化工专业物理化学课程改革探索

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摘要：物理化学是化工专业的一门重要基础课，该课程对后续的专业课程学习奠定良好的理论基础.总结我校近几年化工专业物理化学课程的教学情况，介绍在化工专业物理化学课程教学过程中的心得体会，提出以实践能力培养为基础，通过改革教学内容，强化物理化学基础知识在化工实践中的应用，不断提高化工专业物理化学课程教学质量的思路.

关键词：物理化学；课程改革；化工专业；实践导向

0引言

“物理化学”课程是高等院校化学、化工、制药、材料和生化等专业的学生必修专业基础课之一.“物理化学”课程综合运用数学、物理等学科的理论和实验手段来解决化学反应中出现的问题，并研究在化学变化中所遵循的规律.物理化学是多种学科的理论基础，尤其在理科、工科化学系列课程体系中起着重要作用.由于“物理化学”课程的理论性强、公式多，学生在学习过程中难免觉得内容过于抽象而难以理解［1-2］，同时所学内容与实际应用联系较小，造成学习的畏惧感，学习效果不理想.鉴于物理化学在化工相关专业知识结构中所处的重要位置，尤其对后面要学习的“化工原理”“化工热力学”和“催化原理”等课程起着重要的铺垫作用，因此，“物理化学”课程的建设对高质量化工专业人才的培养至关重要.多年来，我校化学与材料科学学院物理化学课程组通过更新教育理念，在物理化学的教学内容、教学方法、教学思想和教师队伍建设等方面取得显著成效.完成“物理化学”省级精品课程的建设和验收工作，成效显著.“物理化学”课程团队被遴选为学校重点建设的课程团队.在这样的背景下，如何以实践为导向，在教学过程中培养学生的工科思维，提高他们解决实际问题的能力是工科物理化学教学值得思考的重要问题.

1调整理论教学内容，侧重工程实践导向

相比而言，我校开设化工专业的历史较短，所用物理化学教材也一直沿用我校化学（师范）、应用化学和材料化学专业使用的《物理化学》（第五版、南京大学傅献彩等编写）教材，以相应的《物理化学学习指导》（南京大学孙德坤和沈文霞等编写）作为学生的指导资料.在授课的过程中，虽然也积极拓展部分内容，在一定程度上解决与化工实践过程联系不密切的矛盾.但随着我校化工专业的建设和发展，如果继续使用偏重理论教学的物理化学教材显然不合时宜.以课程体系的改革为契机，基于实践导向的新教材的选用成为物理化学教学改革的出发点.从2014开始，精选天津大学物理化学教研室编写的《物理化学》（第五版）［3］工科教材作为我校化工专业物理化学课程教材.与原教材相比，天津大学编写的工科“物理化学”教材增加许多与实际工业生产相关的知识点，如真实气体的液化及临界参数、真实气体状态方程、二组分液体部分互溶系统的温度-组成图和完全不互溶系统的温度-组成图，以及多相化学反应等，目的是帮助学生能更好地了解和掌握物理化学原理在化工生产中的应用，有利于化工专业学生的工科思维的养成.另外，工科“物理化学”教材将电解质溶液、可逆电池电动势及其应用和电解与极化作用3部分内容合并为电化学，将化学动力学基础（一）和化学动力学基础（二）合并为化学动力学，既优化教学内容，又适当降低理论深度，更重要的是拓展学生的实践视野.本教材在我院近几年的使用过程中，获得学生良好的反响.另外，随着现代科学技术的快速发展，图文并茂、生动形象的教学课件对工科物理化学课堂教学的支撑作用是显而易见的.由于物理化学课程内容的抽象性，注重通过演示与基本原理相关的实验现象对接实践应用，让学生更好地理解所学理论知识与工程实践的直接关系［4］，更好地突出物理化学理论知识对工程实践的指导作用.在授课过程中，除讲授教材上的基础知识外，还注重把从事物理化学方面的科研体会以及最新科研成果有机地融入到物理化学教学过程中，更好地激发学生对“物理化学”课程的学习兴趣，使学生更加认识到物理化学在生活和化工行业中的重要性，同时也培养学生加快适应工业生产的能力和科学创新的思维能力［5］.

2优化课堂教学方法，注重实例说明理论

由于化工专业的学生将来所从事的职业与生产实践更加紧密相连，所以，采用何种教学方法才能更加有效地提高学生的工程实践能力是物理化学教学过程中面临的问题之一.物理化学内容抽象、公式多而杂，在课堂讲授中要更加注重结合具体实例来阐述理论内容，才能有效地帮助学生深入理解和接受所学的理论知识.例如，讲授界面现象中弯曲液面下的附加压力时，用他们所熟悉的人工降雨和暴沸现象来说明开尔文公式，只有水蒸汽液化凝结成新相小液滴（凸液面），小液滴逐渐长大才能从天上落下雨滴.由于新相小液滴刚开始很难形成，即水蒸汽的过饱和蒸气压pr非常大，天空中的水蒸汽气压很难达到pr，因而需要采用人工的方式提供小液滴形成时的凝聚中心，大幅度降低pr的数值，使雨滴顺利形成.同理，液体受热气化形成新相小气泡（凹液面），小气泡逐渐长大才能从液体里逸出，但新相小气泡开始很难形成，即液体过热也不沸腾，是因为液体中的小气泡压力很小达不到外界大气压的数值，因而需要向液体中加入实验中常用的沸石（孔中含空气）增加初始小气泡的大小，使气泡压力很快达到外界大气压值，保证气体从液体中顺利逸出，避免形成过热液体，引起事故.总之，利用具体实例讲授比较抽象的物理化学知识，使学生在学习理论中更接近实际生产和生活，激发他们将理论运用于实践的潜能.

3多方位理解实验原理，提高动脑与动手能力

伴随着物理化学理论教学内容的调整，也将相关的实验教学内容进行优化.例如：化学反应过程中常常伴随着反应热的形成，如果不能及时地移除多余的热量导致反应温度升高，反应速率加快，将对化工生产安全带来极大的隐患.所以，反应过程中温度的测量与调控在化工生产中显得尤为重要.目前，在物理化学实验中涉及到多种类型的温度计（如玻璃温度计、贝克曼温度计、热电偶等）用于测量反应体系的温度.作为温差测量的贝克曼温度计，广泛应用在恒温槽的组装和性能测试、稀溶液的凝固点降低实验中.由于精密电子温度测量仪器的普遍使用，使得贝克曼温度计在实验中的利用率逐渐降低，但它仍可以作为一种简便的辅助仪器使用.另外，温度效应常常在实验中有所体现.如醋酸-水-氯仿三组分系统的相图绘制实验，其成败与温度的关系比较密切.然而，大部分学生在实验过程中并没有注意到这个现象，也并不清楚隐含的实验原理.实验过程中，温度影响到各组分间的溶解度，在温度较高的条件下无法观察到明显的浑浊现象，导致不能很好地判定滴定终点.因此，如果能够测定不同温度下的相图，可以使学生更深入地了解萃取过程，理解相图中物系点和相点的概念，对于化工产品分离条件的筛选起到良好地指导作用.其他的实验项目，例如：溶液表面张力的测定、活性炭比表面积的测定、蔗糖水解反应速率常数的测定、高聚物的分子量测定等，温度的影响均不可忽视.合理的安排实验是保证学生理解并掌握实验原理的前提.但由于参与实验的学生人数较多，普遍的做法是将学生分成若干小组，采用循环的方式开展实验.如果物理化学的理论课与实验课在同一学期开设，在循环实验过程中将不可避免地导致部分实验项目早于理论课程的学习，学生在实验过程中则显得非常被动，对实验理论一知半解，造成他们更多地关注实验操作过程，只动手、缺乏动脑，实验效果并不理想.鉴于此，将实验课的开出时间较理论课程滞后一学期，先让学生充分学习理论知识，再开展相关实验.通过在实验过程中让学生试讲实验内容、回答问题等方式让学生进一步理解实验过程中的理论知识和操作步骤，更好地理论联系实际，教学效果良好.同时，依托我校的安徽省化学工程实训中心，还可以进一步开设与物理化学相关的综合性实验和创新性实验，为学生深入理解物理化学原理、提高学生的动手实践能力奠定基础.

4结语

通过对我校化工专业本科生“物理化学”课程的教学和改革结果，以实践能力培养为目标，优化教学内容，注重理论与实践相结合，逐渐培养学生的工科思维，才能提高学生利用物理化学原理知识综合解决化工实践问题的能力.

参考文献：

［1］黄玉成，杜金艳.工科物理化学教学内容的几点思考［J］.广州化工，2015，43（2）：161-162.

［2］胡碧茹，吴文健.《物理化学》课程教学改革的相关探索与实践［J］.高等教育研究学报，2013，36（2）：113-115.

［3］天津大学物理化学教研室.物理化学［M］.5版.北京：高等教育出版社，2009.

［4］伊廷锋，朱彦荣，周安娜，等.物理化学课程改革探索与实践［J］.安徽工业大学学报（社会科学版），2011，28（6）：134-135.

［5］胡玮，董超.工科物理化学开放式教学的几点探讨［J］.广州化工，2015，43（2）：141-142.

作者:林海莉 曹静 张玉洲 单位:淮北师范大学化学与材料科学学院