功倍的效果。

另一方面，我们也要强调严谨的科研和学习的态度。对于每个公式不单单要强调其所具有的物理意义和概念，更要强调公式的使用条件，量纲的分析和推导的自洽。细节决定成败，物理化学是一门严谨的学科，通过课程的学习务必要使学生养成严谨的科学态度。作业作为检验学生学习效果的一个重要途径，我们严格要求学生作业独立完成，解题中必须包含状态变化框图，书写工整，量纲完备。

4.结合生活实例和科学前沿，激发兴趣

自1901年至2008年150多位获得诺贝尔化学奖的科学家中，60%以上是物理化学家或者是从事物理化学领域的研究工作。而国内自从唐敖庆院士奠定了中国理论化学的基石以来，理论化学界的院士已有十多位。这些实例和数字都是激发学生学好物理化学的有力手段。当代科学技术如飞秒激光技术，纳米材料和生物自组装等的研究都与物理化学息息相关，因此，我们在课程讲授过程中，要在适当章节引入这些科学前沿内容，引导学生关注现在的学科发展和科学名人。

学以致用，物理化学不仅仅是一门理论的学科，它还和现今的工业生产以及日常生活密切联系。热力学第一定律，揭示了能量的转化和守恒，第二定律解释了过程变化的方向和限度，这些对于工业生产中的工艺设计和成本核算都起到重要作用。而电化学的学习对于现今的新能源开发具有重要的意义，比亚迪总裁在短短几年内之所以能够成为中国首富，打的就是新能源这张牌。要使学生明白，理论学习的最终目的还是为了更高的实际应用，科学的研究是为了技术的进一步发展。

5.改革考试制度，提倡创新精神

这个方面我们正在着手进行，物理化学的最终目的不应该是通过卷面考试，而是全面培养学生调研，思考，推理论证，最终解决问题，形成科学报告的能力。因此，在今后的教学中，我们将逐步加入科研报告的考察内容，使学生主动自觉地去关心科学的前沿，并通过比较和思考，应用已有的知识，提出自己的看法。

在自然科学学科发展战略调研报告《物理化学》卷中指出[1]，实践表明，凡是具有较好物理化学素养的大学本科毕业生，适应能力强，“后劲”足。由于有较好的理论基础，他们容易触类旁通、自学深造，能较快适应工作的变动，开辟新的研究阵地，从而有可能站在国际科技发展的前沿。因此，我们相信，在课程教学中有意识的加入科研思维方式的培养，有利于这些学生更快的适应科研工作，站到科研前沿。

[1]高盘良.物理化学类课程的作用与定位[J].中国大学教学.1999(6):24-25.

The combination of the teaching method for physical chemistry and the training of students’ scientific

research thinking
Zhu Quan Li Juan-Qin Tan Ning-Xin College of Chemical Engineering, chengdu, 61005

G642

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.21.148

国家自然科学基金（项目号20903067）资助。

朱权（1980－），男，江苏宿迁人，四川大学化工学院讲师；

李娟琴（1979－），女，四川大学化工学院讲师；

谈宁馨，四川大学化工学院副教授。

AbstractAccording to the own specific feature of physical chemistry, the opinion of strengthen the training of student’s scientific research thinking is proposed in this work.In order to inspire the students’interest, heuristic education should be paid much attention to.At the same time, we ought to lead the students to think about the clearness of basic concepts and strictness of the theoretical derivation.Then base on the improvement of teaching quality, the students can grasp the knowledge and framework of physical chemistry and raise the ability of scientific research thinking.

Key wordsPhysical Chemistry；Teaching Method；Scientific Research Thinking；Comprehensive Ability