物理化学课程建设（共12篇）
物理化学课程建设 篇1
摘要：针对传统物理化学实验教学与新形势下培养创新型人才要求的不相适应,结合当前物理化学实验课程的授课现状,提出从物理化学实验设备的更新、新型物理化学实验项目的开设、新型实验教学教学手段的应用、自主型物理化学实验的探索等方面构建新型物理化学实验课程,并进行了初步探索与尝试,为后续课程建设奠定了基础。
关键词：物理化学实验,课程建设,新型实验项目,自主实验模式
物理化学实验是高等院校化学化工、冶金、材料等专业的基础实验课程。就化学化工专业而言,作为一门必修课程,独立设课。该课程是大学化学实验课程的重要分支,是化学化工专业学生继无机化学实验、分析化学实验、有机化学实验之后至毕业设计前又一门基础实验课程,具有承上启下的重要作用,综合了化学领域中各分支所需的基本研究工具和方法[1,2]。物理化学实验的主要目的是使学生掌握物理化学实验的基本方法和技能,培养学生正确记录实验数据和现象、正确处理实验数据和分析实验结果的能力,掌握有关物理化学的原理,提高灵活运用物理化学原理的能力。物理化学实验课程的开设与物理化学理论课相辅相成,是构建大学生完整物理化学知识体系的重要环节。
物理化学实验是以物理的原理和实验技术为基础,研究、验证化学体系性质和行为的基础课程[3]。实验过程或结果需大量借助于阿贝折射仪、旋光仪、电导率仪、分光光度计等科学仪器实现。然而,随着时代的进步,科学仪器的不断更新换代,微机向科学技术领域的日益渗透,物理化学实验中现有的教学设备、教学方法与手段已不能很好的满足新时期物理化学实验教学的需要[4]。伴随新科学技术成长起来的大学生具有对新科学、新技术极强的接受能力,现有日益老化和落后的实验教学设备、一成不变的实验项目已不能满足大学生对新实验手段、新颖实验内容的渴求。因此,构建适应时代要求的新型物理化学实验以及建立与之相适应的物理化学实验教学手段与教学方法,是培养创新型大学生的内在要求。
近年来,我们主动适应时代要求,满足创新型人才培养的需要,以安徽工业大学化学与化工学院物理化学实验室为样本,提出构建新形势下的新型物理化学实验课程,不断对原有物理化学实验进行改革或改进,全面提升物理化学实验软硬件设施,促进学生科学素养的提高。
1 物理化学实验设备的更新
物理化学实验是应用物理学的测试手段研究化学反应基本规律的,实验设备以及设备性能的优劣是能否成功完成实验、从实验结果总结规律的必要基础。随着科学技术的发展,实验设备不断更新换代,呈现精密化、智能化趋势。微型机计算机与实验仪器相结合,应用于物理化学实验,在诸如科学计算、信息管理、信号的实时检测与过程控制等领域具有独特的优势,极大提高了物理化学实验的自动化程度与实验数据的测量精度[5]。然而,在物理化学实验的授课实践中,尚有部分实验设备老化、陈旧,实验结果的测量精度更多取决于实验操作者的主观意识,而非该实验自身的客观规律。如燃烧热的测定一节中在测定的初期和末期每隔60 s 读取温度,分别读11次和10次、主期每隔30 s 读取温度1次,直到温度不再上升而出现开始下降的第一个温度为止。二元金属相图一节中,记录步冷曲线,要求等时间间隔内(一般为30 s)记录体系温度随时间的变化。教学实践证明,实验结果的准确程度取决于实验主体,人为因素影响较大。
在省部共建项目支撑下,我们对部分老旧实验设备进行微机化改造与更新,并应用于物理化学实验的教学,如二元金属相图一节中,采用微机化数据采集,将学生从繁琐的、不断重复的手工数据记录中解放出来,使其能通过微机及时跟踪曲线变化规律,作出分析判断,学生无论从科学素养还是从综合能力上都得到了锻炼与提升。与此同时,我们还对“差热曲线”、“电化学综合实验”等进行了设备更新与微机化改造,将差热仪、多通道电化学工作站等科学仪器引入学生实验,微机化采集实验数据,满足了当代大学生希望接触先进科学实验仪器的迫切愿望。通过设备更新前后对比发现,新型科学实验仪器的引入,极大调动了学生的学习兴趣,无形中提高了学生正确处理实验数据的能力,取得了良好的实验教学效果。
2 新型物理化学实验项目的开设
传统物理化学实验开设的项目有“燃烧热的测定”、“液体饱和蒸气压的测定”、“二级反应”、“固体比表面的测定”、“电化学综合实验”等十个实验项目。在我校历年物理化学实验授课过程中,鲜有变化。实验内容陈旧,更新速度缓慢。多以验证经典理论为主,与现代科学发展结合较少,与现代物理化学的研究内容和方法衔接较少,不利于学生学习新知识和综合素质的提高。事实上,当今时代科技发展突飞猛进,创新创造日新月异,不同学科间的交叉渗透不断深入,科研与学术前沿研究非常活跃。传统物理化学实验教学内容与不断发展的科学实践之间的距离日渐凸显[6]。因此,我们设想在传统实验项目基础上增设前沿性、热点性专业实验或对传统实验项目的改进,这也是培养当代大学生探索与创新精神的有益尝试。
如在环境保护领域,由于水体被污染而造成的水质型缺水问题日益突出,污水处理技术成为近代前沿科技领域。铬被广泛应用于电镀、采矿、制革、化工颜料、机械制造等工业生产中,这些行业每年都产生大量的含Cr(VI)废水。Cr(VI)具有良好的水溶性、强氧化性及易迁移性,对人体有致癌、致畸、致突变作用。染料和印染行业生产的废水是水污染的主要来源, 色度深,毒性强,难降解。因此,结合我校本科生物理化学理论课程中“固体表面的吸附”以及“光化学反应”章节理论内容,增设关于含Cr(VI)废水的吸附法处理,二氧化钛光催化降解染料实验;能源领域,在全球能源与环境日益严峻的今天,高性能锂离子电池成为国内外研究热点,结合物理化学中电化学一章的知识,开发设计关于锂离子电化学性能测试实验,使学生在学习物理化学实验技能、深刻理解物理化学理论知识的同时,更激发了大学生勇于挑战科学难题、担负社会责任的使命感,而非仅仅把学习作为一种取得学分的手段。近年来,实验室组织教师通过教改项目立项工作,展开了针对科学前沿、热点的物理化学实验项目的增设及对传统实验项目的更新。这些成果在本科生物理化学实验教学中的推广应用,对本科生的实验教学工作产生显著推动作用。
3 新型物理化学实验教学手段的应用
长期以来,物理化学实验教学手段单一。以教师的“原理说教”与现场实验演示为主。实际上,实验主体对新实验的预习情况、理解能力、动手能力、理论基础等参差不齐,学生在实验过程中往往会有教师意想不到的多种状况发生,比如“电化学综合实验”一节,出现的问题概括起来大致包括:电路连接错误(研究线、辅助线与参比线未全部与对应电极连接或连接错误,仪器开关定位错误,采集软件操作错误等)。就我校而言,每个实验项目均有六台设备,可分成六组,每组1-2人。每位教师负责2个实验项目,教师讲解结束,安排学生同时开始实验后,两个实验项目的六组学生在同一时间开始相同的实验,形成一对十二的局面,学生实验出现的问题或状况不尽相同,教师帮助解决问题,需要从头梳理学生的操作步骤,找出问题所在,耗时耗力,往往会感觉顾此失彼,力不从心。虽然尽心尽力,依然不能照顾到每组实验每位同学,因此,必须对实验教学过程中的教学手段加以改变,使学生在每节实验课结束后都能有所启发和收获。
我们在物理化学实验教学中开展的“大课堂建设”,极大丰富了物理化学实验教学的手段。所谓“大课堂建设”,是指通过物理化学实验网上课堂建设、Flash动画实验演示课件制作以及教师实验演示视频制作,将物理化学实验课拓展到课外,拓展到每次实验课的前后,贯穿物理化学实验课授课始终,且可作为学生温习之用。建立建成课程示范网页,把实验课大纲、讲义和课件等内容都放在网络上。让学生充分了解课程安排、课程要求等课程信息,提前预习实验项目内容、原理,了解实验过程中的注意事项,掌握实验数据处理办法。最重要的是,教师通过网上课堂对实验中常见问题、学生易犯错误逐条列出,并加以注释。学生通过在网上课堂的预习,在实验过程中,主要通过自己对实验过程中出现的“状况”加以分析、解决,从而提高学生分析问题、解决问题的能力。物理化学实验微机化教学为每组学生在实验过程的任一阶段都可通过Flash动画实验演示课件或可视化的影象资料(教师实验演示视频)寻找问题所在提供了可能。用Flash动画或演示视频指导学生实验。事先做好实验的原理、操作步骤、注意事项、误差分析和整个实验过程的示范操作。学生通过观看Flash动画,可在较短时间内掌握实验的要领和操作规范,保证了实验的质量和顺利完成,激发了学生学习物理化学实验的兴趣。通过由逼真的Flash动画动态展现、可视化的演示视频以及常见问题的网上课程构建的大课堂,使得物理化学实验由附属于理论课的边缘课程成为受学生喜爱的课程。
4 自主型物理化学实验的探索
传统物理化学实验教学授课模式基本上以验证灌输为主,教师对实验内容进行详细讲解,对实验细节加以强调,并进行操作示范,没有给学生留有想象空间,甚至没有给学生留“犯错”空间,学生一般习惯性按照老师的讲解,遵循实验指导书设计好的步骤重复,并设法将实验结果向实验教学内容规定的结论靠拢。这种填鸭式教学方法置学生于被动地位,阻碍了学生主体性的发挥和创新意识、创新能力的培养。
我们在物理化学实验的授课中,提出建设自主型物理化学实验。所谓自主型物理化学实验是指学生在前期通过提供的多种学习途径的基础上,由学生进入实验室,1~2人一组,在没有教师说教、演示的情况下,自己连接实验装置,自主完成实验。教师起辅助的监督指导作用。从而使学生能力得以全面提升。自主型物理化学实验要求学生充分发挥主观能动性,在实验前把功课做足,除大课堂外甚至自己通过网络、文献查阅等方式深刻理解实验目的。自主型物理化学实验并非一刀切,而是根据实验本身的特点,选择适于自主完成的物理化学实验进行开发。
5 结 语
多年来,多数高等院校教学中存在重理论、轻实践的倾向,在实验教学中投入不足,师资队伍落后于现代新型物理化学实验教学的需要,使得学生自高中以来的“高分低能”状况进一步蔓延。面对我国大学从精英教育向大众教育的转变,教学改革不断深化的形势,这种状况必须加以改善。总之,传统的物理化学实验教学已远远落后于时代发展的需要,在诸多方面的弊端与不适应性日益显现。改革、改进现有物理化学实验的教学模式,是培养高素质专业人才的必由之路。近年来,我们在我校物理化学实验的教学实践中,在物理化学实验设备的更新、新型物理化学实验项目的建立、新型实验教学教学手段的应用以及自主型物理化学实验建设等方面进行了一些有益的探索和尝试,取得了一定的教学效果,为新型物理化学实验课程的进一步建设提供了一定的实践基础和借鉴价值。
参考文献
[1]何荣幸,黄成,彭敬东.物理化学实验教学改革中的创新教育思路[J].西南师范大学学报:自然科学版,2012,37(4):186-189.
[2]侯向阳,高楼军,李东升,等.物理化学实验教学改革实践与再思考[J].实验室研究与探索,2006,25(11):1423-1425.
[3]郝晓光,白晓华,李娟.物理化学实验中温度测控的教学扩展[J].实验科学与技术,2010,8(2):45-47.
[4]胡新根,何道法,李新华,等.研究型物理化学实验教学模式的探索与实践[J].实验室研究与探索,2009,28(10):133-135.
[5]玉占君,石英姿,张文伟,等.计算机辅助物理化学实验教学的实践[J].辽宁师范大学学报:自然科学版,2006,29(2):254-256.
[6]肖芙蓉,高英,彭邦华,等.物理化学实验开放性教学的探索和实践[J].广东化工,2010,37(5):259-260.
物理化学课程建设 篇2
在这一学期的学习中，我们主要学习到了物理化学中的电化学，量子力学，统计热力学，界面现象与化学动力学的一些基础知识，这其中我个人还有许多地方存在问题，包括一些基础概念，公式，还有解题思路，都有些欠缺。这更能说明这是一门需要我们用心才能学好的课程，在这里请允许我自我检讨一下：
在这一学期的学习生活中，我并没有尽到一个好学生应尽的义务去认真负责的完成本学期的学习任务，导致在临近期末的时候脑海中实在搜刮不出一些讲得出口，拿得出手，上得了台面的知识与技巧，又实际上没有没什么可说的，没什么能说的出口的，可以说是虚度好一段大好时光。学习本如逆水行舟，不进则退。但学期末的总结也只能说是反省一下自我过失，谈不上后悔，和如果当初了......为了期末考试对于我来说我还是要好好复习。以弥补我在这个学期中对物理化学学习的不用功。
但是，这学期的课程中有很多我感兴趣的部分知识点，仍然学了些可以总结的东西，比如电化学。
电化学学习伊始，老师就提点了我们几点基本的学习要求：①理解原电池与电解池的异同点；理解电导‘电导率’摩尔电导率的定义及其应用。②掌握电解质的活度‘离子平均活度和离子平均活动系数的定义及计算。③掌握离子迁移数，离子电迁移率的定义了解迁移数的测定方法。掌握离子独立运动定律和德拜休克尔极限定律。④掌握电池反应和电极反应的能斯特方程，会利用能斯特方程计算电池电动势和电极电动势。⑤了解浓差电池的原理，了解液接电势的计算。⑥了解分解电压和极化的概念以及极化的结果。
学习中我了解到电化学是研究化学能和电能相之间相互转化规律的科学。其中电解质的导电任务是由正，负离子共同承担，向阴，阳两极迁移的正负离子物质的量总和恰好等于通入溶液的总电量，等类似的基本概念。还学会了希托夫法测量离子迁移数的测定方法，电导定义，德拜休克极限公式和有关电池热力学方面的计算与测定。当然不能不提的还有电池的原设计，其中有氧化还原反应的，中和反应的，沉淀反应的以及浓差电池——扩散过程。
窥一斑而见全豹，从本学期的电电化学的学习中，我更加深了了解物理化学这门课的含义：即物理化学是在物理和化学两大学科基础上发展起来的。它以丰富的化学现象和体系为对象，大量采纳物理学的理论成就与实验技术，探索、归纳和研究化学的基本规律和理论，构成化学科学的理论基础。也更加明白了问什么说“物理化学的水平在相当大程度上反映了化学发展的深度”。
高职物理化学课程改革的探索 篇3
关键词 物理化学 多媒体教学 教学改革
中图分类号：G712 文献标识码：A
物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系入手来研究化学反应规律的一门课程，它的特点是基本概念和理论抽象、系统性和逻辑推理性强、公式繁多且应用条件严谨，是学生普遍感到枯燥难学的一门课程。①本文作者结合多年教学实践，针对高职院校物理化学教学存在的问题，对物理化学课程教学进行一系列改革探索，实践证明，取得了较好的教学效果。
1 结合高职专业特点，精选教学内容
针对高职院校人才培养的目标，物理化学课程教学要依据教学大纲，从学生的实际情况出发，以“ 必需、够用” 为原则，合理组织教学内容，以强化对学生技能和能力的培养训练。（1）精简内容，避免不同课程之间的交叉重复：讲授时注意重点、难点的把握，避免不必要的低层次重复，充分利用学生已有的知识，重点介绍以前未学的知识点；（2）弱化复杂公式的推导过程，强化应用： 强调公式在通过计算解决实际问题中的应用，突出分析思路与分析方法，避免将学生引入复杂抽象的逻辑推导中，从而更加重视培养和训练学生将理论应用于实际生产和生活的能力；（3）适当增加与专业学科相联系的知识，将物理化学基础知识融入到实际应用中去，学以致用，提高学生理论知识的应用能力。
2 合理运用现代化教学手段，提高教学效果
随着现代化教学形式的发展与多元化，在本课程中合理运用现代化的教学手段，可以融入传统教学方法的优点，對教学过程进行最优化设计，从而有效提高教学效率，增强教学效果。②但在使用课件时，我们必须认识到它只是一种辅助手段，在教学中必须把握好度的问题。这就要求我们在教学安排上，根据不同的教学内容采用不同的教学形式。
2.1 较抽象、难理解的内容和图形适合采用多媒体教学形式
在教学中我们对较抽象、难理解的内容和图形通过多媒体课件向学生进行讲解，可使讲授内容形象易懂，生动有趣，同时增加了教学信息量，从而很好地调动了学生的积极性和学习兴趣，加深学生对问题的理解，从而提高教学效率。例如，在讲授相平衡一章时，利用多媒体手段对相图进行展现，相比老师在黑板上用粉笔画图，不仅可以使学生对相图有更直观、形象的认识，同时还避免了老师在黑板上大量绘图从而浪费上课时间。又如对于某些抽象、难懂的概念，如过渡状态理论、丁达尔现象及电泳等，可将其设计成图片或以三维动画的形式进行演示，从而把抽象的概念具体化与形象化，把微观的图像宏观化，把复杂的理论简单化。
2.2 公式推导过程适合采用传统的板书教学形式
物理化学课程的理论性、逻辑性强，涉及的公式、定律多，应用条件严谨，推导过程繁复，这种情况就不适合使用多媒体课件进行教学，仍要采用传统的板书教学方式。例如熵的定义式、一级反应的积分速率方程的推导等内容适宜采用传统的板书形式讲解。利用“黑板+粉笔”这种方式进行公式推导，教师可以依据学生的课堂反应随时对上课的节奏进行调整，从而有效地引导学生跟着教师的思路进行思考，以加深他们对所授知识的理解，同时掌握处理问题的方法。
3 培养学生的学习兴趣
兴趣是学生学习的动力，是创造性思维的源泉，只有让学生对“物理化学”产生浓厚的兴趣，才能学好物理化学。这就要求教师在教学过程中，努力激发和培养学生学习“物理化学”的兴趣。③
3.1 将教学内容与相关课程相联系
在教学计划中物理化学是设在无机化学后面的课程，在内容上它与无机化学有部分的重叠，在不影响知识系统性的前提下，可以删减或弱化这部分内容，使物理化学和无机化学合理衔接。例如，将化学平衡一章中的各种因素对化学平衡的影响，化学动力学中的反应速率与反应级数等概念略讲或不讲，也可先让学生自学，再用较少的课时加以总结，但要注意提高讲授的深度和广度，这样既避免了重复教学，节约课时，又使学生明确了学习重点，提高教学效果和教学质量。另外化工原理、化工热力学等后续课程也涉及到物理化学中的相关知识，在教学中要处理好这些知识与专业课程知识的衔接与渗透，让学生感觉学有所用，从而激发学生探求新知识的兴趣，使学生自觉认识到学习物理化学的重要性和意义，为学生将来应用理论解决实际问题建立牢固的基础。
3.2 将教学内容与科学技术前沿相结合
在教学过程中教师应充分结合自己的研究方向，将最新的科研成果和新技术新思想转化为知识形态，纳入到教学内容当中，让它与原有的知识体系发生结合，使学生对所学基本理论和规律有了更形象、深刻的了解，激发学生的学习兴趣和勇于进取的精神。例如讲微观反应动力学时介绍飞秒化学的创立，在表面化学部分介绍纳米材料的制备、性质等。这样不仅可以开阔学生的视野，激发学生的学习兴趣和求知欲，而且对于培养学生的科研兴趣和创新意识大有裨益。
3.3 将教学内容与实际应用相结合
物理化学并不是深奥的理论、抽象的定理和繁琐的公式，而是解决实际问题的有力工具，与生活有着紧密联系，在教学过程中适当插入一些贴切生活的例子，可以使物理化学教学变枯燥为有趣，变抽象为具体。例如在讲授稀溶液的依数性时就可以对学生提出问题“为什么冬天人们会在积雪的公路上撒盐”，“在高原上煮鸡蛋为什么不容易熟”，讲解化学动力学时就可以问学生“为什么在夏天食物更容易变质”，“为何生病吃药时要求每天要定时定量服药？”等等。通过这种将身边常见的事例和现象结合到教学中的教学方式，使学生在理论与实践的结合中理解和掌握物理化学知识，从而提高分析问题和解决问题的能力，让他们感觉到能够学以致用，为将来走向社会奠定良好的基础。
3.4 适当穿插物理化学史和物理化学家
在教学过程中，可适当穿插介绍与教学体系相承的物理化学史和物理化学家的相关内容以增添课堂趣味性，使学生在轻松愉快的氛围中对整个物理化学学科体系有了一个概略的了解，同时可以体现自然科学和人文科学的兼容和互补。例如，在讲授亨利定律时介绍该定律的产生及发展的历史过程，在讲授相律时介绍一下近代物化之父——吉布斯，这样既可以激发学生的听课兴趣，培养学生严密的科学思维，增加学生的人文修养，又可以为他们将来从事相关专业的科学研究奠定良好的基础。
4 完善考核机制，客观评定成绩
课程考核是检验学生的综合素质和水平的重要标准，是教学的重要环节。为了客观地评价学生的学习情况，我们将考核成绩分为平时考核成绩（占总成绩的20%）和期末考试成绩（占总成绩的80%）两部分。平时考核成绩包括学习态度、课后作业、期中测试、课堂讨论的考核等几个部分，重视对学生的课堂出勤、上课状态、作业完成质量等方面的考核。期末考试我们采用闭卷形式进行，实行考教分离，并注重实际应用方面的考查。实践表明，这种全面考核的机制可以客观地反映学生的学习成绩和学习效果，从而督促学生树立正确的学习观，增强对课堂知识的掌握能力，有助于提高物理化学的教学质量和教学效果。
注释
① 李延伟，姚金环，刘长久，等.《物理化学》课程教学改革与探索[J].广东化工，2009.36（12）.
② 马传国，王亚珍，陈国华.对物理化学课程教学方法改革的初步探索[J].高教论坛，2010.5.
物理化学课程的兴趣教学 篇4
关键词：物理化学课程,兴趣教学,课堂教学,课后作业
物理化学是化学化工专业的专业基础课, 也是众多理工科专业, 如环境、食品、生物、制药、材料等的专业基础课。物理化学的特点是概念多且抽象, 公式繁多且条件苛刻, 以天津大学编的物理化学第五版为例, 仅热力学第一、二定律两章就有120个公式, 且数学推导较多。因此, 很多学生往往在学习过程中把大量时间花在背诵公式上。然而, 公式的记忆是建立在对概念理解的基础上的, 如何理解物理化学里的抽象的概念, 是学生学习过程中遇到的最大的障碍。如果一味地背公式, 物理化学就变成一门枯燥乏味的课程, 而且会造成生搬硬套公式的现象, 不仅浪费大量精力, 而且效果不理想。
然而, 物理化学作为一门基础理论课程, 和日常生活、生产及科研活动密切联系, 即使是一些司空见惯的日常现象, 背后也蕴含着深刻的物理化学原理。因此, 物理化学教学完全有条件打破枯燥乏味的传统模式, 把生动有趣的生活、生产、科研中的实例带到课堂上, 使学生感到物理化学是能解决实际问题的工具, 是一门有用的学科。
一、课堂教学的改进
1. 教学前的引导
在开始一个概念的教学前, 先引入一些能引起学生兴趣的问题:比如人为什么会衰老 (熵增原理) , 为什么冰川水都是淡水 (二组分固态不互溶体系相图) , 为什么高原上煮饭要用高压锅 (温度和饱和蒸气压的关系) , 夏天开冰箱门能降温吗 (热力学第二定律) , 什么是锄地保墒 (毛细现象) , 等等。让学生带着问题进入课堂学习, 从而激起学生的求知欲, 大大提高学生学习的积极性和主动性。
2. 教学过程中的改进
在课堂教学过程中, 可以在抽象的概念讲述和公式推导中, 恰当地引入合适的比喻, 以便更形象地说明抽象的概念。比如, 熵的概念是热力学中最抽象的一个概念。笔者在讲述熵的统计学意义的时候, 就曾经以这样一个脑筋急转弯说明问题:“一个人在炒一锅豆子, 豆子有两种颜色, 分别是红色和绿色。当他炒完了, 他就将一锅豆子泼了出去, 可是两种颜色的豆子却自动分开了, 为什么?”答案是:两颗豆。学生在会心一笑的同时理解了熵是宏观概念, 是大量微观粒子集合的混乱程度。
每讲授完一个物理化学的概念, 都尽量结合它在生产生活中的应用加以解释, 使学生真正有“学以致用”的感觉, 从而觉得物理化学这门课不只是“纸上谈兵”。比如讲授完卡诺循环后, 就可以结合实际讲解冷冻机的制冷原理;讲完克劳修斯·克拉佩龙方程后, 就可以介绍工业中减压蒸馏的操作。
另外, 在课堂教学中, 还可以选择适当的时机讲述一些有关的学说 (如热寂说) 或物理学家的逸事, 既能拓宽学生视野, 又能调节课堂气氛。
二、课后作业的改进
课后作业是巩固学生课堂所学知识的重要途径, 对物理化学课程来说, 尤其是一个不可缺少的过程。物化教材, 尤其是国内的教材, 其习题大多偏于模型化、理想化, 通常是“某理想气体A……”或是“在一个刚性密闭的容器中发生如下过程……”, 等等, 好像这些物理化学过程只会存在于作业题里。当然这种理想化的模型是必需的, 但如果所有的习题都是这种类型的, 则学生往往会有“算这个这有什么意义?”或者“这和我们有什么关系”的疑惑。因此, 应该尝试给学生布置多样化的练习题。
1. 和生活现象结合
比如:“人们常说:不要往伤口上撒盐, 而医院里却常用生理盐水清洗伤口, 这是为什么?”又如:“为什么钢针能够浮在水面上?”这些都是生活中司空见惯的现象, 每个人都有这样的生活经验, 只是学生可能从来没深入地想过其中蕴含的科学道理。通过课后习题引导学生思考并最终得出结论, 使学生的生活经验上升到理论高度, 大大调动学生的积极性, 使学生感到物理化学不再是一门高高在上的包括深奥晦涩的理论的学科, 而是一个有用的工具。
2. 和生产设计结合
比如, 在讲完热力学第二定律之后, 可以举1881年甘姆埃设计“零度发动机”的例子, 并提出问题:假如你是美国总统, 你会同意军队对此设计进行投资吗?又如, 在讲过状态函数的性质后, 可以结合80年代曾轰动一时的骗局的“水变油”神话, 向学生提问:如果王洪成向你推销他的专利技术, 你会购买吗?这类题目让学生处于决策者的地位, 使学生意识到学好物理化学的重要性, 对学习物理化学更加有兴趣。
3. 和科学实验结合
比如:“结冰的溶液解冻时, 如果不等溶液完全化冻就取用, 是否合理?”又如:“某学生做实验时, 希望在120度的条件下进行水解反应, 他将反应烧杯置于120度的油浴中, 并加盖表面皿防止蒸气逸出, 请问该同学的做法能成功吗?”很多大学生都会在课余时间跟随老师参加科研活动, 而在科研实验过程中, 细节反映了学生对基础知识的掌握程度和应用能力。通过提出一些科学实验中常见的和物理化学有关的问题, 引导学生思考, 对学生的科研活动是一种促进, 同时让学生对物理化学知识的认识更深刻, 掌握更牢固。
4. 和其他学科结合
比如, 笔者出过这样一道题目:
请估算脂肪和葡萄糖的比燃烧焓, 并解释为什么动物体内更适合以脂肪而非碳水化合物的形式储存能量, 是结合了生物化学里糖类化学和脂质化学的有关知识。
又如:以下过程中熵减小的是 (%%)
A.“焟炬成灰泪始干”
B.“灰化肥挥发化飞灰”
C.“打翻五味瓶”
D.“大河上下, 顿失滔滔”
则是结合诗、词、俗语、绕口令等文学形式。虽然题的难度并不大, 却提高了学生的学习兴趣。
总之, 利用理论联系实际, 结合生产、生活、科研的实例进行课堂教学及课后强化, 完全可以培养学生学习物理化学的兴趣, 调动学生的学习积极性, 从而增强物理化学的教学效果, 达到教学改革的目的。
参考文献
物理化学课程的学习方法 篇5
物理化学是一门研究物质性质及物质变化规律的基础理论课程，因此，凡是要促使物质发生变化，以转变为具有优良性质的产品的众多专业，如化工（包括制药）、材料、轻工、冶金等都把物理化生课程的学习放在十分重要的地位。
为了学好物理化学课程，每位初学者都应该根据自己的经验摸索出一套适合自身特点的学习方法。下面的建议可供同学学习时参考。
首先要联系实际进行思考，并努力运用所学理论解释及解决实际问题。物理化学的许多概念，中学已经学过，如热、功、热容、反应速率等概念，只不过中学学习中讲得粗浅一些，在物理化学中讲得更深刻一些，故理解时要与中学的概念相互衔接。
另外，初学者往往会感到物理化学的概念多，理论抽象，公式繁多，难以捉摸，难以记忆。其实这些概念、理论都是从客观实际中概括、归纳出来的，学习时如能联系生活的客观现象进行思考、推理，则不但不会觉得难懂，而且会感到生动有趣。物理化学是一门逻辑性很强的学科，必须勤于思考，认真推理才有可能学好。在学习过程中，要仔细阅读材料，动笔练习公式的推导，理清理论体系的主次关系，在理解的基础上加以记忆。另外，要多做习题，通过做习题找出自己概念模糊之处，同一概念往往需要需要经过多次反复学习，才能逐渐加深理解，切不可忙于对答案。另外，还应记住，数学史工具，书本应用大量的数学推导而得出在不同条件下使用的一些结论，数学的推导过程是让我们明白公式的由来，它只是获得结果的必要手段，而不是目的，故不要将精力放在繁杂的推导过程，而要注意结论的使用条件以及物理意义。除重要的公式及其推导过程，只要求理解而一般不要求强记。
为了帮助你准备考试，建议你要弄清楚书中黑体字所有术语的意义；记住一些基本公式；重做你过去感到困难的课后习题；为了增加训练，做一些未指定的习题或习题解答中的一些补充习题。
物理化学课程建设 篇6
关键词:物理化学 教学改革
中图分类号:G718.5文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0183-01
物理化学是各类化工专业的一门重要的专业基础课,通过物理化学课程的学习不仅要为后续专业核心课程的学习奠定基础,而且要能起到锻炼学生基本操作能力,团队合作的精神,培养学生自主学习的能力,培养学生的创新意识,增强学生的就业能力和适应现代产业发展的能力。
1 为专业核心课的学习夯实基础
物理化学是一门比较抽象难学的课程。如何使學生学好这样的一门课,对课堂教学的几点想法如下。
1.1 激发学生的兴趣使学生自发的学起来
就目前的高职学生来说,生源质量普遍不高,如何使这些学生自发的学起来是件不容易的事情。“兴趣是最好的老师”,是学生学习的原动力[1]。在教学实践中,只有让学生喜欢上这门课,才能让他们自发的动起来。老师在激发学生的学习兴趣和学习热情中的作用是至关重要的。高职教育发展研究中心主任马树超教授就说过能够使这些高职学生自发学起来的教师就是优秀的教师。教师可以在课堂上适时穿插物理化学的发展史、最新进展等来激发学生的兴趣;注重引入生活实例,比如引入卤水点豆腐、雪天公路撒盐、餐具除油、铁器生锈等学生所熟悉例子,使学生觉得物理化学就在身边;关注社会热点,如污水处理、海水淡化、药物缓释,捕捉学生的好奇心。
1.2 改革教学方法和手段
灵活多样的教学方法和手段犹如不同的烹饪厨艺,对于不同的饭菜采用不同烹饪方法。为此教师要对不同的内容选用不同的教学方法,而且要多采用讨论式、探究式、参与式的教学方法,尽可能使学生参与到课堂中来,发挥学生的能动性和主体性的作用,灵活使用多媒体等教学手段,发挥现代化教学手段的优势。
1.3 合理选取教学内容,注重应用,弱化推导
本着“必须、够用”的原则,在专业课程体系和课程标准要求下合理选取教学内容,避免不同课程之间的交叉重复,弱化复杂公式的推演过程,转而分析讨论公式、结论的适应范围和使用方法,最好结合具体的工业应用进行分析探讨,避免将学生引入复杂抽象的逻辑推导中。
2 注重基础实验实训,培养学生的团队精神和创新意识
2.1 精选实验实训项目,加强考核
要精心选取实验实训项目。要选取后续课程中常用的抽象的概念性实验,比如饱和蒸汽压的测定实验需要选取,一方面饱和蒸汽压的概念比较抽象难懂,另一方面在后续的专业技能课中常常用到;界面现象中表面张力的测定要选取,通过液体表面张力的测定帮助学生理解固体的表面张力,进而理解催化剂的吸附催化机理;蒸馏实验一定要选取,因为蒸馏是精馏的基础,精馏在化工中的作用显而易见。
实验实训需要考核,而且考核需要改革,需要加强实验实训过程的考核,这不仅是课程性质的要求,物理化学本身就是一门以实验为基础的课程;也是我校高职人才培养方案和课程标准的要求,专业要求基础课实验实训成绩要占到该课程总成绩的30%,在这30%中过程考核可以占到20%甚至以上,突显过程考核作用。
2.2 分组实验实训,培养团队精神
团队精神是现代企业非常重视的一项内容,也是企业招聘学生经常提到的一个问题[2],有意识的培养学生的合作精神是增强学生就业能力和适应现代企业要求的重要途径。
将学生以组为单位开展实验实训,每组学生使用同一套仪器,用同样的方案实验,这不仅解决了实验实训设备的不足问题,而且提高了各组同学分工配合、协同完成的意识,使所有的同学都参与实验实训操作,有意识地培养学生的团队合作意识。组与组之间还可以展开评比,通过组与组之间的互评,加上教师评价,发现各组存在的问题与不足。
2.3 适当设置开放性实验,培养学生的创新能力[3]
教育部副部长鲁昕就强调职业教育也需要创新,创新不是研究生教育的专利,也不是本科教育的专有名词,职业教育也应有这样的名词[4]。在物理化学中设置开放性的实验不仅可以培养学生对物理化学的兴趣,还可以培养学生的创新意识(在无安全隐患的前提下),可以设置一到两个开放性实验让有兴趣、有能力的学生自己尝试,自己查找资料,自己设计方案实施完成,在这其中教师要对学生设计的方案把关,当学生取得一定的进展以后要给予肯定和表扬。可以将学生取得的成果在全校展示,激发全校学生的创新欲望。如果教师有课题和项目,可以让个别有能力的学生参与到其中来,这样可以极大地培养学生的创新思维。
设置什么内容的开放性实验至关重要,可以根据校企合作中企业的一些实际问题展开,当然需要筛选与本课程相关的一些问题,或者从其中抽象出一个相关的类似的问题展开,也可以参考相关应用型本科院校一些相对容易可行的课题展开。这也是高职创新驱动持续发展内容的一个部分。
3 创建网络第二课堂,提升学生自主学习能力
培养学生自主学习的习惯和提升自主学习的能力,为学生的终身发展着想。网络技术的飞速发展为学生的自主学习创造了条件。利用校园网络平台,建设数字化资源库,可以拓展学生的学习空间,为学生的学习创建第二课堂。可以将名师的课堂教学做成教学视频上传于校园网络,还可以将一些典型的项目化教学过程和基于工作过程的实训课做成视频传于网上,充分发挥本校的校级、省级精品课程的资源优势,让学生充分利用课堂以外的时间自主学习。精品课件、习题库等等资源也可以利用网络提供给学生,使学生多一条学习知识提高技能的途径。
4 结语
物理化学作为高职化工专业的一门重要的专业基础课,在课堂教学、实验实训等方面要不断改革创新,要充分发挥学生的主体性、能动性,注重培养学生的创新意识、团队精神,提高学生的自主学习能力,为学生的就业和长远发展奠定基础。
参考文献
[1]彭志光.物理化学课程教学方法探讨.科技创新导报[J].2011(2):256.
[2]樊红日.高职物理化学实验教学对学生团队精神培养探讨.广西轻工业[J].2011(8):166.
[3]唐业仓.物理化学实验教学中学生综合素质的培养[J].广东化工.2011,4(38):166.249-250.
[4]鲁昕.在现代职教体系建设国家专项规划编制座谈会上的讲话.南京.2011.10.13.
高校物理化学课程教学之浅见 篇7
关键词：物理化学,学习兴趣,多媒体,实验教学
物理化学是由物理学和化学相互交叉而发展出的一门基础学科,它借助数学和物理学的理论及实验手段研究化学变化的基本规律,是研究化学体系行为最一般的宏观、微观规律和理论的学科[1,2]。因其内容庞杂,概念新颖抽象,理论逻辑性强,数据处理繁杂,被认为是化学专业最难学的基础课程。尤其是随着专业课程体系的改革,《物理化学》也面临着课程内容扩展和授课课时减少的矛盾,无疑进一步增加了该课程的教学难度。因此,合理安排教学内容、改进教学方法,从而激发学生对本课程的兴趣,真正掌握物理化学的精髓是每个物理化学教师为之奋斗的目标。结合自己这些年《物理化学》的教学经历,笔者想就物理化学课程教学谈一点个人的认识与体会。
1 结合学科历史背景,激发学生的学习兴趣
学习一门新课,学生通常会问为什么要学,尤其在实用主义和功利主义泛滥的今天,物理化学课程理论性强、内容抽象的特点会令一些学生望而却步,而教师又无法给出令学生信服的理由,从而使学生失去深入学习的兴趣。其实我们在物理化学教学中忽略了公式、定理这些理论背后的历史故事。一门学科的历史详细记载了前辈科学家历经挫折、艰苦探索当代科学前沿问题的事迹和睿智,展现了科学活动的长期性和艰巨性。因此著名化学家傅鹰教授说,一种科学的历史是那门科学的最宝贵的一部分,科学只能给我们知识,而历史却能给我们智慧[2]。因此,我们在《物理化学》课堂教学中,可以适当讲述一些相关的历史背景,比如在讲授热力学第一定律之前,可以讲授人们对第一类永动机疯狂追求的历史,第一类永动机试图以机械的手段在不获取能源的前提下使体系持续地向外界输出能量。历史上最著名的第一类永动机是法国人亨内考在十三世纪提出的“魔轮”,利用力矩的不平衡驱动魔轮的转动。十五世纪,著名学者达芬奇也曾经设计了一个相同原理的类似装置,1667年曾有人将达芬奇的设计付诸实践,制造了一部直径5米的庞大机械,但是这些装置经过试验均以失败而告终。除了利用力矩变化的魔轮,还有利用浮力、水力等原理的永动机问世,但是经过试验,已确认这些永动机方案失败或仅只是骗局,无一成功。直到1843年英国科学家詹姆斯·焦耳提出热力学第一定律,他们才从理论上证明了能够凭空制造能量的第一类永动机是不能实现的。因此才会有热力学第一定律的另外一种表述方式:第一类永动机不可能实现。这样的讲授能够使原本枯燥的公式定理变得鲜活起来,就相当于给药片包上糖衣,有助于学生更好的理解物理化学这门学科的定理定律,从而激发学生的学习兴趣。同时物理化学课程提及的许多科学家的生平和经历具有传奇色彩。比如最早用实验证明热学中的热量和力学中的功等效的英国物理学家焦耳,原本是位酿酒师,后来在著名化学家道尔顿的引导下走上了科学的道路。他在实验方面颇有天赋,几乎是一点便会,一会便精,二十岁出头就在电学中观察到电流产生的热量和电流强度的平方、电阻成正比的焦耳定律而扬名一时,然而自此这位年青人就沉寂下去,因为他花了足足三十年的时间才测定热功当量的数值,奠定了能量守恒的基础。在相关理论的讲授中穿插介绍他们的人生故事能够很好地激发学生学习的兴趣和探求真理的激情[3]。
2 注重“三基”学习,引导学生科学思维
在此提及的“三基”有别于传统的基础知识、基本技术和基本技能。本论文所提“三基”即基本概念、基本理论和基本公式。其中基本概念和理论是物理化学课程的基础,基本公式是物理化学课程的命脉。以反应热力学为例,状态函数和可逆过程是热力学重要的基本概念,热力学三定律则是重要的基本理论,热力学基本方程则是重要的基本公式。几乎整个热力学部分的知识脉络都是围绕着这些基本概念、理论和公式而展开。这也是物理化学课程的一个重要特点,基本概念理论间的密切联系将看似凌乱的知识按一定规律重新组合,形成系统。因此,将这些基本概念和理论融会贯通,是学好物理化学的关键。但是目前很多大学生受高中填鸭式教育的影响很深,往往满足于被动机械的记忆物理化学的概念、理论和公式,而不去深入理解这些理论的含义和探求它们之间的联系。这种情况下就很难把握热力学理论的精髓,尤其是对各种热力学条件下热力学函数的计算及其应用,更是朦朦胧胧,不得章法。造成这种现象的原因是多方面的,但笔者认为最重要的一点是教师在这门课程的教材内容涉及以及授课方式上的“呆板”,即只满足于对热力学量的物理意义的肤浅解释,使学生理应得到的科学思维的培养湮灭在无法自拔的概念理解和把握之中。
在物理化学的学习过程中,科学的思维习惯相当重要,可以帮助学生理解、记忆,使一些抽象、繁杂的内容变得容易接受。这就要求我们在把握课程全局和篇章结构的基础上,理清总体与章节思路,在学生刚刚开始接触这门课程时,有意帮助学生构建合理的知识体系,从而引导学生科学思维。例如我们归类总结了系统的热、功、热力学能、焓、亥姆霍兹函数和吉布斯函数在分别在单纯的 PVT变化过程、相变化过程和化学变化过程中的变化情况。这样有利于学生对各种变化过程的特点进行比较,找出各过程的相同点、不同点及相互关系,在比较的基础上促进记忆和理解。总而言之,通过从简单到复杂、从理想到非理想、从纯物质到混合物、从平衡态到非平衡态、从体相到表相、从静态到动态、从宏观到微观的不断深入,把以上看起来并不相关的模型联系起来,从而锻炼学生归纳、演绎、类比的科学思维能力,也充分发挥了《物理化学》课程的素质教育功能[1]。
3 充分发挥多媒体在物理化学教学中的优势
工欲善其事,必先利其器。多媒体教学手段的综合运用,使原本枯燥无味的理论知识以生动、形象、直观的形式表现出来,可有效调动学生的学习动力,节省教师大量板书和绘图时间,加快知识点的讲授速度,大大增大课堂教学的信息量。并且多媒体的多感官刺激作用,有利于学生注意力的保持,提高学习效率。随着多媒体应用技术的发展,它与基础学科的结合已是大势所趋[4]。但如果多媒体课件内容只是照搬课本上的内容,仅仅是文字和公式的罗列的话,多媒体在教学中的优势也就无从谈起。因此,就需要我们在多媒体课件的制作上多下功夫,平时多收集相关素材,经过加工处理,使之通过示意图或者动画表现出来,使抽象概念形象化,微观图像宏观化。例如,在推导热力学第一定律时,就可以借助动画(如图1所示)来验证要使系统由某一热力学状态变到另一热力学状态,只要过程的始末态相同,则所做的功和所传递的热的总和是相等的,而与经过怎样的状态无关。而讲到催化作用机理时,则通过对照催化剂加入前后的反应途径的变化示意图(如图2所示)可以直观得出催化剂通过改变反应途径,从而降低反应活化能的作用机理。总之,多媒体手段在解释物质的微观结构和化学变化层面上的问题时,具有传统的教学手段无法比拟的优势。但是需要特别指出的是,尽管多媒体课件可以缓解课堂讲授的压力,但并不意味着教师的工作会轻松起来,只有我们在课下充分的准备收集素材,创作加工,才能在课堂讲授时充分发挥多媒体手段的优势。
4 改善实验教学方法,培养学生科研素质
物理化学实验综合了化学领域各分支学科涉及的研究方法和研究工具,具有综合性、研究性较强和定量化程度较高的特点。这些特点决定了物理化学实验不会像无机或有机化学实验那样出现丰富的实验现象,物理化学实验记录的只是几个数据,随之而来的而是大量繁琐的数据处理过程。会很容易对实验失去兴趣,只满足于按部就班的机械操作,这种方式显然不利于培养学生分析和解决实际问题的能力,也直接妨碍着教师对学生创新意识和实践能力的培养。
经过几年来与学生的交流,笔者认为这些问题的症结在于学生对实验原理和实验目的理解不够清晰。基础理论知识是实验的基础,学生只有掌握好了必要的基础理论知识,才能更好地理解实验的实质[5]。因此,在实验课时,教师可以通过提问、讨论等互动性较强的教学方式,使学生理解掌握所作实验的原理与目的,这样就可以在实验中有的放矢,最大限度地调动学生的学习欲望,让学生积极参与到实验操作和数据处理中,有利于学生创新意识的形成,为物理化学实验教学奠定扎实基础。
在此基础上,改进实验内容和丰富实验方法也是培养学生科研能力的重要手段。在确保完成基础实验后,充分利用实际条件,增开综合性、设计性实验,让学生查阅文献,设计实验
方案,并进行可行性论证,优化实验方案,并付诸实施;也可从实际中发现和确立研究的课题,在设计思路、研究方法等方面进行指导, 给学生适当启发,使学生的奇思妙想得以实现。教师应做到全程关注,合理指导,并在实验考核时予以鼓励,从而激发学生主动思考和分析问题,开发学生的创造潜能,培养学生的科研能力。而在实验方法上,为了使实验内容与现代科学技术和科研成果相结合,除了随时对老式仪器进行更新之外,将Flash技术引入到实验教学中,使实验不受场地时间的限制,势必能创造出更佳的教学效果[6]。
5 结 语
“教学有法,但无定法”。学生能力的培养不是一朝一夕的事情,需要教师高度重视。身为一名高校教师,就应该在日常的教学中不断的发现问题,解决问题,提高自身的业务素质,才能更好地教学,提高学生学习的积极主动性,提高物理化学的教学质量。
参考文献
[1]张爱芸,王枫,李飞飞,等.提高物理化学课程教学质量的方法[J].中国冶金教育,2010(5):65-67.
[2]石振武,杨琦,杨守洁.高等工科专业《物理化学》教学的改革与实践[J].机械管理开发,2011(4):166-167.
[3]张艳花,陈湘.浅谈物理化学教学中学生能力的培养[J].中州大学学报,2011,28(4):91-92.
[4]史忠丰.浅谈多媒体技术在物理化学教学中的优势[J].钦州学院学报,2011,26(3):57-59.
[5]张晓丽,关新新,吴朝军,等.高校物理化学实验教学改革探索[J].南阳师范学院学报,2011,10(9):102-104.
物理化学课程对人生的启示 篇8
1 热力学第一定律中的“付出与收获”
热力学第一定律是热力学中非常重要的一个定律。热力学第一定律的内容是能量守恒,主要解决过程的能量恒算问题。过程能量的表现是热和功,在一个过程发生的时候,热和功相互转化,功可以全部无条件的转化为热,但是热不能无条件的全部转化为功,其辩证关系就是付出与收获的关系。在日常生活中,我们总会听到有一些人经常抱怨时运不济,命运不公,眼睁睁看着别人的成功,自己却一直在苦苦挣扎,还有一些人每天千方百计绞尽脑汁试图寻找成功的捷径,却从未成功。原因很简单,那就是世界上没有免费的午餐,没有春天的耕耘,就不可能有秋天的收获;只有努力,才有可能成功;只有付出,我们才可能收获。但付出多少不一定你能收到多少,但至少它与你得到的成正比。“谋事在人,成事在天”。我们能做的在于谋事,只有谋事,才有可能成事。
2 热力学中可逆过程的含义
学习功时,在相同的始末态条件下,设计不同的过程,得到的结论是在相同的始末态中,不同过程中付出的功不同。比较计算结果之后可以发现,可逆膨胀过程中的功是最大的,也就意味着系统在可逆过程中对环境做最大功。在我们生存的的世界里,人是什么?人就是环境,所作的各项工作可看成是系统,我们都希望在人生中获得最大的成功,从系统中得到最大的功,但是世界上没有常胜将军,想要无限的从系统中源源不断的得到功同样是不现实的。从系统中得到功是有底限的,不能超过这个底限。尽管可逆过程不存在,但对我们人生有很大的启示,也有很重要的意义。我们在做事情之前,必须要了解怎么样才能获取最大的功,能够事半功倍,也就是所谓四两拨千斤,这个时候你做事的效率是最大的,这就是了解可逆过程的意义所在。
3 人生不是状态函数
状态函数的定义是“系统的一些性质,其数值仅取决于系统所处的状态,而与系统的历史无关;它的变化值仅取决于系统的始态和终态,而与变化的途径无关”[1]。状态函数的特点是只取决于系统的始终两态,变化的过程我们可以根据实际情况来设计。而我们的“人生不是状态函数”[2],因此要把握自己的方向,慎重地走出属于自己的人生轨迹,不能随意设计可逆过程,因为有一些相变永远是不可逆的,比如:国家、民族的大义、做人做事的原则等,就像蒋介石和汪精卫在历史上永远是截然不同的评价。在这里说人生不是状态函数是希望我们每个人都能把握自己的方向,树立远大的目标,在扬帆之前学会把舵,不要蹉跎了岁月,到两鬓花白时悔不当初,我们都知道世界上无后悔药可买。
4 热力学在人体内的“平衡”
化学反应总是自发地从化学势较高向化学势较低的方向移动,直至平衡状态。此过程类似于物理学中的热和压力。热自发的从高温物体向低温物体传导,直至两边温度相同,活塞总是由压力大的向压力小的方向移动,直至两边压力相同。这说明人们在日常生活应顺应自然规律,尽量向着良好的平衡方向调整心态,这样无论在工作还是在身心上都会得心应手。热力学“平衡”与我们中华民族文化中博大精深的哲学是并行不悖的。《易经》中强调万事万物的运动都是阴阳运动,包括我们的生命,我们的生命活动也是阴阳的运动,也就是说人体的生命是由于阴阳运动阴阳气化所产生[3]。阴阳在运动中保持动态平衡,同时阴阳双方在不停地此消彼长相互转化着,这种消长转化,就是阳长阴消,阴长阳消。阴阳平衡的核心就是在阴阳双方的消长转化过程中保持协调,既不过胜也不偏衰,呈现着一种协调的状态。这种平衡,表现在大自然就是阴阳气化的平衡,表现在人体,就是阳气和阴精(精、血、津、液)的平衡[4]。一旦这种阴阳平衡被破坏,人就会生病。我们一般通过服用药物、针灸推拿等调整和治疗都属于调理阴阳,直至机体阴阳平衡,体质体态恢复到正常范围。
5 化学动力学中的“木桶效应”
学习化学动力学中的反应机理时,我们大家都知道对于连续反应来说,决定反应速率的是最慢的那一步反应,这与著名的“木桶效应”如出一辙,能够决定一只木桶的容量,不是最长的那根木板,而是最短的那根木板。其实任何一个组织或团队都有这样一个共同的特点,即整个组织的水平一般都由构成组织的劣势人员部分决定着。一个团队的成功,不取决于某一个人的卓越表现,而是所有人的鼎力合作。一个人再厉害,他的能力都是有限的,无法扭转乾坤,而团队的力量是无限的,是生生不息的巨大能源。因此,我们在工作中,想要取得最大的成绩和最好的结果,就必须做到团结一心。
6 结 语
总之,笔者在讲解物理化学相应知识点时,结合对人生的启示,不但加强了学生对物理化学重要概念和定律的理解,而且激发了学生学习物理化学的兴趣,使学生在轻松愉快中掌握了专业知识的同时,激发了学生的创新思维和解决问题的能力,减轻了学生听课的疲劳感,对提高物理化学教学质量很有效果。但笔者也认识到,在物理化学教学中,联系对人生有启示的内容是有限的。为了激发学生学习物理化学内在的原动力,就必须使学生抓住物理化学的内在逻辑,切实理解和掌握教学内容,这就需要我们在日常教学过程中多学习、多积累,多总结,综合运用多种教学方法。
参考文献
[1]傅献彩,沈文霞,姚天扬,等.物理化学(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006:68-69.
[2]黄建斌,第四届全国高校物理化学课程骨干教师高级研修班报告[R],陕西师范大学,2012年7月.
[3]吴敦序.中医基础理论[M].上海:上海科学技术出版社,2004(1):18-22.
物理化学课程建设 篇9
《物理化学》作为化学化工专业的重要专业基础课, 同时也是制药、环境、食品、生物、材料等相关专业的基础课。该门课程概念抽象, 公式多[1], 知识的逻辑性和前后关联性强, 要学懂这门课程不仅要具备一定的化学基础, 同时要具备一定的高等数学和普通物理学的知识。在教学过程中, 学生普遍感到难度大、公式概念容易搞混, 学习兴趣不高。同时, 随着教育改革的不断深化, 高职教育正在朝着培养实用型专业技术人才的方向发展, 受到市场导向、生源质量等一系列因素的影响, 传统的教学方法已经不能满足当下的需求, 课程教学改革势在必行。
1 学习兴趣
兴趣是最好的老师, 是学生学习的源动力。在教学实践中, 只有让学生喜爱上《物理化学》这门课程, 才能将他们吸引到这个抽象的世界中来。《物理化学》课程理论性很强, 学生理解不易, 若在教学过程中通过采用一些比喻、拟人、真实事例等手法, 并结合生活与生产, 可以将大多数内容变得生动有趣, 一方面可以使得课堂气氛变得更加活跃, 另一方面也可以使知识点变得比较容易理解, 进而提高学生的学习兴趣, 促进学生更好地去学习这门课程。
1.1 和生活现象结合
比如“人们常说:不要往伤口上撒盐[2], 而医院里却常用生理盐水清洗伤口, 这是为什么?”这些都是生活中司空见惯的现象, 每个人都有这样的生活经验, 只是学生可能从来没深入地想过其中蕴含的科学道理。通过课后习题引导学生思考并最终得出结论, 使学生的生活经验上升到理论高度, 大大调动学生的积极性, 使学生感到《物理化学》不再是深奥晦涩的理论学科, 而是一个有用的工具。
1.2 和生产设计结合
比如在讲完热力学第二定律之后, 可以举1881年甘姆埃设计“零度发动机”的例子[3], 并提出问题:假如你是美国总统, 你会同意军队对此设计进行投资吗?又如在讲过自由能相关状态函数的性质后, 可以结合80年代曾轰动一时的骗局的“水变油”神话[4], 向学生提问:如果王洪成向你推销他的专利技术, 你会购买吗?这类题目让学生处于决策者的地位, 使学生意识到学好《物理化学》的重要性, 对学习该门课程更加有兴趣。
2 教学方法
《物理化学》课程的讲授和学习过程是比较枯燥无味的, 一方面教师比较难讲解, 课堂气氛比较沉闷;另一方面, 学生面对大量的概念和公式, 学习兴趣也会逐渐降低, 这样就造成了教师难教、学生难学的尴尬局面, 学生最终也会丧失学习的积极主动性。因此, 如何引导学生变被动接受为主动索取就显得尤为重要。针对高职院校学生的特点, 并结合实践教学, 采取以下教学方法能够有效提高教学效果。
2.1 将课程内容与专业方向相结合
高职院校中, 《物理化学》通常是在第二学期开课, 这时学生刚入校一学期, 很多对自己的专业还都不是很了解, 在授课过程中发现, 适当地介绍一下专业方向, 学生会非常地感兴趣。比如在给石油化工方向的学生上热力学第二定律这一章内容时, 顺便给他们讲述这章内容在石油炼制和加工过程的重要应用, 并介绍一些该专业方向的研究内容、培养目标等问题, 收到了较好的教学效果。
2.2 将课程内容和后续专业课程相结合
初到大学的学生基本都不清楚专业的培养体系, 对后续的很多决定他们专业方向的重要专业课程不了解, 而一谈起专业课程往往比较容易引起学生的兴趣。因此可以在适当的时候, 给学生介绍一些重要的专业课程并把讲授内容和这些专业课程联系起来, 一方面强调了该讲授内容的重要性, 另一方面也能达到提高学习兴趣和活跃课堂气氛的目的。
2.3 将课程内容和教师研究课题相结合
许多课题组的研究项目常常是和《物理化学》中的一些章节内容有密切联系的, 因此在合适的时机, 在课堂上给学生介绍一些学校的相关研究课题, 也是他们非常喜欢的。例如在讲“相平衡”这一章的内容时, 当介绍到学校某位老师研究方向和内容时, 学生的反应很热烈, 情绪高涨, 课堂教学效果非常好。有很多学生表示要好好学习, 争取也能参与到相关课题研究中去。
2.4 将课程内容与就业相结合
就业问题是每个在校学生所关注的一个焦点问题, 通常学生很关心以后自己会去什么岗位工作, 而刚进入大学才一个学期的学生是不清楚这个问题的。因此在合适的时候介绍一下本专业近几年的就业率情况以及职位情况。比如在讲到“电化学”这一章内容时, 可以给他们介绍一些知名的电池、新能源的著名生产企业以及求职要求、待遇等情况, 这些是他们非常感兴趣的。
3 实验教学
《物理化学实验》课程教学是与理论教学相配套的一门极为重要的基础课程。《物理化学实验》课程对于学生理解化学学科的基础理论, 掌握运用化学中基本的物理方法和技能, 训练学生设计科学实验方法与动手能力, 培养学生科学思维和分析解决问题的能力, 有着重要的作用。
3.1 开设《物理化学》实验技术讲座
让学生在实验条件有限的情况下, 能够获得系统的物理化学实验技术知识, 对物理化学的研究方法有一个全面的了解。加强学生对基础知识、基本理论和基本技能的掌握, 使学生在有限的实验时间内能够融会贯通, 提高实验效果。同时, 针对学生将来的岗位技能需要, 开设必要的技术讲座, 提高学生的适应能力。
3.2 充分利用实验仪器设备, 为学生开设选题实验
在现有实验条件下, 学生可综合运用所学的知识、实验方法和技能, 独立设计实验方案, 拓展实验内容。例如, 在测定电池电动势的基础上, 应用电化学法测定化学反应的热力学函数, 这个实验可综合几个实验的内容, 使学生综合运用所学的知识在实验中得到检验。通过开设选题实验、设计实验, 可提高学生的创造性思维能力, 以及从多角度、多方面去认识问题和解决问题的能力。
3.3 实验与科研相结合
挑选有兴趣的学生参与教师的科研工作, 从文献查阅、设计方案、实验研究和撰写论文等工作中, 可以锻炼学生进行科学的思维, 提高其综合素质, 培养其初步的科研能力。
4 结语
《物理化学》课程是一门基础理论性理论学科, 对化学和其他相关学科的基础理论的影响和推动作用非常大。结合当前高职教育的新形势, 从学习兴趣、教学方法、实验教学出发, 探索出一条切实可行的《物理化学》课程教学模式, 有着非常重要的意义。
参考文献
[1]赵小菁, 华瑞年, 张树彪, 等.非化工专业物理化学教学方法改革的探索[J].化学世界, 2009 (12) :755-757.
[2]陈小全, 周鲁, 邵辉莹, 等.浅谈对物理化学教学方法的探索[J].化工高等教育, 2009 (6) :64-65, 68.
[3]白丽丽.发挥专业特点, 实施物理化学的教学改革[J].科技创新导报, 2010 (14) :22.
物理化学课程建设 篇10
1 加强教材建设, 编写具有我校人才培养特色的物理化学教材
高等学校教材是体现教学内容和教学方法的知识载体, 是人才培养传授知识的重要工具之一, 同时也是高校深化教学改革、提高教学质量的重要保证[1]。如今, 各种知识以惊人的速度在飞速增长, 多学科相互交叉融合已成为普遍现象, 物理化学也应不断吸收新的理论和技术, 才能培养出适应新时代发展的高素质人才。因此为了满足新时期教学要求的需要, 笔者教研组编写了物理化学教材。教材在内容上力求体现如下特点[2]: (1) 突出经典, 广泛覆盖。重点编写了物理化学中的经典内容, 舍去难度较大的统计热力学和量子力学内容。 (2) 提纲挈领, 便于学习。每章后面都附有总结、思考题和自测题。总结言简意赅, 简单明了地梳理本章知识要点, 思考题巩固概念性内容, 习题用作本章的全面练习, 自测题检验学习效果。 (3) 强化基础, 力求精准。我们着重讲础理论部分, 培养学生的自学能力, 达到举一反三的目的, 如相平衡一章, 我们重点讲解相图中具有规律性的东西, 培养学生看相图、画相图的能力。同时还编写了符合我院教学大纲要求的《物理化学实验》教材。
2 更新课程体系和整合教学内容
我校构建课程体系的指导思想是“一条主线、两个重点、三个体系、五个模块”。其中“一条主线”即以应用型人才培养为主线;“两个重点”即以培养学生工程实践能力和创新精神为重点;“三个体系”即构建互相渗透的理论教学、实践教学、素质拓展三个教学体系;“五个模块”即课程分为通识教育、专业基础、专业方向、实践教学、综合拓展五个模块。针对课程体系构建总的指导思想, 我们重新修订和完善了物理化学课程的教学大纲, 把学科特点和专业培养特色有机结合起来, 加强物理化学与其他学科的相互渗透, 使学生在今后的实际工作中能有意识地运用物理化学观点去思考、认识和解决问题。同时在授课过程中我们整合教学内容, 合理安排教学进度, 做好与相关课程内容的相互衔接。在实际教学过程中, 与其它课程内容重叠的部分让学生课前自学, 课上稍作讨论, 避免重复讲解, 以实现教学过程的最优化。例如在电化学中, 要求学生自学无机化学中已经讲过能斯特方程等内容, 课上把重点放在介绍电解质溶液的性质, 适当介绍电化学系统热力学, 这样既可以节约课时, 又不会造成与后面章节之间失去连贯性。又如相平衡与后续化工原理课程的部分内容联系非常紧密, 因此在讲授完理想和真实互溶双液系的气液平衡相图之后, 就及时介绍了精馏原理, 并且简单介绍了精馏塔装置。实践证明前后课程若在教学内容及知识应用等方面进行很好的协调配合, 在教学中恰当的处理好各门课之间的衔接和渗透, 不但会加深学生对物理化学知识的理解, 还有利于学生对专业课的了解和思考, 开阔眼界, 提高知识和水平[3]。
3 改进教学方法和考核方法
教学方法和教学手段以及考核方法的改革是教学内容、课程体系整体改革必不可少的重要组成部分, 其中课堂教学直接影响到学生对书本知识的掌握程度, 同时也会影响到学生兴趣爱好的培养, 因此教师必须根据实际情况不断更新课堂的教学方法与自身的知识素养。
3.1 更新教学手段, 改进教学方法
在教学实践中, 物理化学课程表现如下特点:概念抽象, 公式多, 理论性强。针对上述特点, 在教学过程中采用传统的板书教学手段和先进多媒体教学手段相结合, 充分利用网络资源, 建立了物理化学教学网站, 为学生自主学习提供了良好的教学平台。网站还提供教学讨论区, 可以及时进行答疑。同时在教学方法上注重启发式和讨论式互动教学, 精讲与学生自学相结合, 采用任务型和小组合作型的教学策略。例如胶体化学一章, 难度相对较小, 我们讲解这一章的做法是:分成5~7个人一组, 小组学生在规定的时间里预习书里的内容, 上网查资料, 共同完成教师分配的任务, 最后每组选出一个代表在课堂上给大家讲解, 老师再稍做补充和总结。这种做法既增强了学生的自信心, 又培养了学生独立思考和解决问题的能力, 提高了教学质量, 深受学生欢迎。同时我们还采用边讲解边练习、对比、讨论与归纳相结合的教学方法, 注重培养学生的抽象思维和缜密概括的能力。例如相平衡一章, 学生反映相图比较多不理解、难记, 我们引导学生归纳气液平衡和固液平衡两大类相图, 学生在归纳总结的过程中就会发现两类相图的相似性, 不难发现相图中三相线, 纯化合物, 不稳定化合物和稳定化合物的特点以及各个相区相态如何判断, 且多数学生能够总结归纳出读相图的一些要点, 实践证明这种做法可以使学生把各节的知识内容串联起来, 从而达到提高教学效率的目的。
另外针对课程理论性强的特点, 注重将教学内容与生产实际相结合, 在讲解时穿插物理化学在化工生产和生活中的一些应用实例[4,5]。例如在冬季建筑施工时, 为了保证施工质量, 常在浇筑的混凝土里加入少量盐类的主要作用和防毒面具的制作、锄地保墒的道理、提纯99.999%的高纯度金属用的区域熔炼原理等等都会用到物理化学的理论知识来解释, 使学生感受到所学知识并不是一些枯燥公式和概念, 而是活生生的现实, 既丰富了教学内容, 又激发学生学习的热情和兴趣。
3.2 改革考核方法
为了落实我院以培养应用型人才为主的教学型高校的办学定位, 进一步更新教育教学观念, 激发学生的学习主动性, 突出培养学生解决实际问题的能力, 通过改革考核方法, 加强教学过程的监督与控制, 以促进教学质量的进一步提高。考核方法改革包括 (1) 积极开展试题库、试卷库建设。试题库和试卷库的建设是教考分离、实现标准化考试的需要, 是课程建设的重要内容, 是高校教学管理探讨的重要课题之一, 建设课程试题库和试卷库不仅可以节省大量的人力资源、避免重复劳动, 而且使考试向正规化、科学化、规范化发展[6]。目前我们已经完成试卷库和试题库的建设, 并且已经投入使用。 (2) 量化考核评价指标, 细化考核标准。不同的考试方法会影响学生的学习态度, 因此我们目前的课程考核可谓是全过程考核, 具体操作时, 期末总成绩按以下比例计算:期末考试成绩∶平时成绩∶实验成绩=7∶2∶1, 其中以闭卷的期末考试来促使学生熟练掌握重点内容、基本知识点。平时成绩包括:考勤、课堂单元测验、提问和平时作业四部分, 促使学生注重平时的学习。实验成绩包括报告成绩、操作成绩和理论成绩等。这种考核方式使得学生能够全面了解和熟练应用所学的知识, 提高了学生的综合能力, 也就提高了应用知识的能力。
4 结语
通过实施以上物理化学课程教学改革措施, 充分调动了学生的学习兴趣和热情, 提高了教学质量。总之, 改善物理化学课程的教学水平和教学质量除了对教材建设、教学内容、教学方法及考核方法等改革之外, 我们还在积极进行物理化学网络精品课程的建设和完善充实物理化学教学网站。另外将科研与教学相结合也是我们教学改革的重要方向, 希望通过对物理化学课程方面教学的思考和探讨, 对教学体系建设起到积极的作用, 从而推动教学改革的不断深入。
参考文献
[1]郑林平, 胡素敏.加强高校教材管理, 优化高校教材选用[J].太原理工大学学报, 2005, 23 (S1) :164-165.
[2]关振民主编.物理化学[M].北京:中国环境科学出版社, 2012:ⅰ-ⅱ.
[3]张开仕.应用化学专业物理化学教学改革与实践[J].教学研究, 2005, 28 (6) :541-544.
[4]黄国英, 孙果宋, 黄科林, 等.物理化学在精细化工中的应用[J].化工技术与开发, 2010, 39 (11) :34-37.
[5]樊晓丹, 黄科林, 杨波, 等.物理化学在化学工业中的应用[J].化工技术与开发, 2008, 37 (11) :23-26.
物理化学课程建设 篇11
关键词：材料专业；物理化学；知识体系；认知方法
物理化学是材料专业的主干课程，很多高校将其列为研究生入学考试课程，由此可见物理化学对材料专业的重要性。但是，从材料专业培养计划的演化历程看，物理化学的入选并非是严格按照科学方式的，它更多地源于老一辈材料学家的经验、印象。一分为二地讲，这种经验的课程遴选方式有其内在的合理性，特别是对材料这一新兴专业（学科），经验保证了物理化学对材料专业的有用性，这一点已经为材料专业几十年的发展所证实；但是，有用性仅仅是众多课程评价维度中的一维，从材料专业人才培养的现状与未来看，还应该站在更高、更全面的角度审视物理化学课程。
本文将从知识体系与认知方法的双重角度，对现行的物理化学课程重新审视，以建设更加适合材料专业的物理化学课程，即名副其实的“材料物理化学”课程。
一、知识体系构建
知识体系是课程的根本，从知识体系审视物理化学课程是首要任务。知识体系的审视分为微观视角与宏观视角。
1．微观视角
从学科来源看，物理化学是“四大化学”之一，属于化学化工学科。因此，物理化学课程通常都是由化学/化工学院开设。这一课程制度给材料专业的物理化学带来以下问题：
首先，现行物理化学的研究对象以气体为主，但材料专业应重点研究凝聚态，特别是固态。从专业的角度讲，以气体为主要研究对象的物理化学，是符合化学化工类专业实际需求的，因此是合理的；但是，从材料专业的角度看，研究对象的差异足以使知识结构发生改变。例如，凝聚态概念的广泛使用及气态概念的适当弱化，就会使热容理论的重点发生转移，使原本很复杂的标准态概念变得极为简洁，使相图理论集中在凝聚态（从而简化相图，因为凝聚态通常不考虑压力，这将极大地方便相图分析），使占据较大篇幅的逸度概念弱化，而活度的相对地位上升。这些变化总体上将简化公式众多的传统物理化学，使材料物理化学教学过程的重点更加突出。
其次，现行物理化学侧重化学反应，而材料专业更应该重视相变过程。例如，物理化学中将化学反应单独列为一章，且动力学理论基本是化学反应的动力学，而不是相变动力学。大家知道，自然界中的物质变化过程主要分为pVT过程、相变和化学反应三个层次，pVT过程也可以称为非相变、非化学反应过程。现行物理化学在讲述热力学原理时，主要针对pVT过程，这种做法是正确的，因为它符合从简单到复杂的认识规律。但是，在化学反应和相变这两个过程的取舍中，材料物理化学就应该侧重相变过程，甚至把相变单独设为一章。从知识体系看，相变恰恰是处于中间层次的变化过程，它所造成的变化程度大于pVT过程而小于化学反应。换言之，相变是介于pVT变化与化学反应的桥梁，是认识层次从低到高不可或缺的中间环节。
2．宏观视角
一门课程的知识体系仅从课程内部审视是不够的，还要将其放在培养计划的整体框架中，以便考查课程间的知识衔接与协调，正确处理知识重复问题与知识层次问题，使一门课程成为整体知识结构的有机组成部分，而不是相互独立的。在我们编写的材料物理化学教材中，从以下三个方面对此进行了考虑：
首先，对先修的大学物理要高度关注，以避免有些知识（如热力学第一定律、理想气体平衡过程、卡诺循环等）的简单重复。现在有一种倾向，就是把课程的知识体系搞得尽可能完备，担心少了某些知识会造成知识体系的不完整。这种做法从课程内部来看无可厚非，但从不同课程构成的体系着眼，却是不利于学生学习的。因为简单的知识重复会造成学生的反感，影响学习的积极性。
从更高层次看，大学的天职是探究高深学问，这是美国教育哲学家布鲁贝克的基本思想。但是，现在的理工科课程往往聚焦于公式、热衷于计算、侧重于记忆，使得大学高深学问的核心价值被弱化。学问之所以成为学问，关键在于问，在于学习之后的思考，而且是深入、持续的思考。而现行理工科教学把计算结果作为教学的终点，是有悖大学教育精神的。
其次，要通过材料物理化学深入认识高等数学的思想与方法。现行物理化学往往工具性地使用多元函数等高等数学知识。而材料物理化学应该承担跨课程的更高层次任务，即促使学生加深对数学知识的认识。物理化学知识本身，为这种深入认识提供了绝佳的对象。例如，多元函数的偏导数理论，可以在物理化学中得到充分的应用，使学生透过偏导数的数学形式看到物理本质；再如，全微分概念在物理化学中有非常明确的对象，即状态函数，状态函数具有全微分的所有数学性质。因此，将全微分理论与物理化学的状态函数概念结合，能进一步深化认识，加强对数学理论的理解。
最后，应该积极借鉴数理哲学知识，使一批基础概念的引入更加自然。例如，状态函数理论起源于德国哲学家弗雷格的数理哲学理论，这一哲学流派试图将文字符号化，进而数学化。弗雷格用文字替换函数中的自变量，从而为状态函数概念奠定了基础；又如，标准态是物理化学的重要概念，但很少有人意识到它是测量的基础，而测量通常属于原始概念，因此不再进一步解释。事实上，所有的测量都离不开比较，而比较涉及参比的标准问题，也就是标准态问题。逻辑上，人们一定选择客观的、自身保持不变的事物作为比较标准，如长度、时间等物理量都是这样比较而来的。对于物理化学中的温度概念，也有比较及参比对象的状态问题，这才有冰点概念，进而规定0℃，因为0℃是冰水混合物得以长期维持的温度，它既客观又稳定，因此可以作为稳定的标准态。不难看出，比较、标准、客观、稳定等都属于哲学范畴，如果不从哲学的层次给予分析，物理化学中很多基本概念很难深入认识和理解。因此，从哲学的高度认识与理解它们，并用来指导物理化学的教学，是大有裨益的。
通过以上分析不难看出，材料物理化学的知识体系应该侧重材料专业。同时，在课程间知识衔接、数理知识的深化认识、哲学概念借鉴等更高的层面上，也应该做积极的探索，以适应材料专业的发展。
二、认知方法改造
前面的讨论主要集中在知识体系上，比知识体系更高的层次是认知方法，它们之间恰恰是“鱼与渔”的关系。下面从四个方面介绍材料物理化学课程的认知方法改造。
1．改变从一般到特殊的大一统顺序
现行物理化学遵循从一般到特殊的知识展开逻辑，这一点从系统、环境、状态函数、内能，特别是熵概念上，体现得非常充分。在教材中，都是先介绍这些概念的一般定义，然后举例说明，或用例题给予进一步的解释。表面上看，这种认知方式无可厚非；但从认知理论看，有些情况下就会产生问题。根据认知理论，概念是有不同类别的，像焓、吉布斯自由能、化学势等，属于非原始概念，即它们是通过一些更为基本的概念定义而来的。对于这类概念，遵循从一般到特殊的认知规律，先给出普遍定义再做出具体的解释与说明，是完全合理的；而前面提到的系统、环境、状态函数、内能、熵等，则是原始概念，原始概念的认识有着另外的规律，那就是借助感性，而非完全的理性与逻辑。
因此，对一些原始概念，应该改变传统的从一般到特殊的认知方式，强化感性认识，通过大量的感性体验来逐步建立相关概念，最后给出定义。需要特别指出的是，如果按照上述理论，物理化学中熵概念的介绍方式必须做出重大调整，即首先通过丰富多彩的与熵有关的事实，极力强化对于熵的感性认识，然后给出熵的一般定义。但是，国内物理化学教材几乎无一例外地通过逻辑推理的方式演绎出熵概念，这是熵概念教学效果较差的原因之一，而熵是物理化学中最重要的新概念。
2．更加重视形象化与简约化
由于物理化学课程固有的抽象性，一些影响很大的物理化学教材都很重视概念的形象化，因为形象化符合人的认知方式。但是，物理化学中概念的形象化程度还不能满足学习要求，因为一些核心概念的教学还在采用抽象定义、数学公式、数值计算的模式，使得相关的概念、理论无法真正为学生所理解。根据我们的教学经验，内能、焓、熵、吉布斯函数、溶液、化学势、活化能等一批基本概念，都存在过于抽象的问题。因此，应该强化教学过程的形象化，多举例子，使这些概念更多地联系已经建立的概念，特别是生活常识。
现行物理化学的另一个问题是：体系过于庞杂，知识点众多，公式比比皆是。造成这种现象的原因是过分追求学科知识的完备性，殊不知书本上知识的完备不等于学生头脑中知识的完备。因此，必须设法简化知识，使教学进程保持一定的速度，而不是拘泥于细枝末节。从技术的角度看，可以借助前面提到的凝聚态概念，来简化热容、标准态等知识点，甚至可以淡化焓与亥姆霍兹函数，因为在这两个热力学函数中，都涉及pV项，而根据凝聚态特征，该项由于数值极小而可以忽略。这样一来，8大热力学基本函数就简化为6个，这会使教学重点更加突出，使学生的记忆负担减轻，从而有更多时间去深入探究那些对材料专业真正重要的概念。
3．概念的多角度阐释
概念作为学科的核心与基础，有着无与伦比的作用。在初学阶段，建立清晰的概念，深入理解概念，灵活应用概念，是教学的中心。但是，如何强化概念教学却是一个长期未能很好解决的问题。根据认知理论，概念的建立和形成与同一事物的不同角度认识有关。例如，化学势是物理化学的重要概念，但其引入过程基本是数学式的，结果使学生产生化学势不过是偏导数的错误认识。事实上，化学势是地地道道的物理概念，它源自物理学中势能概念，结合了化学组成的因素，从而形成这个新概念。因此，从物理角度学习化学势，就应该首先介绍物质的量对势能的影响，然后介绍组成变化带来的进一步影响（这就是化学势概念的核心）。按照这个思路，就会发现现行物理化学少了一个环节，即纯物质条件下化学势的物理意义，因为相关教材中只从数学的角度做了定义。事实上，稀溶液的依数性、固溶体、杠杆定律等概念也有类似问题。
4．例题习题作用的重新定位
对于物理化学课程，例题习题的重要性不言而喻。但是，例题习题的作用到底是什么？是简单展示与机械复习吗？是真正解决问题吗？这样深究下去，就会发现例题习题的作用还真是值得探讨的问题。根据认知理论，简单、机械的操作的价值并不大，它一方面乏味，另一方面耗费时间，其结果不过是强化了公式记忆与运算熟练，但对知识的深入理解并无太大的帮助。对于物理化学课程而言，学习的关键是理解，特别是针对基本概念的深入理解，以及理解基础上的广泛应用。因此，应该从深入理解与广泛应用的角度，重新审视例题习题的作用，使它们的作用不仅仅局限于记忆与运算，而是提升到更高的层次。例如，冰溶化成水的相变过程，等压热是容易计算的；但是，计算出了结果后，如何进一步分析数据，找出吸收的热量的内能存在形式及各种内能变化的比例关系，这些才是真正需要引导的方向。这方面的改革工作任重道远，一方面原因是由于学生长期受应试教育影响，习惯于机械做题；另一方面原因是教师本身也没有真正认识到例题习题的高层次价值，而把它们简单视为记忆与运算的工具。进一步讲，我们主张将例题习题搞成开放式的，而不是以计算结果为终点的封闭体系，使学生的思想在计算结果的基础上进一步延伸，去领略概念的深层次含义，或概念的广泛联系。
综上所述，尽管物理化学是非常经典的课程，但从材料专业的角度重新审视，其改革空间还很大。要站在经典物理化学的“巨人之肩”，通过认真反思与深入分析以及扎扎实实的教学实践，建设既有材料专业特色、又体现先进认知方法的新型材料物理化学课程。
[本文系南京理工大学教改资助项目“材料专业基础课概念－问题－探究教学模式研究”阶段性成果之一]
物理化学课程建设 篇12
关键词：物理化学实验,仿真平台,模拟实验
在大学化学实验中,物理化学实验是难度较大的一门实验课程,要顺利完成实验,之前的预习显得非常重要,并且随着招生规模的扩大班级的增多,实验室和教师的紧缺的矛盾已经日益突出, 同时由于实验学时压缩而带来课时不足的问题也已显现,学生实验能动性差,依赖性强,实验往往应付了事[1,2]。目前国内物理化学实验主要通过物理化学实验教材的预习和在物理化学实验室完成实验操作。针对这些问题,配合我校主编的江苏省精品教材,我们开发建设了物理化学实验仿真平台,该平台应用在教学中取得了良好的效果。
1 物理化学实验仿真平台的建设
1.1 物理化学实验仿真平台建设的必要性[3,4]
(1)改变传统实验教学中存在的教学方法单一、知识学习和实验动手操作相互分离的不足。传统的物理化学实验教学模式中,学生在预习阶段对实验仪器和用品缺乏直观认识,仪器的使用过程和实验步骤完全靠想象,而想像和具体操作又存在很大偏差。因此,学生对实验的操作流程并不明确,概念不清,理论不明,常常是糊里糊涂地做完实验,结果是收获甚少。仿真平台的应用有助于提高学生学习主动性和创造性。全面体现“自主性”与“探究性”的实践教学模式。
(2)在实践教学中有益于拓宽实验渠道,有助于增加学生动手实践机会,可以进行实验前的预习和实验后的复习巩固,是现有实验教学的有益补充。
现有实验教学中学生操作仪器时间较少。物化实验的特点是使用电子仪器多,而前几门化学实验课大多用玻璃仪器,所以学生对所使用仪器陌生,在预习实验中,学生仅在教材中看到仪器的示意图,对仪器的整体构造,只有大致了解,而且相当大部分的仪器只在一个实验中使用,在反复压缩课时的情况下,使学生在有限的实验时间内,熟练掌握所用的各种仪器仍是难题。因此物化实验普遍存在学生不能熟练掌握所用仪器,即使对选拔出来参加物理化学实验竞赛的学生,情况也不乐观。
(3)可减少实验设备的维护强度,缓解当前实验设备不足,学时紧张等矛盾,实现理论教学和实践教学的有机融合,在现有师生比情况下,更好地保证实验教学环节的效果。
目前,随着招生规模的扩大班级的增多,实验室和教师的紧缺的矛盾已经日益突出,实验室满负荷运转,我校每年都有一千多学生进入物理化学实验室,而且由于实验学时压缩而带来课时不足的问题也已显现。实验如预习不充分,会导致仪器的损坏或实验的失败,仪器的损坏使得学生缩手缩脚,实验的失败挫伤了学生学习的积极性。这些在使用了仿真平台后大为改观,同时使药品等的损耗降至极低。
(4)有助于提高学生对实验的兴趣和预习的质量,开拓学生的思路,提高学生的计算机应用能力。
由于教材是大量文字配以少量的图片,枯燥、乏味,面对一个个将要进行的实验步骤,学生往往缺乏耐心,不能看完整个实验。而仿真平台,直观、可互动、仿真度高,有助于提高对实验的兴趣,从而在进入实验室前,对实验有整体的了解。
1.2 所建物理化学实验仿真平台的特色
仿真平台的建设是我校2008年教学质量工程立项内容之一,依托我校教师主编的江苏省精品教材《物理化学实验》,软件脚本的编写由教师们完成,软件由专业公司编写,共包括:“温度的控制及液体黏度的测定”、 “液体饱和蒸汽压的测定”、“燃烧焓的测定”、“二元液系气液平衡相图”、“电动势的测定和应用”、“阳极极化曲线的测定”、 “蔗糖水解反应速率常数的测定”、“乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定”、“液体表面张力的测定”及“表面吸附量的测定”[5] 等十个实验(如图1),具有完整的实验教学环节的仿真,包括目的、原理、实验步骤、仪器、数据处理和实验思考,挂在了我校化工学院的网站上,学生们只要上网,可随时随地访问,进行仿真实验,可以反复进行,给学生一个细致观察、独立思考的可能,起到突出教学和实验的主要因素、进而突破难点的作用。
所建仿真平台具有科学性强、设计合理、互动性强、界面友好、仿真程度高及教学辅助效果好等特色。
2 物理化学实验仿真平台的应用
仿真平台自2011年下半年挂上网至今已有近两万次点击量,我们在2009级、2010级两届学生中作了物理化学实验网络仿真平台使用问卷调查,同学们充分肯定仿真平台建设的必要性、有效性和其特色,也指出有待改进的地方。
如液体饱和蒸汽压的测定实验中,等压计的原理学生在预习过程中,一般不容易看懂,从而导致在实验过程中,空气赶得不彻底或漏入过量的空气,导致乙醇气体不纯而使饱和蒸气压偏大。通过仿真平台进行预习后,很容易理解等压计的原理,而使实验顺利进行,其实验结果与文献值相当接近;再如燃烧焓的测定是操作最为复杂的一个实验,以前老师往往要化上一节课进行实验前的讲解,效果仍不理想,经常出现各种误操作:有将应倒入内筒的水倒入绝热层内、有电极插上立即点火、有温度探头未移入测量系统等而导致实验失败,这个实验一般没有时间重做,因而学生倍受挫折。通过仿真平台进行预习后,对该实验的三个步骤:氧弹的准备、水温的调节及仪器的装配和开始实验,每一步骤的关键和注意点都清清楚楚,使该实验的成功率达95%左右,少数班级可达100%。
3 结 语
仿真模拟实验是计算机技术飞速发展的产物,是一种现代化的教学手段,可以弥补传统教学手段的不足,当然仿真实验不能替代实验室的操作。因为仿真实验会降低学生对实验真实的感受,减弱学生的基本操作技能,长期下去会影响他们的实验技能,但作为传统实验的补充手段是行之有效的。
我们所建的物理化学实验仿真平台还存在着一些有待于进一步改进的方面,如目前学生使用仿真平台进行预习和复习完全是出于自觉,如何进行有效地统计学生是否已经进行网上预习以及网上预习质量如何,该软件尚无此方面的功能;以及所设置的实验思考题如何做到千方百计地引导学生思考实验相关的问题等这些都需要我们继续努力。
参考文献
[1]侯向阳,高楼军,李东升,等.物理化学实验教学改革实践与再思考[J].实验室研究与探索,2006,25(11):1423-1425.
[2]黄允中.在物理化学实验中引入信息技术的探索[J].实验室研究与探索,2007,26(5):5-6.
[3]张庆轩,王晶.物理化学实验教学改革及其仿真设计课件的开发[J].广东化工,2010,37(3):216-217.
[4]熊焰,姚俊.在线仿真物理化学虚拟实验系统的开发[J].化工高等教育,2012,123(1):26-29.