高等物理化學課程在研究生培養中的作用

高麗娟++方志剛++顧婷婷++張立華

【摘要】從研究生教育的目的和高等物理化學學科的研究內容出發，闡述了物理化學在研究生培養中的作用，提醒研究生和研究生的教育者要充分重視高等物理化學的學習和教學。

【關鍵詞】高等物理化學 創新思維 研究生教育

【基金項目】遼寧科技大學研究生教育創新計劃基金，項目號：2013YJSCX05。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）11-0018-01

研究生教育是整個教育鏈的最高端，是為了培養掌握本學科堅實的基礎理論和系統的專業知識，具有創新精神和從事科學研究、教學、管理或獨立擔負專門技術工作能力的高級專門人才的學歷教育，是對社會需要的專門人才的培養。研究生教授的知識學術性、專業性、系統性更深更強。

1、高等物理化學學科研究范疇

物理化學是從化學現象與物理現象的聯系中尋求化學變化的規律的科學，是以物理學的理論和實驗技術為基礎，從宏觀唯象到微觀分子層面研究物理變化（包括溫度、壓力、濃度、體積等）以及物理因素（如聲、光、電、磁等）對化學過程的影響，發現并建立化學體系中一般規律的學科。因此，物理化學是一切與分子科學相關科學問題的基礎科學[1]。物理化學的研究內容包括熱力學、動力學和物質結構，其基礎理論包括熱力學、統計力學和量子力學，它研究系統的狀態及狀態變化過程的方向與限度、速率和機理及其影響因素。

2、物理化學在交叉學科中的地位

自19世紀末以來，物理化學學科逐步形成了以化學熱力學、結構化學、化學動力學、催化化學、膠體化學、光化學、量子化學和電化學等為核心內容的知識體系[1]。這些核心內容逐步發展和完善，使其成為許多其他學科攻堅科學難關的武器庫。隨著學科間的交流和滲透的日益密切，其他學科應用物理化學方法日益普遍，而物理化學已深入到其他學科，以其他學科的重大問題為自己的研究對象。從諾貝爾化學獎頒發的一百多年的歷史可以發現，和物理化學相關的課題占化學獎的大多數，物理化學家占了很大比例。由此可見，物理化學學科自身及其培養出來的人才，在重大科學發現中扮演了關鍵的角色。物理化學需持續不斷地為相關學科提供新思想和新方法以及掌握這些思想方法的人才，發揮其對化學以及其他原子、分子層次上的學科的牽引與支撐作用[1]。

3、物理化學在研究生培養中的作用

3.1為研究生的專業知識學習提供理論基礎

化學熱力學是以大量粒子組成的宏觀系統為研究對象。解決物質系統的P、V、T變化、相變化和化學變化等物質系統的變化過程的能量效應（功和熱）及變化過程的方向與限度等問題，亦即研究解決有關物質系統的熱力學平衡的規律（構成化學熱力學）[2]。進入20世紀以來，化學熱力學已發展得十分成熟并在化工生產中得到廣泛的應用。如有關酸、堿、鹽生產的基礎化學工業以及大規模的合成氨工業、石油化工工業、煤化工工業、精細化工工業、高分子化工工業等等的工藝原理，如原料的精制、反應條件的確定、產品的分離等無不涉及化學熱力學理論[3]。量子力學研究的對象是由個別的電子和原子核組成的微觀系統，用數學復函數（ψ）描述一個微觀系統的運動狀態。將量子力學原理應用于化學，探求原子結構、分子結構，從而揭示化學鍵的本質，闡明波普原理，了解物質的性質與其結構的內在關系則構成了結構化學研究的內容。化學動力學就是研究濃度、溫度、催化劑對反應速率及反應機理的影響規律——質量作用定律及著名的阿侖尼烏斯方程[2]。界面層是在兩相之間形成的厚度約為幾個分子大小的一薄層。由于界面上不對稱力場的存在，產生了與本體相不同的許多性質——界面性質[2]。若將物質分散成細小微粒構成高度分散的物質系統或將一種物質分散在另一種物質之中形成非均相的分散系統，則會產生許多界面現象。有關界面性質和分散性質的理論與實踐被廣泛應用于石油化工、化學工業、輕工業、農業、農學、醫學、生物學、催化化學、海洋學、水利學、礦冶以及環境科學等多種領域。

3.2為研究生的創新思維培養提供啟示

所謂創新思維是指有創見的思維，是指人類在某種創造性活動中所特有的思維過程，是人類思維的高級過程。它不僅能揭示事物的本質，且能在此基礎上提供新的具有社會價值的思維成果。物理化學的主要內容就是有系統地介紹19世紀中葉到今天諸多物理化學家的理論的和實驗的成果[4]。例如邁耶（Mayer J R）和焦耳（Joule J P）的實驗工作（1840-1848）為能量守恒定律即熱力學第一定律的實質的認識奠定了實驗基礎；卡諾（Carnot S）設計的理想熱機，為熱力學第二定律的建立奠定了實驗基礎；吉布斯（Gibbs J W）推導出相律，奠定了多相系統熱力學理論基礎；化學動力學也匯集了眾多先輩科學家的大量研究成果。如第一位獲得諾貝爾化學獎的荷蘭化學家范特霍夫，他在化學反應速度、化學平衡和滲透壓方面取得了突出的研究成果。他的成功在于：實驗——誘惑之源，堅持——成功之道，尊重事實——第一規則。以上科學家的研究經歷可以給研究生以啟示：針對前人的知識和經驗，要批判地接收，敢于懷疑和敢于創新，善于提出自己的理論和見解，只有這樣，才能推動科學不斷向前發展。

3.3為研究生的科學研究提供檢測技術

物理化學的首要任務之一是為化學和相關學科提供新的理論方法和實驗技術手段。新研究工具和研究手段能夠帶領我們去探索新的未知領域。近幾十年來，物理化學應用實驗研究手段和測量技術，特別是各種譜學技術，取得不少里程碑式的成就。如對材料表面檢測的技術有掃描顯微技術，非線性光學技術；對生物分子結構的精確測定和生物成像的檢測技術有X射線，現代質譜技術，高分辨核磁共振技術；對化學反應過程的直接測量技術有閃光光解技術， 對基元化學反應過程的研究有納秒及飛秒激光技術，交叉分子束技術；等等。所有這些重要檢測技術為研究生提供了科學研究手段[1]。

4、 結論

物理化學教學的本質不在于教會學生多少知識，而是在于激勵、鼓舞學生研究和創新的激情，學會智慧地思考問題，培養學生創新思維的能力。在學生學習的過程中，要使其切實感受到物理化學不僅僅是一門課程，是從事有關科學研究所必需具有的知識背景和科研手段，是完成一個科研的項目所需要的思維方式，知識儲備和嚴謹的態度。通過高等物理化學的學習能使他們更快的適應現代社會對高端人才培養的需要。

參考文獻：

[1]“物理化學發展的瓶頸與思路”論壇總結. 物理化學學報2007， 23（3）：447-454

[2]郝策，紀敏.物理化學.大連理工大學出版社，大連，2014，第一版

[3]蔣紅勝.物理化學教學在化學工程與工藝專業中的實用性研究.化工管理，2014，（8）：236

[4] 賴紅偉，曹宏梅，陸釗.加強物理化學理論教學，培養學生的創造性思維.科技創新導報， 2013，（31）：127-128

通訊作者：

高麗娟（1962-），女，教授，從事物理化學教學研究工作。endprint