物理化學教學改革與實踐

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[摘要]針對物理化學課程特點，分析了“新大學”物理化學教學中存在的課程結(jié)構(gòu)難以適應“新大學”學生學習需要，難以做到教師教學主體與學生教學中心的統(tǒng)一，重理論輕實踐，對學生創(chuàng)新意識和實踐能力的培養(yǎng)不夠等問題，提出了準確把握培養(yǎng)對象和目標，精選教學內(nèi)容；注重基本理論的發(fā)現(xiàn)與應用教學，提升學生學習的探究能力；理論聯(lián)系實際，著力提高運用所學知識解決實際問題的能力；重視物理化學實驗教學，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識與實踐能力；運用現(xiàn)代教學技術(shù)，提升教學效果等教學改革措施。

[關(guān)鍵詞]新大學；物理化學；教學改革

1“新大學”物理化學教學面臨的問題

1.1物理化學傳統(tǒng)的課程結(jié)構(gòu)難以適應“新大學”學生的學習需要

“新大學”學生的知識能力水平與大學精英教育時代的本科生會差異明顯。在物理化學實際的教學過程中，不少教師忽視的培養(yǎng)對象的變化，仍然沿用以往的教學模式，講授的內(nèi)容偏難偏深，主要是認為學生具備相應的知識能力，也沒有及時收集學生的學習反饋，結(jié)果導致學生的學習效果普遍不理想，課程考試不及格率過高的現(xiàn)象時有發(fā)生。通過我校近十年來物理化學課程考試成績統(tǒng)計分析可以看出，考試及格率和平均成績呈曲線上升的趨勢，學校升本之初的五年學生物理化學考試及格率在48%以下，隨著物理化學課程教學改革的實施，近三年考試的及格率達到82%，平均考試成績也由升本初期的不及格到2018年的72.3分。

1.2物理化學教學難以做到教師教學主體與學生教學中心的統(tǒng)一

物理化學是一門理論抽象、推理繁瑣的課程，既難教也難學。教師作為課堂教學的主體因課程內(nèi)容繁雜，難度大，課時有限，只是習慣性的注重理論知識的灌輸，缺乏針對的學生的特點，取舍教學內(nèi)容，編排教學計劃的動力。學生作為教學的中心，往往只能被動接受，缺少有效的學習方法和手段。實際上，物理化學的學習，無論是對學生的學習能力還是思維能力都有較高的要求，需要學生對本課程的投入程度更高。在物理化學學習過程中，很多關(guān)系式和定律往往都需要在一定的數(shù)學推導，一些概念的條件和結(jié)論都需要學生很好的掌握，對物理化學基本概念的內(nèi)涵和外延都要有較為深入的理解，這些都需要學生較好的掌握高等數(shù)學知識，具備較強邏輯推理和抽象思維能力。很多化學材料類專業(yè)學生在學習本課程的初期還覺得內(nèi)容能聽懂，后來漸漸難以跟上學習進度。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的根本原因就是教師這個教學主體沒有融入學生這個教學的中心。幾年來的教學研究表明，我?；瘜W材料類專業(yè)物理化學課程教學時數(shù)減少了，教學內(nèi)容優(yōu)化了，課程學習對學生考研升學、就業(yè)能力的支撐更強了。隨著教學主體與教學中心的結(jié)合，教學效果明顯提升。

1.3物理化學教學仍然重理論輕實踐，對學生創(chuàng)新意識和實踐能力的培養(yǎng)不夠

物理化學的學習需要將抽象數(shù)學方程與實際物理化學反應過程對應起來。學生們在進行數(shù)值的處理時，常常忽略了這些數(shù)值的物理意義，甚至會接受負的壓強、負的絕對溫度、負的速率常數(shù)、反應一段時間后，反應物的濃度比初始濃度高等等這樣計算結(jié)果與其實際物理意義不一致的情況。相對于其它課程，數(shù)學運算、邏輯推理和抽象思維能力的不足對物理化學課程學習的影響更加明顯，物理化學中方程解算的每一步都很大程度上受其物理意義的控制，對這些方程的理解和演算又需要很強的邏輯推理和抽象思維能力。教師在實際的教學過程中，往往只注重講授基本的物理原理、化學原理和大量公式的推導，忽視了將物理化學的基本理論與實踐相結(jié)合，缺乏對學生數(shù)學計算、邏輯推理和抽象思維能力的培養(yǎng)，對學生創(chuàng)新意識和實踐能力的培養(yǎng)也明顯不足。因此，如何在物理化學教學過程中理論聯(lián)系實際，提升學生的創(chuàng)新意識和實踐能力，就成為物理化學教學改革的重要課題。

2“新大學”物理化學教學的改革與實踐

2.1準確把握培養(yǎng)對象和目標，精選教學內(nèi)容

物理化學課程的教學內(nèi)容主要有化學熱力學、電化學、化學反應動力學、表面及膠體化學、統(tǒng)計熱力學和量子化學。國內(nèi)綜合性高?；瘜W材料類專業(yè)的物理化學課程除了系統(tǒng)講授化學熱力學、電化學、化學反應動力學和表面及膠體化學外，還講授統(tǒng)計熱力學基礎和量子化學基礎，也有些高校不將統(tǒng)計熱力學基礎和量子化學基礎作為教學內(nèi)容；而很多歐美名?；瘜W材料類專業(yè)也是將統(tǒng)計熱力學和量子化學放在研究生階段學習[3]。因此，我們在選擇教學內(nèi)容時果斷放棄了統(tǒng)計熱力學和量子化學部分的理論教學，而是專注于化學熱力學、電化學、化學反應動力學和表面及膠體化學這四大部分內(nèi)容的教學，同時增加實驗項目數(shù)（見表1）。在實際的教學中，不但要講好物理化學基本概念和基本原理的理論推導和實際應用，還要講述這些經(jīng)典理論的發(fā)現(xiàn)過程以及物理化學相關(guān)領(lǐng)域的最新成果。盡量采用學生們喜歡的角度和方法，將物理化學的知識體系展示在他們面前，引導學生深入研究。通過優(yōu)化課程內(nèi)容，改進教學方法，加強課堂教學管理，擠掉課程中的“水分”，增強物理化學課程的專業(yè)根基和人才培養(yǎng)目標的契合度。

2.2注重基本理論的發(fā)現(xiàn)與應用教學，提升學生學習的探究能力

人類認識事物的過程是從感性到理性，學生的學習特點也遵循這個特點。很多學生覺得物理化學很難，在學習這門課的一開始就失去了學習興趣，就是因為物理化學是一門理論性很強的課程[4]，特別是本課程開始的內(nèi)容熱力學第一定律，需要一定的數(shù)學推導，如果學生沒有及時理解所學內(nèi)容，那么對這個知識點的掌握程度就不夠。學生就慢慢失去學習的主動性，對物理化學的學習變成被動的記憶，而被動的記憶使學生缺乏發(fā)現(xiàn)不同知識之間的聯(lián)系的能力，他們認識不到課程中不同內(nèi)容的關(guān)聯(lián)，也不能認識到不同課程中相關(guān)內(nèi)容的聯(lián)系，特別是物理化學為所有化學材料類專業(yè)課程提供理論基礎，這種聯(lián)系對其應用非常重要。在物理化學教學過程中，一開始就注重講述經(jīng)典理論的發(fā)現(xiàn)過程，可以引起學生對這個問題的興趣，提升他們對物理化學的感性認識，進而產(chǎn)生進一步研究的欲望。在教授物理化學基本理論時，可以從這些理論產(chǎn)生的背景說起，詳細講述當時人們?yōu)槭裁磿芯窟@個問題，有哪些科學家提出了哪些不同的說法，這些說法對這一理論有什么貢獻，這些理論是在什么樣的實踐中產(chǎn)生的，又有什么樣的實際意義，可以解決哪些問題。這些感性的描述學生聽到懂也喜歡聽，可以激發(fā)學生學習物理化學的興趣。接著再引導學生進行理論推導和實際應用，使得學生的學習有漸入佳境的感覺，學習物理化學的積極性與主動性自然也會有大幅的提升。

2.3理論聯(lián)系實際，著力提高運用所學知識解決實際問題的能力

物理化學課程中基本理論很多，在進行理論公式的數(shù)學推導時，要盡可能解釋其背后的物理意義，這樣有利于學生將數(shù)學公式與物理化學過程緊密聯(lián)系起來，促進他們對理論知識的理解。尤其要注重引導學生從化學現(xiàn)象中總結(jié)科學規(guī)律，將這些科學規(guī)律與數(shù)學模型聯(lián)系起來，從而得到實用的計算公式。只有學生親自完成上述學習過程，他們才能清晰地理解這個計算公式的物理意義及其適用范圍，學生也能夠通過這個學習過程來提高自身的數(shù)學計算、邏輯推理和抽象思維能力。比如：學生在進行系統(tǒng)體積功的計算時會遇到很多困難，不少學生只會被動的記下各種體積功的計算公式，到實際應用的時候只會簡單套公式而不能得到正確的答案。如果在體積功求算的教學過程中，從最簡單的自由膨脹過程開始，再到恒外壓過程再到恒溫（絕熱）可逆過程，從簡單到復雜，同時將這些變化過程與相應的pV圖結(jié)合起來，指導學生怎樣由過程線計算體積功（面積），再進一步得到各個過程的計算公式，就能使學生從本質(zhì)上理解怎樣計算體積功，明晰不同計算公式的適用條件，并且這種從具體實驗到圖形解讀再到數(shù)學模型的學習過程本身也是對學生的數(shù)學運算、邏輯推理和抽象思維能力提高的過程。

2.4重視物理化學實驗教學，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識與實踐能力

實驗實踐教學是培養(yǎng)應用型人才的重要手段，而化學是以實驗為基礎的學科[5]，物理化學實驗是物理化學教學的重要支撐。一方面物理化學實驗教學可以促進學生對所學的理論知識的理解，如一個燃燒熱測定實驗就可以促進學生對熱力學能、焓、定壓反應熱、定容反應熱等概念的理解，還能幫助學生明晰定壓反應熱與定容反應熱，以及化學反應的熱力學能變與焓變的關(guān)系。另一方面物理化學實驗能夠提高學生的綜合能力，在解決物理化學實驗過程遇到的實際問題時，可以進一步幫助學生提高綜合運用所學知識解決實際問題的能力。

2.5運用現(xiàn)代教學技術(shù)，提升教學效果

隨著計算機網(wǎng)絡時代的到來，在物理化學的教學過程中運用計算機網(wǎng)絡技術(shù)，能夠顯著提升物理化學的教學效果。在物理化學教學中，運用3D動畫技術(shù)模擬物理化學變化的過程及其微觀結(jié)構(gòu)的變化，可以使學生能夠清晰直觀的了解整個變化的進程，并能準確的把握實驗中物質(zhì)的宏觀性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系，促進學生對物理化學基礎知識和基本理論的理解。當代大學生是在網(wǎng)絡環(huán)境下成長的一代，對網(wǎng)絡技術(shù)的掌握和運用非常純熟，利用網(wǎng)絡對學生進行物理化學實驗基礎知識和安全常識的教育可取得事半功倍的效果。在網(wǎng)上建立物理化學實驗基礎知識和安全常識學習平臺和試題庫，指導學生在進行實驗操作前使用手機通過網(wǎng)絡進行學習和考核，在進行實驗操作前做到人人過關(guān)。這樣既能夠保證學生在進行物理化學實驗之前進行充分的預習，提升實驗教學的效果，又能加強對學生的實驗安全教育，提高安全意識。教師在物理化學教學過程中，線上與線下結(jié)合起來，在網(wǎng)上與學生分享物理化學相關(guān)的背景資料，交流物理化學學習的經(jīng)驗與體會，針對性進行答疑解惑。既可以豐富物理化學的知識體系，激發(fā)學生的學習興趣，讓學生能夠隨時隨地學習，又能增強教師對學生學習情況的了解，促進教師有針對性的進行教學調(diào)整，提升教學效果。運用現(xiàn)代教學技術(shù)手段，能夠提高學生學習物理化學的積極性和主動性，豐富學習內(nèi)容，拓展學習的時間與空間，提升物理化學的教學效果。

3結(jié)語

在物理化學教學過程中要準確把握“新大學”學生的特點，以學生為中心，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，少一些理性的說教，多一些感性的認知，積極引導學生從被動接受知識到主動探索知識，注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐素養(yǎng)的提升，不斷提高物理化學的教學效果，從而為化學材料類專業(yè)學生奠定良好的專業(yè)基礎理論和實踐知識，培養(yǎng)出更多社會迫切需求的高層次應用型人才。

參考文獻：

[1]柳友榮.中國“新大學”：概念、延承與發(fā)展[J].教育研究.2012（1）:75-80.

[2]劉俊吉，周亞平，李松林，等.物理化學[M].6版.北京：高等教育出版社，2017：1-2.

作者：吳國志 桂君 汪賢才 單位：池州學院 化學與材料工程學院