《物理化学》课程内容重组以培养创新人才

徐文媛

摘要：北大清华提倡的培养创新人才都强调“厚基础，重创新”，在此前提下，《物理化学》课程也需按此思想，加强重点理论部分的教学，同时拓展实际应用和科学前沿的内容，以增加学生兴趣并学以致用。

关键词：物理化学；创新人才培养；课程内容；改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）08-0211-02

一、前言

调研各高校的课程设置都凸显了前沿性知识不足的问题，这严重阻碍了创新性应用人才的培养。而北京大学的“元培计划”[1]，清华大学的“清华学堂”[2]等，都在培养创新型应用人才[3-7]方面不遗余力，虽办学理念各有特色，但都强调“厚基础，重创新”。厚基础就应该加强基础理论课的教学，重创新就应该加强理论课与实际应用之间的联系。

而物理化学是物理和化学的交叉课，也是有机、无机、分析等学科基础课的基础，亦是高分子材料类、化学化工类、环境工程类、生物制药类等专业的基础，其地位为重中之重。其课程教学内容庞杂、概念多而抽象、逻辑理论性强、公式多而繁杂。因此物理化学对教师而言难于教，对学生而言难于学，属于枯燥乏闷的纯理论课。

为了调动学生学习基础理论课程的兴趣，同时满足培养创新人才的需求，就必须解决理论课程枯燥乏闷的问题，就必须优化、重新组合教学内容、弱化数学推导、增加学科前沿等知识应用，做到“重点精讲、难点讲透、了解的知识点到即止”，将理论知识与前沿应用有机结合，学生通过一门课程的学习既可以收获理论知识，又可以收获相应的学科前沿，既培养了学习兴趣，又可以学以致用。

二、《物理化学》课程内容重组改革方案

为培养创新应用人才，同时满足教学规范，结合学科前沿，调整教学内容，重新制作PPT，让学生对物理化学的重点内容熟悉掌握，对难点内容能够吃透，对一般知识能了解并自学，提高学习兴趣，为后续课程的学习打下良好的基础。

（一）重组教学内容

很多高校化学、高分子材料与工程、环境工程、给排水等专业大二开设物理化学课程之前已在大一先修了普通化学、现代化学基础、大学物理等课程。而物理化学中热力学、卡诺循环、化学平衡等内容与前期课程课程有部分重复，再根据专业教指委的文件，我们对教学重点内容进行精讲，对难点内容讲透，对重复部分直接略过，对于了解的知识点以学生自学、略讲或老师提供课件等方式学习。注重理论和概念的讲解，讲清概念，通过概念引出重点和公式，通过简单推导，给出公式的应用条件。既保持了物理化学的系统性和逻辑性强的特点，突出重点和难点，又让学生在掌握重要知识点的同时，能理解物化课程的思维方式。因此，《物理化学》的教学内容应做如下调整：

第一章气体：对气体的经验定律可以略过，初高中应该学过，直接介绍理想气体的定义和状态方程即可；对于气体定律方面，分压定律和分体积定律可以让学生自学，只介绍扩散定律即可；实际流体部分是难点，可以重点介绍实际流体的状态方程；超临界流体部分可以挪到后面讲相图时一起介绍。第二章热力学第一定律：基本概念包括可逆过程、状态和状态函数等要仔细讲；热、功和内能的定义部分仔细讲；体积功的计算部分要仔细讲，特别要讲一些例题。而第一定律的表达式部分则可以略讲，因为大学物理已经学过。第三章热力学第二定律：卡诺循环可以略去，因为大学物理已经学过；熵函数、克劳修斯不等式熵增加原理、亥姆霍兹和吉布斯函数重点讲，热力学基本关系式略讲，热力学第三定律自学。热力学的统计意义可以放在统计热力学中讲。第四章多组分系统热力学与相平衡：重点讲偏摩尔量、化学势的概念、依数性，而化学势的公式部分可以重点介绍气体、理想溶液的化学势计算，其他的公式可以让学生自学；相平衡的基本概念、相律、单组分系统和二组分系统相图重点讲。第五章化学平衡：重点介绍平衡常数的计算、与吉布斯函数的关系、反应方向和限度的判断；而化學平衡的移动可以自学，因为勒夏特列原理高中已经学过；而弱酸弱碱及盐等的电离、水解平衡等可以略去，因为普化已经学过。第六章电化学：法拉第定律、离子迁移数、电导率和摩尔电导率等要重点讲，而德拜-休克尔极限公式可以自学；可逆电池及其热力学、电池设计、电极电势、分解电压等要重点讲，而可逆电极的类型、金属的腐蚀和化学电源可以自学。第七章动力学：浓度、温度、基元反应、质量作用定律、碰撞理论、过渡态理论、单分子反应理论要详细讲；快速反应测试、光催化、催化作用等可以让学生自学为主；拟定反应历程的方法以例题来讲。第八章：表面和胶体：表面张力、弯曲液面的一些现象、溶液的吸附、铺展、润湿、固液界面的吸附、表面活性剂的概念、胶体的概念、胶体的动力学、光学和电学性质等要详细讲；表面热力学、不溶性表面膜、纳米科学、表面张力的测定等可以自学。

（二）跟踪课程学科前沿和现实应用，拓展学生视野

为了激发理论课程学生的兴趣，拓展视野，本课题将及时引入最新学科研究成果，同时引入相应知识点的生产和生活应用，及时更新教学内容，满足学生的求知欲，同时紧跟时代发展的步伐。因此，《物理化学》可增加如下学科前沿：

第一章气体：可以在扩散部分增加铀同位素的扩散分离、污水处理中氧的扩散传质速率等。第二章热力学第一定律：可以介绍太阳能的利用，并以地球为系统，太阳能的利用则为地球吸收的热量转化为地球内能的利用；还可以介绍快速焓探针、等焓加湿器等；可以介绍恒压热容在换热器设计中的应用，纳米铝的低温热容等；可以介绍绝热新型材料，绝热法研究反应动力学等。第三章热力学第二定律：可以介绍熵与感冒、发烧的关系以及熵在其他领域的应用等，吉布斯自由能的生物学意义等。第四章多组分系统热力学与相平衡：可以介绍半透膜采样技术、半透膜作用下仿生材料的制备、萃取的工艺、海水淡化的膜技术、盐湖中金属含量等。第五章化学平衡：在反应的耦合部分可以介绍低压人造金刚石的例子。第六章电化学：可以介绍铅碳蓄电池、燃料电池汽车、电解铸造技术、离子迁移谱仪、电导电极测定血清尿酸尿素、纱线含水率的电导测定等。第七章动力学：因为催化部分以自学为主，这里可以介绍一些著名的催化剂、催化反应和诺贝尔奖获得者在催化研究方面的例子。第八章表面和胶体：可以介绍防雨布、活性炭吸附、生活中表面活性剂的应用及其在土壤改良方面的科研进展。

三、改革的效果

根据专业教指委的要求，在授课过程中应有目的地教学，精讲课程的重点内容，对难点内容需讲透，对了解的内容点到即止，同时增加学科前沿知识，突出理论知识点的应用，提高学生对理论课程的学习兴趣，完成教学任务。《物理化学》课程内容重组的改革效果如下：

（1）以素质教育为核心，培养创新型的应用人才；

（2）强化《物理化学》课程的基础地位，同时增强纯理论课的应用性，培养学生的学习兴趣；

（3）增加知识点应用和学科前沿的知识内容，适应科技进步。

四、结语

让枯燥的纯理论课绽放科学的魅力，让学生在学习理论知识的同时掌握相应的科技应用和前沿，丰富了课堂内容，拓宽了学生的视野。高校大多数专业的学科基础课和专业课都有不少数量属于纯理论课程。其课程内容乏味、知识点陈旧，无法体现时代的特点，无法满足现代学生个性化和时代化的要求。因此将学科前沿的内容结合到现有的理论知识点，无疑给纯理论的课程注入了时代活力，亦可满足多元化教学的要求。其推广价值可见一斑。

参考文献：

[1]赵婀娜.北大“元培计划”培养拔尖人才[N].人民日报，2011-09-14（001）.

[2]王贵祥，张亦驰.清华学堂在线与《中国建筑史》MOOC课程[J].中国建筑教育，2015，（11）：28-35.

[3]杨燕婷.“互联网+”来了教育怎么变[J].中国教育网络，封面报道，2016，（01）.

[4]周绪红，李百战.国际化引领新时代高校拔尖创新人才培养[J].中国高等教育，2018，（2）：28-30.

[5]游畅，王阳，朱晓超，等.科学选拔创新人才的理念、方法与成效[J].华东师范大学学报（教育科学版），2018，（3）：115-124.

[6]秦炜炜，王穗东.新工科教育的融合创新与路径突破——苏州大学纳米科技创新人才培养的案例研究[J].高等教育研究，2018，39（2）：79-84.

[7]杨志军，张澄博.研究型大学精英型创新人才培养模式探索[J].教育教学论坛，2018，（3）：1-4.