化工專業(yè)物理化學(xué)課程改革探索

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摘要：物理化學(xué)是化工專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課，該課程對(duì)后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定良好的理論基礎(chǔ).總結(jié)我校近幾年化工專業(yè)物理化學(xué)課程的教學(xué)情況，介紹在化工專業(yè)物理化學(xué)課程教學(xué)過(guò)程中的心得體會(huì)，提出以實(shí)踐能力培養(yǎng)為基礎(chǔ)，通過(guò)改革教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化物理化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)在化工實(shí)踐中的應(yīng)用，不斷提高化工專業(yè)物理化學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的思路.

關(guān)鍵詞：物理化學(xué)；課程改革；化工專業(yè)；實(shí)踐導(dǎo)向

0引言

“物理化學(xué)”課程是高等院校化學(xué)、化工、制藥、材料和生化等專業(yè)的學(xué)生必修專業(yè)基礎(chǔ)課之一.“物理化學(xué)”課程綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科的理論和實(shí)驗(yàn)手段來(lái)解決化學(xué)反應(yīng)中出現(xiàn)的問(wèn)題，并研究在化學(xué)變化中所遵循的規(guī)律.物理化學(xué)是多種學(xué)科的理論基礎(chǔ)，尤其在理科、工科化學(xué)系列課程體系中起著重要作用.由于“物理化學(xué)”課程的理論性強(qiáng)、公式多，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中難免覺(jué)得內(nèi)容過(guò)于抽象而難以理解［1-2］，同時(shí)所學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系較小，造成學(xué)習(xí)的畏懼感，學(xué)習(xí)效果不理想.鑒于物理化學(xué)在化工相關(guān)專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)中所處的重要位置，尤其對(duì)后面要學(xué)習(xí)的“化工原理”“化工熱力學(xué)”和“催化原理”等課程起著重要的鋪墊作用，因此，“物理化學(xué)”課程的建設(shè)對(duì)高質(zhì)量化工專業(yè)人才的培養(yǎng)至關(guān)重要.多年來(lái)，我?；瘜W(xué)與材料科學(xué)學(xué)院物理化學(xué)課程組通過(guò)更新教育理念，在物理化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)思想和教師隊(duì)伍建設(shè)等方面取得顯著成效.完成“物理化學(xué)”省級(jí)精品課程的建設(shè)和驗(yàn)收工作，成效顯著.“物理化學(xué)”課程團(tuán)隊(duì)被遴選為學(xué)校重點(diǎn)建設(shè)的課程團(tuán)隊(duì).在這樣的背景下，如何以實(shí)踐為導(dǎo)向，在教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的工科思維，提高他們解決實(shí)際問(wèn)題的能力是工科物理化學(xué)教學(xué)值得思考的重要問(wèn)題.

1調(diào)整理論教學(xué)內(nèi)容，側(cè)重工程實(shí)踐導(dǎo)向

相比而言，我校開(kāi)設(shè)化工專業(yè)的歷史較短，所用物理化學(xué)教材也一直沿用我?；瘜W(xué)（師范）、應(yīng)用化學(xué)和材料化學(xué)專業(yè)使用的《物理化學(xué)》（第五版、南京大學(xué)傅獻(xiàn)彩等編寫）教材，以相應(yīng)的《物理化學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)》（南京大學(xué)孫德坤和沈文霞等編寫）作為學(xué)生的指導(dǎo)資料.在授課的過(guò)程中，雖然也積極拓展部分內(nèi)容，在一定程度上解決與化工實(shí)踐過(guò)程聯(lián)系不密切的矛盾.但隨著我?；I(yè)的建設(shè)和發(fā)展，如果繼續(xù)使用偏重理論教學(xué)的物理化學(xué)教材顯然不合時(shí)宜.以課程體系的改革為契機(jī)，基于實(shí)踐導(dǎo)向的新教材的選用成為物理化學(xué)教學(xué)改革的出發(fā)點(diǎn).從2014開(kāi)始，精選天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編寫的《物理化學(xué)》（第五版）［3］工科教材作為我?；I(yè)物理化學(xué)課程教材.與原教材相比，天津大學(xué)編寫的工科“物理化學(xué)”教材增加許多與實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，如真實(shí)氣體的液化及臨界參數(shù)、真實(shí)氣體狀態(tài)方程、二組分液體部分互溶系統(tǒng)的溫度-組成圖和完全不互溶系統(tǒng)的溫度-組成圖，以及多相化學(xué)反應(yīng)等，目的是幫助學(xué)生能更好地了解和掌握物理化學(xué)原理在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用，有利于化工專業(yè)學(xué)生的工科思維的養(yǎng)成.另外，工科“物理化學(xué)”教材將電解質(zhì)溶液、可逆電池電動(dòng)勢(shì)及其應(yīng)用和電解與極化作用3部分內(nèi)容合并為電化學(xué)，將化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)（一）和化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)（二）合并為化學(xué)動(dòng)力學(xué)，既優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，又適當(dāng)降低理論深度，更重要的是拓展學(xué)生的實(shí)踐視野.本教材在我院近幾年的使用過(guò)程中，獲得學(xué)生良好的反響.另外，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，圖文并茂、生動(dòng)形象的教學(xué)課件對(duì)工科物理化學(xué)課堂教學(xué)的支撐作用是顯而易見(jiàn)的.由于物理化學(xué)課程內(nèi)容的抽象性，注重通過(guò)演示與基本原理相關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)接實(shí)踐應(yīng)用，讓學(xué)生更好地理解所學(xué)理論知識(shí)與工程實(shí)踐的直接關(guān)系［4］，更好地突出物理化學(xué)理論知識(shí)對(duì)工程實(shí)踐的指導(dǎo)作用.在授課過(guò)程中，除講授教材上的基礎(chǔ)知識(shí)外，還注重把從事物理化學(xué)方面的科研體會(huì)以及最新科研成果有機(jī)地融入到物理化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，更好地激發(fā)學(xué)生對(duì)“物理化學(xué)”課程的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生更加認(rèn)識(shí)到物理化學(xué)在生活和化工行業(yè)中的重要性，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生加快適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的能力和科學(xué)創(chuàng)新的思維能力［5］.

2優(yōu)化課堂教學(xué)方法，注重實(shí)例說(shuō)明理論

由于化工專業(yè)的學(xué)生將來(lái)所從事的職業(yè)與生產(chǎn)實(shí)踐更加緊密相連，所以，采用何種教學(xué)方法才能更加有效地提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力是物理化學(xué)教學(xué)過(guò)程中面臨的問(wèn)題之一.物理化學(xué)內(nèi)容抽象、公式多而雜，在課堂講授中要更加注重結(jié)合具體實(shí)例來(lái)闡述理論內(nèi)容，才能有效地幫助學(xué)生深入理解和接受所學(xué)的理論知識(shí).例如，講授界面現(xiàn)象中彎曲液面下的附加壓力時(shí)，用他們所熟悉的人工降雨和暴沸現(xiàn)象來(lái)說(shuō)明開(kāi)爾文公式，只有水蒸汽液化凝結(jié)成新相小液滴（凸液面），小液滴逐漸長(zhǎng)大才能從天上落下雨滴.由于新相小液滴剛開(kāi)始很難形成，即水蒸汽的過(guò)飽和蒸氣壓pr非常大，天空中的水蒸汽氣壓很難達(dá)到pr，因而需要采用人工的方式提供小液滴形成時(shí)的凝聚中心，大幅度降低pr的數(shù)值，使雨滴順利形成.同理，液體受熱氣化形成新相小氣泡（凹液面），小氣泡逐漸長(zhǎng)大才能從液體里逸出，但新相小氣泡開(kāi)始很難形成，即液體過(guò)熱也不沸騰，是因?yàn)橐后w中的小氣泡壓力很小達(dá)不到外界大氣壓的數(shù)值，因而需要向液體中加入實(shí)驗(yàn)中常用的沸石（孔中含空氣）增加初始小氣泡的大小，使氣泡壓力很快達(dá)到外界大氣壓值，保證氣體從液體中順利逸出，避免形成過(guò)熱液體，引起事故.總之，利用具體實(shí)例講授比較抽象的物理化學(xué)知識(shí)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論中更接近實(shí)際生產(chǎn)和生活，激發(fā)他們將理論運(yùn)用于實(shí)踐的潛能.

3多方位理解實(shí)驗(yàn)原理，提高動(dòng)腦與動(dòng)手能力

伴隨著物理化學(xué)理論教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整，也將相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化.例如：化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中常常伴隨著反應(yīng)熱的形成，如果不能及時(shí)地移除多余的熱量導(dǎo)致反應(yīng)溫度升高，反應(yīng)速率加快，將對(duì)化工生產(chǎn)安全帶來(lái)極大的隱患.所以，反應(yīng)過(guò)程中溫度的測(cè)量與調(diào)控在化工生產(chǎn)中顯得尤為重要.目前，在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中涉及到多種類型的溫度計(jì)（如玻璃溫度計(jì)、貝克曼溫度計(jì)、熱電偶等）用于測(cè)量反應(yīng)體系的溫度.作為溫差測(cè)量的貝克曼溫度計(jì)，廣泛應(yīng)用在恒溫槽的組裝和性能測(cè)試、稀溶液的凝固點(diǎn)降低實(shí)驗(yàn)中.由于精密電子溫度測(cè)量?jī)x器的普遍使用，使得貝克曼溫度計(jì)在實(shí)驗(yàn)中的利用率逐漸降低，但它仍可以作為一種簡(jiǎn)便的輔助儀器使用.另外，溫度效應(yīng)常常在實(shí)驗(yàn)中有所體現(xiàn).如醋酸-水-氯仿三組分系統(tǒng)的相圖繪制實(shí)驗(yàn)，其成敗與溫度的關(guān)系比較密切.然而，大部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中并沒(méi)有注意到這個(gè)現(xiàn)象，也并不清楚隱含的實(shí)驗(yàn)原理.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，溫度影響到各組分間的溶解度，在溫度較高的條件下無(wú)法觀察到明顯的渾濁現(xiàn)象，導(dǎo)致不能很好地判定滴定終點(diǎn).因此，如果能夠測(cè)定不同溫度下的相圖，可以使學(xué)生更深入地了解萃取過(guò)程，理解相圖中物系點(diǎn)和相點(diǎn)的概念，對(duì)于化工產(chǎn)品分離條件的篩選起到良好地指導(dǎo)作用.其他的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如：溶液表面張力的測(cè)定、活性炭比表面積的測(cè)定、蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定、高聚物的分子量測(cè)定等，溫度的影響均不可忽視.合理的安排實(shí)驗(yàn)是保證學(xué)生理解并掌握實(shí)驗(yàn)原理的前提.但由于參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生人數(shù)較多，普遍的做法是將學(xué)生分成若干小組，采用循環(huán)的方式開(kāi)展實(shí)驗(yàn).如果物理化學(xué)的理論課與實(shí)驗(yàn)課在同一學(xué)期開(kāi)設(shè)，在循環(huán)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將不可避免地導(dǎo)致部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目早于理論課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中則顯得非常被動(dòng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)理論一知半解，造成他們更多地關(guān)注實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，只動(dòng)手、缺乏動(dòng)腦，實(shí)驗(yàn)效果并不理想.鑒于此，將實(shí)驗(yàn)課的開(kāi)出時(shí)間較理論課程滯后一學(xué)期，先讓學(xué)生充分學(xué)習(xí)理論知識(shí)，再開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn).通過(guò)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中讓學(xué)生試講實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、回答問(wèn)題等方式讓學(xué)生進(jìn)一步理解實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的理論知識(shí)和操作步驟，更好地理論聯(lián)系實(shí)際，教學(xué)效果良好.同時(shí)，依托我校的安徽省化學(xué)工程實(shí)訓(xùn)中心，還可以進(jìn)一步開(kāi)設(shè)與物理化學(xué)相關(guān)的綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生深入理解物理化學(xué)原理、提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力奠定基礎(chǔ).

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)我?；I(yè)本科生“物理化學(xué)”課程的教學(xué)和改革結(jié)果，以實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，逐漸培養(yǎng)學(xué)生的工科思維，才能提高學(xué)生利用物理化學(xué)原理知識(shí)綜合解決化工實(shí)踐問(wèn)題的能力.

參考文獻(xiàn)：

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作者:林海莉 曹靜 張玉洲 單位:淮北師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院