高校《物理化学》教学现状的分析与探讨

付凤艳

(衡水学院应用化学系，河北 衡水 053000)

《物理化学》是化学的理论基础，是用物理的原理和方法来研究化学中最基本的规律和理论，曾被称为理论化学。《物理化学》课程是化学、化工、材料、生物、制药和环境工程等专业的一门基础课[1-2]。对于化学专业来说，由于物理化学是后续学习更高层次专业课程的基础，因此物理化学是考研必考的专业课之一[3]。物理化学在大学人才培养体系中具有重要的地位，物理化学教学必须适应现代教育改革方向，以满足学生的学习要求。 笔者根据自己物理化学教学经验，对物理化学的教学现状进行了分析和探讨。

1 高校《物理化学》课程存在的主要问题

高校《物理化学》主要包含有化学热力学，化学动力学，量子力学和统计热力学四大基础[4]。主要介绍热力学基本原理及其在化学反应，相变化、电化学以及表面胶体化学中的应用；动力学的基本原理及其在一般化学反应和特殊化学反应中的应用；简单介绍量子力学的基本思想，介绍统计热力学处理化学问题的思路和方法的初步[5]。该课程由于理论内容较多，包含很多公式的推导和应用，概念比较抽象，该门课程需要较强的数学基础，有些学生数学基础比较薄弱，对课堂上讲解的公式的推导过程难以理解，因此该门课一直被学生认为是最难学的一门基础课。传统的教学方式即以教材为中心，课堂为中心的教学方式，使教学内容较为枯燥乏味，学生学习兴趣不高，考试通过率普遍较低。

2 高校《物理化学》课程的教学方法

2.1 突出知识点间的联系，结合习题讲解

物理化学必修内容主要涉及两个方面，化学热力学和化学动力学，化学热力学主要解决的是过程进行的方向与限度，化学动力学主要解决化学反应速率，化学反应机理等问题，这两部分之间存在一定的联系[6]。对于一个反应，先用化学热力学判断反应能否发生，化学热力学只能解决能否发生，怎样发生，反应速率问题就需要化学动力学的知识。为了让学生更易于理解，在教学过程中可以使用一些教学辅助手段，如加入一些图片和图表。尽管如此，学生还可能不是很好的理解教材中的定理，公式，不能很好的应用公式，为了更好的解决这个问题，可以将各个理论的知识点联系起来，形成一条线，如同一片叶子的脉络。如热力学第一定律其核心思想是如何利用能量转化守恒的规律来计算化学中的能量转化问题，能连转换主要分为三个变化气体的PVT变化，化学变化和相变化，我们讲解时可以分类讲解，如气体发生PVT变化时的热量变化，一个化学反应在一定温度压力条件下进行时能产生多少热，物质发生相态变化时需要多少能量等；热力学第二定律其核心思想是如何判断一个过程进行的方向与限度，全章围绕这一主题展开，从如何得到过程方向的判据开始，到如何通过计算来实施判据，最后进一步导出如何在特殊条件下简化判据。

在物理化学相关内容中涉及多个经典理论和相关解决问题的方法，如热力学中热力学三大定律、盖斯定律、基尔霍夫定律、相率等热力学理论和方法；动力学中解决简单级数速率方程的方法；利用速控步法、平很假设法、稳态近似法在拟定反应历程的方法中的应用。我们对各经典理论从初步形成、发展到逐渐成熟进行讲解，对各板块内容进行系统性、衔接性的讲解，这样可以培养学生逻辑思维能力。

物理化学在解决主要问题时，应用和引用了很多物理概念，使用了很多数学推导。学生学习起来会感觉比较困难，尤其是不同的条件用不同的公式，学生容易混，这就需要学生认真做好练习题，通过解题，不仅可以掌握重要公式的应用，而且能够更深刻地、融会贯通地理解公式、概念、定理的本质，以及它们之间的相互联系。教材的每一章后面都给了一定量的习题，教材的配套参考书上面也有一定量的习题，学生都可以参考练习。

2.2 加强章节总结

物理化学公式多，概念多，公式的使用条件很关键，学生很难系统的掌握公式的应用。因此，在每章结束时通过思维导图进行总结，使得知识间的联系更加清晰，有利于学生掌握该章的知识[7]。如热力学第一定律的思维导图见图1。通过归纳总结，学生能够将热力学第一定律的知识点串起来，所学公式一目了然，方便公式的记忆和理解，可以掌握热力学第一定律公式的应用。

图1 热力学第一定律思维导图

2.3 突出理论与实例相结合

物理化学涉及的理论和定律虽然很抽象，但都是自然现象的总结。因此，如果在教学中加入生活中的实例，不仅能够调动学生学习的兴趣，还能够有助于学生对知识点的理解和记忆[8-9]。如讲解热力学第一定律可以提出日常生活中的问题“夏天打开冰箱会感觉到凉爽，能否通过打开冰箱使室温降低？”，学了能量转化与守恒定律，我们就能知道打开冰箱，由于环境对系统做了电工，室内温度会升高；讲解热力学第二定律时提出问题“制作糕点时，若加入碳酸氢铵，在多高的温度下才能分解？”，根据热力学第二定律中过程进行的方向与判据，碳酸氢氨分解反应的布吉斯函数变化ΔG<0，根据ΔG的计算公式，就能求解出相应的温度；讲解凝固点降低原理时提出问题“冻梨触摸已软，表面仍有冰的原因？”，由于梨的内部含有糖分，即内部为溶液，表面是纯水，溶液中水的凝固点低于纯水的凝固点，所以对于梨表面的水结冰了，但内部凝固点较低，所以不会结冰，因而触摸已软，表面有冰；讲解毛细管原理时提出问题“农民锄地保墒的原因是什么？”，根据毛细管原理，水在毛细管内呈凹液面，把毛细管插入水中，水在毛细管中上升，土壤中有很多细小的毛细管与外界相连，因而土壤中的水分会通过这些毛细管蒸发出地面，农民锄地将土壤中的毛细管切断，所以水分能够保持在土壤中，达到了保墒的目的。这些实例与日常生活息息相关，教师在提出这些问题时，不仅提高了学生的学习积极性，学生通过这些问题的解释也很好的理解了理论知识，从而可以取得较好的教学效果。

2.4 强化课程思政

2020年5月，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》，对理工专业的课程思政提出了新的要求。对于《物理化学》的教学也应该在课程中增加思政元素，以提高大学生的创新意识，科学探索精神；培养学生的爱国主义情怀，提升学生的综合素质，激发学生的创造力[10]。可以在课堂讲授中介绍著名科学家的生平事迹，从而培养学生的基本素养，提升学生的综合素质。如在讲授热力学第二定律时，介绍对热力学第二定律提出著名表述的克劳修斯的生平故事。克劳修斯从青年时起就决定对热力学理论进行研究。有了明确的目标，克劳修斯学习异常勤奋，在学生阶段打下了坚实的数理化基础，用了近10年的时间在学校里埋头苦读，有志者事竟成，终于在1850年，克劳修斯发表了第一篇论文《论热的动力以及由此推出关于热本身的定律》。克劳修斯认为，每个人的成功都来自勤奋的工作。以此来引导学生树立创新意识，积极向上，勇攀高峰，求真务实的作风。在讲课过程中，我们可以介绍中国的物理化学家取得的重大成果。如；梁敬魁先生系统地测定了大量相图，被国内外相图汇编收集，并在中国推进了相图在单晶生长中的应用。张大煜先生提出“表面键”催化理论，推动催化动力学的发展。傅鹰先生作为中国胶体表面化学创始人提出了表面化学的吸附理论，利用润湿热测定固体粉末比表面的公式和方法，比著名的BET (Brunauer-Emmett-Teller)气体吸附法早8年。通过了解这些在物理化学发展进程中做出突出贡献的科学家取得的成果，可以激发学生发奋图强、追求真理的精神。通过了解科学家们如何发现问题、严谨求真、在科研上取得重大成果的事迹，可以激发学生的创新思维，培养学生实事求是、严谨的科学态度以及探究事物本质的能力[11]。还可以将新的研究领域引入课堂教学，如在讲解化学电源时，可讲解锂离子二次电池，介绍其优点及在手机，便携式电子计算机中的应用， 从而激发学生积极探索，理论联系实际的能力。

3 结 语

物理化学是化学相关专业的一门基础课程，在理工领域具有重要地位。本文基于现阶段高校物理化学课程存在的主要问题，对物理化学课程的教学现状进行了分析，提出突出各部分知识点之间的联系，重视习题；利用思维导图对章节进行总结；突出理论和实例相结合；强化物理化学课程思政等措施改善高校物理化学课程教学方法。总之，我们在今后的教学中应不断的探索和实践，提高物理化学课程的教学质量，以为国家培养符合社会需求的新型人才。