物理化学教学改革与实践

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[摘要]针对物理化学课程特点，分析了“新大学”物理化学教学中存在的课程结构难以适应“新大学”学生学习需要，难以做到教师教学主体与学生教学中心的统一，重理论轻实践，对学生创新意识和实践能力的培养不够等问题，提出了准确把握培养对象和目标，精选教学内容；注重基本理论的发现与应用教学，提升学生学习的探究能力；理论联系实际，着力提高运用所学知识解决实际问题的能力；重视物理化学实验教学，培养学生的创新意识与实践能力；运用现代教学技术，提升教学效果等教学改革措施。

[关键词]新大学；物理化学；教学改革

1“新大学”物理化学教学面临的问题

1.1物理化学传统的课程结构难以适应“新大学”学生的学习需要

“新大学”学生的知识能力水平与大学精英教育时代的本科生会差异明显。在物理化学实际的教学过程中，不少教师忽视的培养对象的变化，仍然沿用以往的教学模式，讲授的内容偏难偏深，主要是认为学生具备相应的知识能力，也没有及时收集学生的学习反馈，结果导致学生的学习效果普遍不理想，课程考试不及格率过高的现象时有发生。通过我校近十年来物理化学课程考试成绩统计分析可以看出，考试及格率和平均成绩呈曲线上升的趋势，学校升本之初的五年学生物理化学考试及格率在48%以下，随著物理化学课程教学改革的实施，近三年考试的及格率达到82%，平均考试成绩也由升本初期的不及格到2018年的72.3分。

1.2物理化学教学难以做到教师教学主体与学生教学中心的统一

物理化学是一门理论抽象、推理繁琐的课程，既难教也难学。教师作为课堂教学的主体因课程内容繁杂，难度大，课时有限，只是习惯性的注重理论知识的灌输，缺乏针对的学生的特点，取舍教学内容，编排教学计划的动力。学生作为教学的中心，往往只能被动接受，缺少有效的学习方法和手段。实际上，物理化学的学习，无论是对学生的学习能力还是思维能力都有较高的要求，需要学生对本课程的投入程度更高。在物理化学学习过程中，很多关系式和定律往往都需要在一定的数学推导，一些概念的条件和结论都需要学生很好的掌握，对物理化学基本概念的内涵和外延都要有较为深入的理解，这些都需要学生较好的掌握高等数学知识，具备较强逻辑推理和抽象思维能力。很多化学材料类专业学生在学习本课程的初期还觉得内容能听懂，后来渐渐难以跟上学习进度。产生这种现象的根本原因就是教师这个教学主体没有融入学生这个教学的中心。几年来的教学研究表明，我校化学材料类专业物理化学课程教学时数减少了，教学内容优化了，课程学习对学生考研升学、就业能力的支撑更强了。随着教学主体与教学中心的结合，教学效果明显提升。

1.3物理化学教学仍然重理论轻实践，对学生创新意识和实践能力的培养不够

物理化学的学习需要将抽象数学方程与实际物理化学反应过程对应起来。学生们在进行数值的处理时，常常忽略了这些数值的物理意义，甚至会接受负的压强、负的绝对温度、负的速率常数、反应一段时间后，反应物的浓度比初始浓度高等等这样计算结果与其实际物理意义不一致的情况。相对于其它课程，数学运算、逻辑推理和抽象思维能力的不足对物理化学课程学习的影响更加明显，物理化学中方程解算的每一步都很大程度上受其物理意义的控制，对这些方程的理解和演算又需要很强的逻辑推理和抽象思维能力。教师在实际的教学过程中，往往只注重讲授基本的物理原理、化学原理和大量公式的推导，忽视了将物理化学的基本理论与实践相结合，缺乏对学生数学计算、逻辑推理和抽象思维能力的培养，对学生创新意识和实践能力的培养也明显不足。因此，如何在物理化学教学过程中理论联系实际，提升学生的创新意识和实践能力，就成为物理化学教学改革的重要课题。

2“新大学”物理化学教学的改革与实践

2.1准确把握培养对象和目标，精选教学内容

物理化学课程的教学内容主要有化学热力学、电化学、化学反应动力学、表面及胶体化学、统计热力学和量子化学。国内综合性高校化学材料类专业的物理化学课程除了系统讲授化学热力学、电化学、化学反应动力学和表面及胶体化学外，还讲授统计热力学基础和量子化学基础，也有些高校不将统计热力学基础和量子化学基础作为教学内容；而很多欧美名校化学材料类专业也是将统计热力学和量子化学放在研究生阶段学习[3]。因此，我们在选择教学内容时果断放弃了统计热力学和量子化学部分的理论教学，而是专注于化学热力学、电化学、化学反应动力学和表面及胶体化学这四大部分内容的教学，同时增加实验项目数（见表1）。在实际的教学中，不但要讲好物理化学基本概念和基本原理的理论推导和实际应用，还要讲述这些经典理论的发现过程以及物理化学相关领域的最新成果。尽量采用学生们喜欢的角度和方法，将物理化学的知识体系展示在他们面前，引导学生深入研究。通过优化课程内容，改进教学方法，加强课堂教学管理，挤掉课程中的“水分”，增强物理化学课程的专业根基和人才培养目标的契合度。

2.2注重基本理论的发现与应用教学，提升学生学习的探究能力

人类认识事物的过程是从感性到理性，学生的学习特点也遵循这个特点。很多学生觉得物理化学很难，在学习这门课的一开始就失去了学习兴趣，就是因为物理化学是一门理论性很强的课程[4]，特别是本课程开始的内容热力学第一定律，需要一定的数学推导，如果学生没有及时理解所学内容，那么对这个知识点的掌握程度就不够。学生就慢慢失去学习的主动性，对物理化学的学习变成被动的记忆，而被动的记忆使学生缺乏发现不同知识之间的联系的能力，他们认识不到课程中不同内容的关联，也不能认识到不同课程中相关内容的联系，特别是物理化学为所有化学材料类专业课程提供理论基础，这种联系对其应用非常重要。在物理化学教学过程中，一开始就注重讲述经典理论的发现过程，可以引起学生对这个问题的兴趣，提升他们对物理化学的感性认识，进而产生进一步研究的欲望。在教授物理化学基本理论时，可以从这些理论产生的背景说起，详细讲述当时人们为什么会研究这个问题，有哪些科学家提出了哪些不同的说法，这些说法对这一理论有什么贡献，这些理论是在什么样的实践中产生的，又有什么样的实际意义，可以解决哪些问题。这些感性的描述学生听到懂也喜欢听，可以激发学生学习物理化学的兴趣。接着再引导学生进行理论推导和实际应用，使得学生的学习有渐入佳境的感觉，学习物理化学的积极性与主动性自然也会有大幅的提升。

2.3理论联系实际，着力提高运用所学知识解决实际问题的能力

物理化学课程中基本理论很多，在进行理论公式的数学推导时，要尽可能解释其背后的物理意义，这样有利于学生将数学公式与物理化学过程紧密联系起来，促进他们对理论知识的理解。尤其要注重引导学生从化学现象中总结科学规律，将这些科学规律与数学模型联系起来，从而得到实用的计算公式。只有学生亲自完成上述学习过程，他们才能清晰地理解这个计算公式的物理意义及其适用范围，学生也能够通过这个学习过程来提高自身的数学计算、逻辑推理和抽象思维能力。比如：学生在进行系统体积功的计算时会遇到很多困难，不少学生只会被动的记下各种体积功的计算公式，到实际应用的时候只会简单套公式而不能得到正确的答案。如果在体积功求算的教学过程中，从最简单的自由膨胀过程开始，再到恒外压过程再到恒温（绝热）可逆过程，从简单到复杂，同时将这些变化过程与相应的pV图结合起来，指导学生怎样由过程线计算体积功（面积），再进一步得到各个过程的计算公式，就能使学生从本质上理解怎样计算体积功，明晰不同计算公式的适用条件，并且这种从具体实验到图形解读再到数学模型的学习过程本身也是对学生的数学运算、逻辑推理和抽象思维能力提高的过程。

2.4重视物理化学实验教学，培养学生的创新意识与实践能力

实验实践教学是培养应用型人才的重要手段，而化学是以实验为基础的学科[5]，物理化学实验是物理化学教学的重要支撑。一方面物理化学实验教学可以促进学生对所学的理论知识的理解，如一个燃烧热测定实验就可以促进学生对热力学能、焓、定压反应热、定容反应热等概念的理解，还能帮助学生明晰定压反应热与定容反应热，以及化学反应的热力学能变与焓变的关系。另一方面物理化学实验能够提高学生的综合能力，在解决物理化学实验过程遇到的实际问题时，可以进一步帮助学生提高综合运用所学知识解决实际问题的能力。

2.5运用现代教学技术，提升教学效果

随着计算机网络时代的到来，在物理化学的教学过程中运用计算机网络技术，能够显著提升物理化学的教学效果。在物理化学教学中，运用3D动画技术模拟物理化学变化的过程及其微观结构的变化，可以使学生能够清晰直观的了解整个变化的进程，并能准确的把握实验中物质的宏观性质与微观结构的关系，促进学生对物理化学基础知识和基本理论的理解。当代大学生是在网络环境下成长的一代，对网络技术的掌握和运用非常纯熟，利用网络对学生进行物理化学实验基础知识和安全常识的教育可取得事半功倍的效果。在网上建立物理化学实验基础知识和安全常识学习平台和试题库，指导学生在进行实验操作前使用手机通过网络进行学习和考核，在进行实验操作前做到人人过关。这样既能够保证学生在进行物理化学实验之前进行充分的预习，提升实验教学的效果，又能加强对学生的实验安全教育，提高安全意识。教师在物理化学教学过程中，线上与线下结合起来，在网上与学生分享物理化学相关的背景资料，交流物理化学学习的经验与体会，针对性进行答疑解惑。既可以丰富物理化学的知识体系，激发学生的学习兴趣，让学生能够随时随地学习，又能增强教师对学生学习情况的了解，促进教师有针对性的进行教学调整，提升教学效果。运用现代教学技术手段，能够提高学生学习物理化学的积极性和主动性，丰富学习内容，拓展学习的时间与空间，提升物理化学的教学效果。

3结语

在物理化学教学过程中要准确把握“新大学”学生的特点，以学生为中心，充分发挥学生的主观能动性，少一些理性的说教，多一些感性的认知，积极引导学生从被动接受知识到主动探索知识，注重培养学生的创新精神和实践素养的提升，不断提高物理化学的教学效果，从而为化学材料类专业学生奠定良好的专业基础理论和实践知识，培养出更多社会迫切需求的高层次应用型人才。

参考文献：

[1]柳友荣.中国“新大学”：概念、延承与发展[J].教育研究.2012（1）:75-80.

[2]刘俊吉，周亚平，李松林，等.物理化学[M].6版.北京：高等教育出版社，2017：1-2.

作者：吴国志 桂君 汪贤才 单位：池州学院 化学与材料工程学院