《物理化学》课程教学改革初探

赵 杰

(贵州大学 化学与化工学院，贵州 贵阳 550025)

1 《物理化学》课程教学的现状

物理化学是化学学科的基础，是用物理和数学的方法来解决化学问题的学科。在大学本科《物理化学》教学过程中，涉及到热力学、统计热力学、动力学、电化学、表面物理化学现象和胶体分散系统等方面的内容。学习物理化学的知识是学生从基础理论知识理解化学问题的基础[1]。随着化学学科的发展以及学生综合素质的普遍提高，物理化学课程的教学模式需要改进来适应新时代学生的教学需求[2]。当下的《物理化学》课程存在以下问题：

1.1 多学科交叉，学习难度较大

《物理化学》课程的教学过程中会涉及到物理、数学、化学等学科的知识。物理化学是用物理和数学的方法来解决化学问题。学生要学好物理化学这门课程，先得学好数学和物理。在本科生的物理化学课程教学中会涉及很多数学和物理问题，比如在计算热力学参数变化值、计算反应速率方程等知识点上都需要运用微积分的知识。物理、化学、数学等学科的知识交叉应用需要学生具有一定的物理、数学和化学基本功。在教学过程中学生的基本功水平参差不齐，部分基础较差学生上课不能完全理解课堂内容，下课复习也有困难，学习难度自然就比较大。因此，在教学过程中需要兼顾不同学生的学习理解能力。

1.2 教学模式单一

《物理化学》课程是门理论基础学科。相对于其他化学课程而言，《物理化学》的教学过程中有大量的公式推导。相对多的基础理论知识讲解导致教学形式相对单调。板书和幻灯片讲解形式的教学中都会有大量的公式推导的内容。所以教学形式以教师讲课为主，相对比较单一。物理化学课程目前在本科教学中上下两册总共是110个学时，教学内容又较多，组织学生课堂小组讨论的形式来教学效果不明显。发掘新的教学模式并充分利用新教学模式的优点帮助学生的课程学习具有重要意义。

1.3 学生学习积极性不足

《物理化学》课程学习需要学生在物理、化学、数学等学科具有一定的学习基础，学习难度相对较大。学生在课堂上如果不能理解教师讲解的内容会直接影响学生学习的积极性。学习内容偏向于理论知识，学生的学习兴趣不够。课后复习也是以理解课堂知识和习题为主，在调动学生学习积极性上有一定难度。加强教师与学生之间的互动交流，增加学生在课程学习中的参与感，激发学生的学习兴趣是帮助学生学习物理化学的有效途径。

2 《物理化学》课程教学改革探索

信息爆炸时代科学技术飞速发展。教师必须密切关注学科发展前沿才能更好的给学生传授知识。2014年9月，习近平总书记视察北京师范大学，发表了“四有”好老师重要讲话。教师作为学生知识的传递者，世界观、人生观、价值观的引领者必须要有理想信念、有道德情操、有扎实学识、有仁爱之心。必须做到言传身教，以德立身、以德立学、以德施教。在教学过程中，教师扎实的学识功底是良好课程教学成果的关键。随着诸如网络教学等不同教学形式的出现，教师也不再是知识的唯一传递者。因此充分利用不同教学模式的优势，可以更好的实现知识的传递，帮助学生学习。课堂不仅是学生获取知识的途径，育人先育德，课堂也是引领学生价值取向的地方。将思想政治教育元素，包括思想政治教育的理论知识、价值理念以及精神追求等融入到各门课程中去，潜移默化地对学生的思想意识、行为举止产生影响具有重要意义。可以从以下几个方面入手提高教学质量：

2.1 教师做足课前准备

“学高为师，身正是范”。在课堂上要调动班级学生学习积极性，任课教师必须做到有扎实的学识，有深厚的理论基本功。知识讲解过程中，教师要做到旁征博引、逻辑严密、生动形象的给学生传授知识。学科发展非常迅速，教师必须与时俱进，时刻学习了解学科前沿知识。比如在化学反应动力学部分，微观反应动力学的研究飞速发展，以及计算机科学的发展让量子化学计算在化学研究领域有了广泛应用。在课堂讲解过程中，可以讲解交叉分子束、低温基质隔离等实验方法和从量子化学计算讲解过渡态理论等，注重学科前沿与基础理论知识讲解的结合，加深学生对反应动力学研究现状的了解。授课教师将课堂上的理论知识与当前的学科研究前沿结合既能激发学生的学习兴趣，也能让学生学习学科前沿的知识。另外教师在课程教授过程中可以结合自身科研背景，讲解物理化学知识在科研工作中的应用，开放实验室让学生参观学习，激发学生的科研学习兴趣。

2.2 课程思政融入教学大纲

物理化学课程是专业基础课。将课程思政融入到教学环节具有重要意义[3-4]。价值引领与知识传授有机结合，端正学生学习态度、激发学生学习兴趣对物理化学的学习具有非常重要的意义。教师需要用好课堂教学这个主渠道，思想政治理论课要在改进中加强，提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待。在课程教学过程中，可适当引入一些化学领域名人故事，激发学生学习激情和刻苦专研的精神。科学无国界，但是科学家却有祖国。授课过程中必须重视德育和才育。重视对学生的爱国主义教育，培养飞得再高、再远也能时刻热爱祖国的人才。高等学校人才培养是育人和育才相统一的过程，立德树人是高校教育的根本任务。在高校教育中必须明确培养什么人、怎么培养人、为谁培养人的根本问题。在知识传授和能力培养过程中同时进行价值观引导，帮助塑造正确的世界观、价值观、人生观是人才培养的重要内容。高校教育培养的人才最终要能为国家所用，能为国家建设做出贡献才是人才培养的目标。

2.3 网络教学帮助学生预习和复习

在物理化学课程教学中，教师可以充分利用网络教学工具，在课堂之外也能对学生进行学习指导。网络教学具有开放性、交互性、共享性等特点。在2020年，我们通过网络教学的形式进行了授课。超星平台、雨课堂、中国大学慕课等网络教学形式得到广泛推广应用。在网络教学过程中，网络授课形式具有一定弊端，但也有很多长处。网络教学的形式可以给学生更多的交流机会。学生也可以通过重复看教学录像的形式进行巩固学习，让学生有充分的时间来理解学习内容。教学过程中应该充分发挥网络教学的优点，同时鼓励学生通过网络获取学习资源和信息。另外，网络教学可以加强教师和学生课堂后的互动，有利于学生和教师之间的交流。充分发挥网络教学交互性的特点，教师在课后适当的安排时间引导学生对课程内容进行预习和复习，加强师生课后的交流，帮助学生理解课程知识。通过网络，教师之间也能有更多教学技巧、教学内容等方面相互学习借鉴的机会，提升教学质量。

2.4 实验与理论结合帮助学生理解

化学学科归根到底是实验的学科。学习理论知识是为了验证、理解和预测化学实验现象。因此在物理化学课程的教学中必须跟相关实验相结合来进一步理解理论知识[5]。比如在相平衡章节讲解结束后可接着开展步冷曲线法绘制二元合金相图的实验课程；在化学动力学课程之后，可以开展测定蔗糖水解反应级数测定的实验课程。将理论知识应用于实践，可以加深对理论知识的理解，并且学会理论知识的应用。目前，虚拟仿真实验室建设在各个高校已经进行或者正在进行。物理化学课程讲解过程中会涉及很多经典的物理化学实验。很多物理化学实验原理复杂、实验时间长、实验条件要求较高。受到教学条件限制，这些复杂的物理化学实验都难以开展。虚拟仿真实验室可以通过实验过程的模拟和仿真将复杂的实验过程完整的模拟出来，并且可以把一些不易观察的实验现象突显出来，可以帮助学生更好的理解实验现象。将物理化学实验、虚拟仿真实验室、物理化学理论知识学习有机结合，对帮助学生理解学习物理化学课程有很大帮助。

3 教学案例

化学动力学是《物理化学》课程的重要内容，化学动力学在本科阶段的学习主要有三个方面的内容：(1)具有简单级数反应的反应速率方程的计算；(2)典型复杂反应的反应速率方程；(3)硬球碰撞理论和过渡态理论。在这部分内容的教学过程中需要具有一定的微积分计算基础。因此在课前可适当的对微积分计算进行复习。我们以化学动力学基础(一)为例说明提出的课程改革开展方法。

教学目标：通过教学，让学生知道化学动力学的研究内容和意义，掌握化学动力学的基本概念，学会反应速率的表示方法。

课前预习：通过“学习通”在线发布预习资料，预习资料以教学视频的形式让学生自行观看。预习内容分为两部分：第一部分为微积分计算基础知识巩固；第二部分为化学动力学当前国内外研究最新代表性成果与研究方法。

名人故事激发学生兴趣：化学动力学的研究在20世纪50年代后进入微观反应动力学阶段。在这个阶段得益于激光技术、计算机技术、量子力学的发展，化学动力学得到了很大的发展。开发出很多研究化学动力学的方法。比如物理化学家李远哲用交叉分子束研究化学动力学，并因此与赫西巴赫分享了1986年的诺贝尔化学奖。我国各高校与研究单位在化学动力学的研究也做出了突出贡献。每两年一届的化学动力学会议也突显出化学动力学科研工作者孜孜不倦、刻苦奋进的科研精神。各种新的研究方法和理论相继被提出。号召同学们向优秀的科研工作者学习，培养同学们刻苦专研、勤劳刻苦的学习精神。在介绍国内外化学动力学研究前沿进展后开始课堂教学，讲解化学反应速率的表示方法和化学反应的速率方程。

虚拟实验和课后复习：基于VR虚拟现实技术构建虚拟实验室教学系统。学生课后可以进入系统完成“蔗糖水解反应速率的测定”实验。通过实验加深对反应动力学曲线、反应速率方程的理解。通过“学习通”发布课后复习视频，复习内容为本次教学内容的重点和难点。通过“学习通”发布课后测试，让学生通过课后测试的方法加深对课堂知识的理解。

4 结 语

物理化学课程是化学专业的核心课程。学好物理化学知识对学生理解化学问题具有至关重要的作用。探索和改革物理化学教学模式以满足学生成长发展需求和期盼具有重要意义。将课程思政融入物理化学课程内容，激发学生学习热情；充分利用网络教学模式的优势，帮助学生课堂之后的学习和巩固；实验操作课程和理论知识课程相互辅助等手段对帮助学生获取知识都具有积极意义。同时，授课教师必须具有扎实的学识，并且站在学科发展前沿才能更好的传递知识。