淺談關(guān)于提高工科物理化學(xué)教學(xué)效果的思考

曲玉寧 王麗麗

【摘 要】隨著高等教學(xué)改革的不斷深入，高等學(xué)校的教育面臨著嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，物理化學(xué)作為本科生重要的一門基礎(chǔ)課，為了提高工科物理化學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，在課堂的教授過程中處理好基礎(chǔ)課與專業(yè)課的銜接，明確物理化學(xué)的基本概念和基本定律，公式的講解以及解題方法，意在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

【關(guān)鍵詞】物理化學(xué)教學(xué)；工科；教學(xué)效果

我校開設(shè)的物理化學(xué)是面向工科的重要基礎(chǔ)理論課程，涉及化工、應(yīng)化、環(huán)境、制藥、材料、輕化等專業(yè)。它是物理和化學(xué)交叉學(xué)科，采用物理的方法來解決化學(xué)中存在的問題，歸納和研究化學(xué)的基本規(guī)律和理論的學(xué)科，主要包括熱力學(xué)、動力學(xué)、電化學(xué)、膠體界面等內(nèi)容。從某種意義上說比較抽象和復(fù)雜，不同于以往所學(xué)的無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)，而且物理化學(xué)課程概念性、理論性、邏輯性、抽象性都很強(qiáng)，里面涉及到很多的公式，而且每一個(gè)公式適用的具體條件又千變?nèi)f化。所以學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中覺得物理化學(xué)抽象難懂，公式復(fù)雜難記，覺得很難從實(shí)質(zhì)上掌握，再加上工科基礎(chǔ)課課時(shí)少。如何能讓學(xué)生在有限的課時(shí)內(nèi)輕松愉快的學(xué)習(xí)這門課程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從實(shí)質(zhì)上掌握物理化學(xué)的核心內(nèi)容，這是作為高校教師的我們首要解決的問題。所以我們必須對工科的物理化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)效果進(jìn)行改革。在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)精選課程內(nèi)容，突出難易，采用理論聯(lián)系實(shí)際的原則，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

一、做好預(yù)習(xí)，提前復(fù)習(xí)和物理化學(xué)相關(guān)的數(shù)學(xué)知識

物理化學(xué)是物理與化學(xué)的交叉學(xué)科，和以往的無機(jī)、有機(jī)、分析的學(xué)習(xí)方法完全不同，里面很多重要的原理、公式和結(jié)論都是用數(shù)學(xué)公式總結(jié)的。在物理化學(xué)課講授的過程中，公式和結(jié)論都是在數(shù)學(xué)公式的一步步推導(dǎo)過程中得出來的，這些過程就會依靠大量的數(shù)學(xué)知識。經(jīng)驗(yàn)表明：整個(gè)物理化學(xué)所應(yīng)用的主要的數(shù)學(xué)知識就是微積分方面的，在物理化學(xué)中所推到的公式都是用狀態(tài)函數(shù)表示的，和以往學(xué)生學(xué)習(xí)高數(shù)的形式還有很大差別，這就要求同學(xué)們會舉一反三，把學(xué)到的數(shù)學(xué)知識應(yīng)用到物理化學(xué)中去。對于工科的學(xué)生在這一方面會掌握的更好一些，主要是因?yàn)楣た频膶W(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)比較好，而且工科的學(xué)生男生居多，理性思維相對來說強(qiáng)一些。雖然同學(xué)以前學(xué)過這些相關(guān)數(shù)學(xué)知識，但是在準(zhǔn)備上物理化學(xué)之前應(yīng)該做好數(shù)學(xué)方面的預(yù)習(xí)，這樣才能對物理化學(xué)相關(guān)的公式能掌握的更好。

例如：在學(xué)習(xí)熱力學(xué)基本方程以及麥克斯韋關(guān)系式時(shí)，利用熱力學(xué)第一定律和熵的定義式推導(dǎo)出，再根據(jù)焓的定義式，再對焓的狀態(tài)函數(shù)進(jìn)行全微分，得出，把代入到，得出，之后相繼的就能推導(dǎo)出其他兩個(gè)熱力學(xué)基本方程。麥克斯韋關(guān)系式主要就是從熱力學(xué)基本方程出發(fā)，利用狀態(tài)函數(shù)的二階偏導(dǎo)與求導(dǎo)順序無關(guān)這一性質(zhì)，就可得麥克斯韋關(guān)系式。上述只是舉了一個(gè)簡單的利用數(shù)學(xué)方面的例子，可以看出掌握數(shù)學(xué)相關(guān)知識，對于物理化學(xué)公式推導(dǎo)的重要性。

這就要求老師在教學(xué)之前，提前安排好學(xué)生復(fù)習(xí)相關(guān)的數(shù)學(xué)知識，在推導(dǎo)公式時(shí)有必要給學(xué)生簡單的講解一下，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)應(yīng)用。

二、建立學(xué)習(xí)物理化學(xué)整體框架，注重知識點(diǎn)的銜接

物理化學(xué)整體的教學(xué)內(nèi)容包括熱力學(xué)、動力學(xué)、電化學(xué)以及膠體界面等內(nèi)容。對于工科院校開設(shè)物理化學(xué)，課時(shí)少，內(nèi)容多，這就要求老師在講解的過程中有的放矢，難易適當(dāng)，建立整體的學(xué)習(xí)框架，注重知識點(diǎn)之間的銜接。物理化學(xué)中有大量的基本概念和基本定律，對于這樣的基本概念和定律，不能只給學(xué)生簡單的復(fù)述內(nèi)容，應(yīng)該從具體生動或者是和實(shí)際相聯(lián)系的例子講解，這樣才能讓學(xué)生掌握這些基本概念和基本定律。理解概念和定律，首先要清楚這個(gè)概念和定律的來龍去脈，問題是在什么背景下提出來的？為什么要引用這樣的概念和定律？根據(jù)哪些事實(shí)例子總結(jié)得出來的？如何給出定義以及這個(gè)概念或者是定律給出一個(gè)什么樣的數(shù)學(xué)表達(dá)形式？這個(gè)定律和概念的物理意義是什么？它適用的范圍和條件又是什么？利用這個(gè)概念或者是定律我們能解決什么樣的問題？這些問題都是我們在學(xué)習(xí)概念或者是定律必須想到的問題。

例如：我們在講解熵（S）這個(gè)狀態(tài)函數(shù)的時(shí)，首先要清楚熵的引入是從卡諾循環(huán)的熱溫商之和出發(fā)得出的，它的定義式，這個(gè)狀態(tài)函數(shù)雖然是克勞修斯定義的一個(gè)狀態(tài)函數(shù)，它具有狀態(tài)函數(shù)廣度量的性質(zhì)。但是不同于第二章定義的狀態(tài)函數(shù)焓，熵具有實(shí)際的物理意義，是系統(tǒng)無序度的一個(gè)量度，它也是熱力學(xué)第二定律的一個(gè)自然的結(jié)果。熵沒有絕對值，只有初始狀態(tài)確定后才能計(jì)算出熵變，熵變的定義式可逆熱與溫度的比值，如果利用熵的定義式來計(jì)算熵變，整個(gè)系統(tǒng)一定是一個(gè)可逆過程，不是可逆過程不能利用熵的定義式來計(jì)算熵變。

胡英院士說過：“作為一本教材，希望學(xué)生學(xué)了以后，能知道一類知識在框架中的位置，以便今后深入考察和鉆研：更希望通過典型章節(jié)的學(xué)習(xí)，體會字里行間蘊(yùn)藏著的科學(xué)方法。教學(xué)內(nèi)容一定要少而精，這樣才能為今后博而通打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)” 。所以說老師在教學(xué)的過程中抓住重點(diǎn)內(nèi)容，不需要面面俱到，主要幫助同學(xué)們理清整體的學(xué)習(xí)思路，建立相對比較完整的學(xué)習(xí)框架，這樣學(xué)生才能學(xué)會自己學(xué)習(xí)，總結(jié)和應(yīng)用。

三、合理設(shè)計(jì)物理化學(xué)公式的教學(xué)

公式多是物理化學(xué)教學(xué)中的一大特點(diǎn)，在學(xué)生做題的過程中，往往不知道如何處理這些公式，就是靠死記硬背，所以在做題的過程中不會應(yīng)用。這就要求我們老師在教學(xué)的過程中把握這樣的幾個(gè)方面：首先理清公式的來龍去脈。物理化學(xué)的最基本的公式分為定義式、基本定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式和基本定律的推論。這些最基本的公式要求學(xué)生必須掌握。其次是在推導(dǎo)公式的過程中，得到這些公式的使用條件。在講課的過程中給學(xué)生充分的分析和強(qiáng)調(diào)公式的重要性，以及公式的使用范圍。最后針對性講解典型的習(xí)題，使學(xué)生通過做題真正理解公式定律的意義，而且會利用這些公式解決實(shí)際的問題，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的效果。

綜上所述，工科物理化學(xué)教學(xué)效果的改革應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，在探索中不斷的形出一套可行的教學(xué)方法，教學(xué)改革如同知識的認(rèn)識與實(shí)踐一樣，是永無止境，我們將繼續(xù)努力，把工科的物理化學(xué)教學(xué)改革引向深入，把教學(xué)效果的質(zhì)量提高到一個(gè)新的層次，成為深受學(xué)生歡迎和喜歡的基礎(chǔ)課程，努力調(diào)動學(xué)生的積極性，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)以致用培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。