《物理化学》课程教学改革探索

朱睿健

（南京工程学院材料科学与工程学院 江苏·南京 211167）

物理化学是一门应用物理学的基本原理、实验方法和必要的数学手段，研究物质变化中的物理现象和化学现象之间的关系和规律的学科，是联系化学、物理、材料、环境、生物医药等各学科的理论纽带，是解决生产实际和科学研究的理论、揭示其本质的基础性二级学科。在材料专业的人才培养方案中是一门十分重要的专业基础课程，为后续很多课程包括材料科学基础、金属热处理等打下基础。但是物理化学对学生和教师来说是一门非常难学，非常难教的课程，本文结合在物理化学教学中的经验和体会，探讨了这物理化学的课程特点，总结提出几点教学改革策略以提高教学质量。

1 物理化学课程特点

物理化学这门学科以普遍的物理规律出发，经过严密的的数学演绎推导，得到特定条件下的特定规律。由于物理化学的学科特点，导致这门课程相较于其它课程有以下几个特点：

（1）公式多条件多：物理化学是从普遍物理规律出发得到特定条件下的特定规律，所以不同条件下的结论都不同，用公式表达的结论多。整本书有上千个公式，需要掌握的超过100个。而且每一个公式都有它严格的适用条件，这个公式只适用于此条件。例如计算等温、等压、等容、绝热过程中理想气体的功热熵等，需要用到不用的公式，绝热过程中功的公式就不能用于其它过程。

（2）概念多且抽象：相对于物理学中的声光电热磁等直接物理现象，物理化学中的概念基本都是抽象出来的，焓、熵、自由能、化学势等皆如此。以熵为例，提出熵的概念需要从热机效率出发，构造卡诺循环计算出可逆过程的热机效率，得到可逆过程的热温商只跟始终状态有关，是状态函数，由此引出熵，为了讲清楚这个概念，需要耗费大量时间从实验现象中一步步抽象演绎出来。

（3）方法性强：实际理解处理物理化学问题时，如果方法得当，可以将一个很复杂的问题以简单的方法去理解，方法不当，就会将简单问题变得难理解甚至完全不理解。还是以熵为例，教材中在克劳修斯不等式中讲到：“可逆过程的热温商线积分等于零，不可逆过程小于零，”但是在引出熵的状态函数性质时，又说“熵是状态函数，只跟初始态有关，跟过程是无关”，学生非常不理解，这是方法不对，没有正确区分系统、环境和整体，克劳修斯不等式是以系统+环境作为整体考虑的，而“熵是状态函数”是相对于系统而言，经过可逆和不可逆过程系统的熵变是一样的，但是环境的熵变不一样。

由于物理化学课程的这些特点，导致学生们普遍反映课程抽象困难、知识点多、讲课枯燥、提不起兴趣，学习效率低，对这门课程产生恐惧甚至厌恶的情绪。这给讲授物理化学的老师提出了更高的要求，如果老师在课堂中单一地降解大量的理论知识，单方向的传授枯燥的内容，使得学生学习效能感低，教学效果差。而且目前的物理化学教材普遍注重理论概念讲解推导，与现代科学技术发展严重滞后，学生兴趣不高。因此在这篇文章中提出了几点物理化学教学过程中总结的经验，以提升学生的兴趣、主动性和学习效果。

2 案例设计

教师在教学前，应该认真分析教材，从自然界、工业生产、科学研究、生活中有趣的现象出发，找到与重要知识点相对应的案例，提出疑问，激发学生的兴趣和思考。案例需要与学生的知识层次相符，提出案例后引导学生思考为什么要抽象出相应的物理化学概念，和怎么推导出相应的规律。例如讲授第一张热力学第一定律时候，可以不从机械的降解热力学基本概念问题开始，而以温室效应为例，以地球为系统，太阳和宇宙为环境，引出下面的思考：地球是敞开/封闭/还是隔离系统？太阳对地球辐射是热还是功？地球对宇宙是否做功放热？为什么二氧化碳吸收了地球热辐射，地球温度会升高？有人提出给地球装上反射镜在热力学上是否能降低地球温度？这些不同于教材上枯燥的知识点的案例，学生会相当感兴趣，从而去思考热力学中的各种概念的内涵，从而更深刻的理解并应用热力学第一定律。

3 巧用问答法

巧用问答法，是教师设置有启发性和价值的问题，一环扣一环提问，诱发学生逐层深入思考，引导学生思维横向纵向深入发展。对于物理化学，需要从表面现象一步步向的理论基础上挖掘，启发学生的思维活跃性，学生就会接着反过来就不清楚的地方询问老师，进行高效深入的学习，能够避免课堂变成一潭死水。问答法是师生之间进行的交流过程，是教师可以有效地了解教学效果、掌握教学情况的反馈方法。例如在讲述混合物和溶液这章时，提问学生，“把一杯水放在室温空气中，水温度还是100摄氏度，为什么会蒸发？”教师回答学生：“这时水可以看成是水和空气的混合溶液，而空气中水蒸气的分压没有达到饱和蒸气压，所以水会继续蒸发直至达到平衡。”又有学生提出了个非常好的问题：“为什么经过了足够长的时间系统还没达到平衡？”这时教师可用平衡状态定义回答学生：“平衡状态温度处处相等，地面会吸收很多太阳光，温度较高，水易蒸发，到了高空，温度剧降，水蒸气凝结成小水滴或者冰晶，经过降雨或降雪又重回到地面，温度梯度和重力的共同作用使得水在地球表面形成了流动循环。”由此可以借由一个貌似平常的日常现象，有机地串联起物理化学各章节内容，让学生深入思考现象背后的物理化学根源，从而主动地深入理解这些抽象的概念，有效地提升教学效果。

4 研讨型调研汇报

在学期结束前安排一次小组讨论，教师根据讲授内容制定一些相关的、有趣的、难易适度的、与研究前沿相关的课题，课下进行分组调研、收集资料、小组讨论、整理、ppt制作，最后在课堂上进行汇报演讲，教师进行评价，并与其他学生一起进行提问。不同于传统的讲授教学中学生只能机械填鸭式得到一堆知识点，这种分组讨论演讲中学生主动对知识进行思考和内化，通过调研、收集资料、讨论、演讲等步骤，学生能够积极主动学习，提出了自己的疑惑，然后再自己努力得到答案，这样主动获得的知识理解的会更深，记忆的更牢固。例如布置过“晶体生长中的物理化学原理”的题目，学生小组分别查阅到区域熔炼法，提拉法，焰熔法，水热法等，从而深入学习了这些方法中背后关于二元相图和界面等物理化学理论，从而为之后的材料专业课程打下牢固的基础。

5 结束语

本文针对物理化学课程教学中存在的难点，以及学生在学习中出现的恐学、厌学、学不懂的问题，提出了几点教学策略。首先是教学前要做好案例设计，从自然界、工业生产、科学研究、生活中有趣的现象案例出发，提出疑问，激发学生的兴趣和思考。然后课堂上善用问答法，设置有启发性和价值的问题，一环扣一环提问，诱发学生逐层深入思考，引导学生思维横向纵向深入发展。最后是课程末尾开展研讨型调研汇报，学生就课题进行分组调研查阅资料讨论汇报，诱导学术进行主动深入学习。