物理化学教学实践中的一些尝试和体会

杨 琨 许 军 仝晓强 李 酽

（中国民航大学理学院 天津 300300）

物理化学形成于19 世纪中后期，从物质变化的物理现象和化学变化的联系入手来探求化学变化规律的一门科学。物理化学作为一门实验科学，它的理论体系完全建立在实验研究的基础之上，有着非常严谨完整的知识体系。同时随着科学研究成果的积累，在二十世纪六十年代之后，物理化学领域的科学研究突飞猛进，在石油化工、新材料科技、生物医药、航空航天领域形成了众多的新型研究课题。然而目前我们的物理化学理论教学仍然较多的遵循自上世纪五六十年代以来形成的基本理论体系，过于偏重基础理论，在与当前科研领域最前沿的研究成果接轨方面衔接不够，同时在物理化学新的理论突破方面引入不够，在具体的教学环节中，理论教学与实验教学的联系上不够紧密，未能凸现物理化学作为一门自然科学的实验与创新并举的特色。更为重要的是以往教学过于注重结论的学习与机械的演绎，这种教学模式势必忽视了科学研究过程在理论发展完善中重要作用，我们把物理化学与实验联合进行教学改革，正是希望突破以往结论性学习的模式，突显科学研究过程的重要性，培养学生尊重科学事实、严密完整的科学思维能力，这样必然对培养创新性思维这样一个宏观教学目标提出一个很好的培养模式。

同时为了更好地配合我校四年一次的教学计划的实施，改革旧的教学模式已成为必然趋势，希望通过教学内容的研究选取、教学方式的改进，提高学生的研究性学习能力和创新性实验动手能力，真正在物理化学教学过程中，逐步培养学生的实践、自主学习能力，以及创新型思维方式的培养。

1 帮助学生学习和掌握物理化学的理论框架，掌握科学的学习方法

物理化学作为化学的基础分支，有着自身完整的体系框架，依据我校关于材料专业的培养计划，物理化学课程教学的核心内容主要由热化学、化学动力学、物质结构和性能三个方面知识体系构成。这三条主线贯穿整个物理化学的教学过程，必须教给学生一个完整的知识框架体系。而这三条主线所涉及的内容又与物理化学的先期基础课程和后续的专业课程知识存在相互的交叉。因此必须理清头绪，调整教学内容和重点，突出物理化学的完整体系。对于学生而言，学习一门学科，最重要的是掌握它的知识框架，而具体的学习内容，根据学时的设置来选取其中的精华进行课堂学习。而对知识框架的熟悉，熟悉了典型的内容，学生就可以通过课下自学逐渐掌握广博而贯通的知识。这一点也正是我们学生所需要掌握的学习方法。而在每个知识单元的学习中同样也遵循这样的教学指导思想，即掌握框架体系，突出经典内容教学。以相平衡为例，专业的后续课程中材料科学基础课程中也会学习相平衡知识，物理化学中相平衡的学习更侧重基础，因此我们在教学过程中更多侧重相平衡的基础框架教学，如典型相图分析，特别是两组分体系相图的分析中，各种典型类型相图的特征总结，归纳出七种典型相图，并通过典型相图的组合与演变推导出复杂相图。举例如图1。

图1

这样使学生能够非常快而且准确的把握基本相图类型，在此基础上学生可以根据个人能力和兴趣，在课下做更深更广泛的学习，并进一步对复杂相图准确分析。

2 以物理化学的理论框架为基础结合专业特色合理筛选教学内容，优化课堂教学效果

根据我校材料专业培养计划，从前期和后续的专业课程设置来看，物理化学与结构化学、材料科学基础、高分子化学、高分子物理、材料腐蚀学等课程有很多的相关内容相互重叠，例如腐蚀中的电化学原理，高分子物理与化学中的反应机理部分等，材料科学基础中关于相平衡、胶体化学、界面现象等内容，均与物理化学的授课内容相关，既有重叠又有延伸，材料科学基础是材料专业学生非常重要的基础课，它的内容需要大量的物理化学基础知识支撑，主要体现在物理化学中胶体化学、界面与表面化学、相平衡等内容。尤其是我校学生特有的航材生产实习中，在工厂中，学生们会接触大量生产实际操作和原理的学习，例如金属材料的热处理和表面处理，复合航材的加工都涉及到物理化学中的界面化学、电化学、动力学等部分的知识，通过结合生产实践，使学生对物理化学的基础知识有了更为具体的认知。

同时对于传统的教学内容，不应因为其重要就盲目占用扩充教学内容，因此在教学内容的选取过程中，通过与相关专业课程教师交换意见，统筹安排，做到对学生负责。例如热力学三定律，已经在大学物理中多有论述，而且由于其抽象的课程内容，学生对这一部分的学习感觉非常枯燥抽象，而热力学在化学反应的基本应用在前期课程大学化学、有机化学、无机化学中又多有提及，因此在化学热力学教学中必须突破以往理论论证为主的单纯的课堂教学方式，这部分内容的教学首先要充分调动学生积极性，以学生作为学习的主体。在课堂教学实践中，首先对这部分内容结合多媒体并以一系列问题为先导，引导学生回忆并综述以往学习的记忆，然后展开基本理论即热力学三定律的学习，并总结热力学基础理论在探讨物质变化过程的应用意义及其局限。尤其是在探讨过程方向性判据的教学过程中，以当时科学研究实际过程为线索，结合多媒体教学手段重现当时科学前辈的实验过程，通过对实验现象的分析入手，循序渐进，使课本中抽象的理论学习转化为课堂上形象生动的分析现象逐步总结经验进而上升为理论的这样一个过程。

3 物理化学课程教学中注意培养学生的科学文化修养，提升教学境界

纵观自己的教学实践以及以往听课的一些体会，充分感觉到理科教学中过于注重知识的传授而忽视了学生科学思想方法的培养。这种教学模式势必忽视了科学研究过程在理论发展完善中重要作用，因此我们希望突破以往结论性学习的模式，而是突显科学研究过程的重要性，培养学生尊重科学事实、严密完整的科学思维能力，这样必然对培养创新性思维这样一个宏观教学目标提出一个很好的培养模式。同时科学本身并不是枯燥的知识，也是一种科学文化现象，而多年的教学经验更是感觉我们的学生缺少科学文化理念。因此我在教学中非常注重如何通过对前人科学研究工作的介绍，使专业理论课的学习不仅仅是知识的学习，还要有科学方法的学习，以及对科学家的景仰。

以化学反应动力学中，关于反应速率的与温度的关系为例，最为经典的是阿伦尼乌斯的研究成果，对于阿伦尼乌斯公式，所有化学相关专业学生都知道，但这一结论是如何确定的，却知之者甚少。而事实上阿伦尼乌斯当年的研究方法，目前仍是化学动力学科研工作的一种基本方法，因此在教学中有必要对这一科学历史过程进行再现和讨论，温度对反应速率的影响是通过影响反应速率常数来改变反应速率，通过实验数据分析，建立温度对反应速率影响的归一化方程，从而最终确定阿伦尼乌斯方程。而阿伦尼乌斯方程的数学形式和前面所学的范霍夫等压方程、克拉佩龙方程等非常相似，这是由于他们采取相类似的数据处理方法，而这些科学家几乎是同时代的，他们的工作互有交集，通过这样对科学发展的历史的再现，在教学过程中让学生了解科学的实验方法和数据分析方法，进而掌握科学的方法。同时也提升了学生的学习兴趣，了解了物理化学的发展历史。

在这些年的物理化学教学实践中，值得总结沉淀的东西很多，也有很多需要进一步提升的。以上仅是我们一些工作经验的几点总结，欢迎同行们批评指正。