物理化學教學內容與教學方法的改革實踐

劉勇平 呂慧丹 劉長久

（桂林理工大學 化學與生物工程學院，廣西 桂林541004）

物理化學是化工、材料、分析、環境工程、地質等專業的一門必修的專業基礎課程。 物理化學的目的是在已學過的先行課程基礎上，運用物理和數學的有關理論與方法，進一步研究物質化學運動的普遍規律，對化學運動的一般規律，從理論上給予更深刻、更本質的說明，又稱理論化學。 是化學各專業研究生入學的必考課程，在人才培養中有極其重要的地位與作用。學好物理化學，才能從本質上理解化學運動，從理論上解釋化學現象，才能更系統、更深刻地掌握化學知識。因此物理化學對于提高學生化學水平有極其重要的作用，并能為以后從事化學教育和化學研究打下堅實的基礎。

物理化學課程具有以下特點[1]：（1）理論知識較深，課程內容比較枯燥，對于理論基礎薄弱的本科生來說，不易理解，課堂教學的趣味性不夠， 學生的學習積極性依然不夠高；（2） 課程內容與無機化學有重疊，且主要內容多為19 世紀的知識和定律，缺乏新知識新理論，不利于學生創新思維和創新能力的培養；（3）教學手段上，多媒體技術和網絡資源等現代教育技術利用不夠充分，需借助目前學校建設的網絡教學平臺完善和充實教學內容。 我校的物理化學課程從2008 獲得廣西區精品課程以來，物理化學課程在教學方法與教學研究、教材建設、多媒體課件開發、實踐教學等方面進行了一些改革，有一定的教學改革基礎。 結合本人多年物理化學教學過程中所積累的經驗，通過對物理化學課程教學的不斷認真思考、嘗試和總結，談談對物理化學教學改革的一些思路和體會。

1 教學內容改革方面

多年來，大學本科教學在教學內容改革方面始終未見突破性的進展，基礎課的教學更是在“基礎課教學內容是基礎的、基本的，沒有必要不斷更新”的思維定式下，課堂教學內容數年來一成不變或變化甚小[2]。 物理化學基礎課來說，熱力學第一、第二定律建立于1850 年左右，距今已有150 多年。經典熱力學固然重要，但應該增加最新的前沿的教學內容。所以教學中大膽地對熱力學三大定律內容的講授動大手術。 講授時要更加簡明，牢牢抓住如何使用熱力學三大定律判別化學變化的方向和限度，以及能量轉換的問題。 對先行課程中學生已學習過的知識簡單的復習，在其基礎上再講授物理化學課程內容，不要反復炒冷飯; 將節省出來的學時用于講授新的內容。

我們在講授物理化學的各章節時，可從基本原理出發，適當介紹學科前沿領域的新知識，融匯基礎與前沿。 使學生不僅具有扎實的基礎知識，而且能了解學科前沿的基本點，為創新人才的培養起到入門作用。如，在講授緒論的時候，從空間單位（納米）和時間單位（飛秒）引發出納米科學與飛秒化學，介紹物理學的發展和研究前沿。 介紹電化學章節的時候，可以介紹最新的電化學在化學電源、表面處理與防護、電解工程、電分析化學、生物電化學等方面的應用，擴寬學生的知識，同時也提高了學習的興趣。

2 教學方法、教學模式的探索

傳統的教學方法，主要是教師“一言堂”，以教師講授，學生聽講為主.這種傳統的教學方法單調呆板，枯燥無味，課堂上教師講得沒勁，學生聽得昏昏欲睡，提不起精神[3]。所以嘗試對傳統教學方法和教學模式進行改革。

2.1 轉變為學生為主體的教學觀念

轉變以教師傳授知識為中心的傳統教學觀念，樹立以學生為主體的教學觀念。首先，要改變學生對這門課程的認識態度，就讓學生明白物理化學課程的重要性，讓學生感覺到學習物理化學是他們自身的需求，學生將來要考研究生或者將來從事相關的專業技術工作，以及大家參加大學生課外科技活動、挑戰杯等科研中也需要有扎實的物理化學理論基礎，而不是僅僅為了期末考試。 其次，以學生為主體，首先要改變自上而下填鴨式的教學模式。 教師不僅要完成知識的傳授，而且要教會學生學習，討論問題能深入而淺出，能舉一反三，能溫故知新;即從“教”達到“不教”而使學生能自覺主動地學習。 再次，教學既有統一要求又要實行多樣化。 以統一要求滿足絕大多數學生的學習需求，以實現多樣化滿足不同學生的個性化學習需求。

2.2 課堂上多種教學策略組合，提高教學效果

啟發式+探究式組合教學法：首先提出激發學生興趣的應用實例，引發學生的思考，再提出問題，講解理論知識，再回歸到解釋應用實例，采用這種啟發——思考——講解——討論的方法能讓學生對理論知識的興趣更大，印象更深刻。如：講解相平衡理論的時候提出了愛斯基摩人根據季節的變換從海水中取不含鹽的冰的故事，引出學生對這件事情原理的思考，然后介紹水—氯化鈉二元相圖來解釋通過控制溫度從海水中去淡水的原理，再將此相圖擴展的別的二元相圖上，讓學生進行深入的討論。

任務驅動+案例教學組合教學法：如講解界面現象這一章之前，讓同學去閱讀江雷課題組2013 年4 月發表在Nature communications 上的一篇與界面現象相關的Structured cone arrays for continuous and effective collection of micron-sized oil droplets from water[4]論文.這篇論文是從基于仙人掌的刺能從空氣中抓住小水滴的能力，研究人員制成了人造尖刺，它們能抓住水中的小油滴，和表面現象的原理關系密切。 下一次上課時講完理論內容后再拿出來討論，評價學生學習的效果。 這種方式既能介紹物理化學學科前沿領域的新知識，也能提高閱讀英文文獻的能力。

歸納總結+例題練習組合教學法： 尋找物理化學公式中的聯系和規律，幫助同學記憶課程中難于記憶的公式。如克拉佩龍方程、范特霍夫方程、阿倫尼烏斯方程，形式上是一樣的，找出它們之間的聯系和不同，有助于學生記住物理化學中復雜的公式。然后通過具體的例題，通過舉一反三的練習，鞏固所學公式在具體實例中的應用。

2.3 恰當地運用現代教育技術手段，開發教學資源，提高教學效果

總結歸納出課程中的重點難點內容， 結合課程內容和多媒體技術，開發一些物理化學優質教學資源。①對難理解的概念和知識點，制作一些直觀、形象生動的動畫；如：氣體的可逆膨脹壓縮動畫，原電池的原理動畫，滲透壓動畫等。②運用網絡編程，將物理化學中常用的一些函數關系通過二維和三維的動態圖表方式表示，并能改變相應的參數自動繪制曲線，形成動態圖表生動，并能對實驗數據處理進行處理簡便、科學。理想氣體狀態方程的三位動態圖。③通過動畫制作模擬實驗，具有可操作性，能供學生網上預習和課后復習實驗的操作步驟，為學生開展自主學習提供方便。④實驗教學改革中采用物理化學電子版實驗報告，電子版的實驗報告提高了學生處理數據的精確度，降低數據處理中帶來的誤差。

3 結語

總之，以興趣為導向，教學內容新而精，配合恰當的教學方法，才能獲得更好的教學效果。 實踐表明進行物理化學教學方法和教學內容的改革，能發揮教師與學生的協同作用、激發學生的學習熱情和興趣、提高學生自主學習和創造性思維能力。 但物理化學教學的改革是一個長期的持續的過程，需要教師不斷跟蹤物理化學的研究前沿，持續開發新的多媒體教學資源，同時也需要教師在日常教學過程中多學習、多積累、多總結，綜合運用多種教學方法，提高物理化學的教學效果。

［1］李延偉，姚金環，劉長久，姜吉瓊，鐘勝奎.《物理化學》課程教學改革與探索[J].廣東化工，2009，36.

［2］朱志昂.物理化學課程教學內容和教學方法的改革[J].大學化學，2012, 27.

［3］黃玉代，劉瑞泉.“物理化學”教學方法改革探索[J].伊犁師范學院學報，2011.

［4］Li, K.; Ju, J.; Xue, Z.; Ma, J.; Feng, L.; Gao, S.; Jiang, L.Structured cone arrays for continuous and effective collection of micron-sized oil droplets from water[J].Nat Commun 2013，4.