朱權(quán) 李娟琴 談寧馨 四川大學(xué)化工學(xué)院 610065

物理化學(xué)教學(xué)應(yīng)與學(xué)生科研思維能力培養(yǎng)相結(jié)合

朱權(quán) 李娟琴 談寧馨 四川大學(xué)化工學(xué)院 610065

根據(jù)物理化學(xué)學(xué)科的自身特色，提出在教學(xué)中進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生科研思維能力培養(yǎng)的觀點(diǎn)，提倡啟發(fā)式教學(xué)方法，增強(qiáng)教學(xué)過程中的趣味性，基本概念的清晰性和理論推導(dǎo)論證的嚴(yán)密性，改善過去物理化學(xué)教學(xué)中面臨的問題，從而提高教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對學(xué)科知識體系的牢固掌握和科研能力的初步培養(yǎng)。

物理化學(xué);教學(xué);科研思維;綜合能力

物理學(xué)家勞厄曾說：“重要的不是獲得知識,而是發(fā)展思維能力，教育無非是一切已經(jīng)學(xué)過的東西都遺忘掉的時(shí)候剩下來的東西?！倍锢砘瘜W(xué)是一門理論性，系統(tǒng)性和邏輯性都很強(qiáng)的學(xué)科，公式繁多，推導(dǎo)復(fù)雜，應(yīng)用條件嚴(yán)格。因此，如果仍然采用傳統(tǒng)簡單的講授式的教學(xué)方法而不加以變更，期終考試結(jié)束后學(xué)生所掌握的物化知識就會所剩無幾，也就失去了課程講授的意義。因此，從這一個(gè)角度看來，“授之以魚不如授之以漁”，對于重點(diǎn)院校的全日制本科學(xué)生，在教學(xué)過程中我們應(yīng)該加強(qiáng)學(xué)生科研思維能力的培養(yǎng)，物理化學(xué)的知識可以忘記，但必須教會學(xué)習(xí)和掌握物理化學(xué)知識的本領(lǐng)。

物理化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)決定了它是很好的教育資源，其規(guī)律和公式總結(jié)于實(shí)驗(yàn)而又可以指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，并能夠從原子，分子的微觀層次，借助統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)進(jìn)行解釋，有助于建立學(xué)生大腦的實(shí)驗(yàn)室，作為鍛煉學(xué)生科研思維能力的良好素材。在教學(xué)過程中，應(yīng)使學(xué)生將課程當(dāng)作進(jìn)行一項(xiàng)科研項(xiàng)目所需的背景材料進(jìn)行研究和學(xué)習(xí)。因此，物理化學(xué)課程的教學(xué)目的應(yīng)該是培養(yǎng)學(xué)生科研思維能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)理論知識和分析解決理論問題的能力。

圍繞著提高教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)學(xué)生科研思維能力這兩個(gè)本質(zhì)一致的目標(biāo)，經(jīng)過我們的教學(xué)實(shí)踐和學(xué)生的課后反饋，我們認(rèn)為物理化學(xué)教學(xué)應(yīng)該從以下幾個(gè)方面下工夫：

1.重視理論框架，夯實(shí)理論基礎(chǔ)

物理化學(xué)的概念多，公式多，推導(dǎo)多。對于三多問題，我們首先需要讓學(xué)生掌握的是該學(xué)科的理論框架，而不是一個(gè)一個(gè)公式的羅列。胡英院士曾指出：“一本教材，希望學(xué)生學(xué)了以后，能指導(dǎo)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?！币虼?，如果將物理化學(xué)作為科研的背景知識和必須基礎(chǔ)進(jìn)行教學(xué)，我們首先應(yīng)該使學(xué)生明白該學(xué)科的理論框架，熱力學(xué)，動力學(xué)，量子力學(xué)，統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)和其它相關(guān)章節(jié)之間的相互關(guān)系和內(nèi)在聯(lián)系介紹清楚。在課程講述之前，首先要把課程目錄的編排目的和具體授課的順序安排給學(xué)生交代清楚，在這個(gè)環(huán)節(jié)上不能節(jié)約課時(shí)，確保學(xué)生對課程整體有個(gè)初步把握。

對于理論公式的介紹應(yīng)首重概念，二重推導(dǎo)。對于重點(diǎn)院校的本科學(xué)生，他們具有良好的數(shù)學(xué)功底和物理，化學(xué)等學(xué)科的知識儲備，具有很強(qiáng)的掌握公式概念和推導(dǎo)的能力。因此，我們在課程講述中，首先要明確公式中各個(gè)物理量的具體含義，這才能為以后的科研和自學(xué)指明方向。而對于公式推導(dǎo)，無論老師還是學(xué)生都不愿意過多涉及，老師擔(dān)心講得多了學(xué)生接受不了，學(xué)生擔(dān)心由于公式的符號過多，變化太快而跟不上老師的步驟。在這個(gè)環(huán)節(jié)上，我們不能有畏難情節(jié)，一定要下工夫克服，避免公式的學(xué)習(xí)總是半生不熟，解決這個(gè)問題主要有以下幾個(gè)方法：1.對于重要和復(fù)雜的推導(dǎo)，應(yīng)采用傳統(tǒng)教學(xué)，在黑板上一步一步推導(dǎo)和講解，詳細(xì)敘述其中所采用的公式和需要的條件；2.對于推導(dǎo)內(nèi)容進(jìn)行精挑細(xì)選，不能所有公式都進(jìn)行推導(dǎo)，應(yīng)選擇具有代表性的公式，與課程內(nèi)容最為相關(guān)的物理量進(jìn)行講解，在推導(dǎo)中加深學(xué)生對概念的認(rèn)識；3.“眼過千遍，不如手過一遍”，課后作業(yè)應(yīng)布置學(xué)生完成與課堂內(nèi)容類似和不同的一系列推導(dǎo)。這樣教學(xué)有三個(gè)好處，首先學(xué)生可以通過自己推導(dǎo)加深對公式和概念的理解；其次，在推導(dǎo)過程中自然了解公式的推導(dǎo)條件和應(yīng)用范圍；最后，有助于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和成就感，理論推導(dǎo)的成功和應(yīng)用公式算對例題的感覺是不能相提并論的。

以上建立理論框架和打好理論基礎(chǔ)這兩個(gè)方面，是培養(yǎng)學(xué)生正確科研思維能力的前提。

2.寓科研于課程，有機(jī)結(jié)合

現(xiàn)在從事物理化學(xué)教學(xué)的老師，大多都有與其相關(guān)的科研項(xiàng)目。目前我的科研方向是顯溶劑模型下的非平衡溶劑化效應(yīng)。在課程開始的時(shí)候，我就會把自己科研的背景和最終具體所要解決的問題告訴學(xué)生，然后在課程講述中，結(jié)合每一章的知識分析和解決科研中的問題。比如，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，分析溶解過程中焓的計(jì)算和非平衡載電過程中可逆過程的設(shè)計(jì)；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，計(jì)算從平衡態(tài)到非平衡態(tài)熵的變化和自發(fā)過程的方向；根據(jù)動力學(xué)的內(nèi)容，計(jì)算溶液中電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的速率常數(shù)等等。使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，切實(shí)地感覺到物理化學(xué)不僅僅是一門課程，而且還是從事理論化學(xué)研究所必須具有的知識背景和科研手段，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。學(xué)生始終帶著思考和疑問去學(xué)習(xí)，最終在課程上完的時(shí)候，他們會發(fā)現(xiàn)完成一個(gè)科研的項(xiàng)目所需要的思維方式，知識儲備和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。

因此，我們不應(yīng)該把物理化學(xué)僅僅作為一門課程來講授，而是要調(diào)動學(xué)生的求知欲和好奇心，采用啟發(fā)式教學(xué)，形成學(xué)生自動的課前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí)和作業(yè)的機(jī)制。為學(xué)生在最后一學(xué)年的畢業(yè)論文和今后的科研工作奠定必要的理論基礎(chǔ)。這樣學(xué)生也不僅僅把你當(dāng)作任課老師，很多學(xué)生課程結(jié)束后會通過郵件和電話等方式，和我探討關(guān)于今后的就業(yè)取向和科研方向上的一些疑惑。

3.強(qiáng)調(diào)科學(xué)的思維方法，力求嚴(yán)謹(jǐn)

對于物理化學(xué)的教學(xué)，必須強(qiáng)調(diào)科學(xué)的思維方法。比如真實(shí)氣體的化學(xué)勢研究比較復(fù)雜，我們就首先需要采用理想氣體這個(gè)理想模型進(jìn)行近似，在導(dǎo)出理想氣體這個(gè)理想模型的化學(xué)勢后，然后從特殊到一般，詳細(xì)推導(dǎo)真實(shí)氣體的化學(xué)勢以及采用的校正方法。而最重要的是，得到真實(shí)氣體的化學(xué)勢之后，我們必須再從一般到特殊，即，真實(shí)氣體的化學(xué)勢在理想狀態(tài)下必須能夠回歸理想氣體的化學(xué)勢的形式，這是驗(yàn)證真實(shí)氣體的化學(xué)勢正確性的一個(gè)前提。類似的思維方法還可以應(yīng)用到真實(shí)溶液等的化學(xué)勢研究中。因此，我們在教學(xué)中應(yīng)該為學(xué)生總結(jié)出模型建立和公式推導(dǎo)所采用的思維方法，教會學(xué)生采用這個(gè)方法分析類似的問題，從而在教學(xué)中起到舉一反三，事半功倍的效果。

另一方面，我們也要強(qiáng)調(diào)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲泻蛯W(xué)習(xí)的態(tài)度。對于每個(gè)公式不單單要強(qiáng)調(diào)其所具有的物理意義和概念，更要強(qiáng)調(diào)公式的使用條件，量綱的分析和推導(dǎo)的自洽。細(xì)節(jié)決定成敗，物理化學(xué)是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科，通過課程的學(xué)習(xí)務(wù)必要使學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。作業(yè)作為檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的一個(gè)重要途徑，我們嚴(yán)格要求學(xué)生作業(yè)獨(dú)立完成，解題中必須包含狀態(tài)變化框圖，書寫工整，量綱完備。

4.結(jié)合生活實(shí)例和科學(xué)前沿，激發(fā)興趣

自1901年至2008年150多位獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的科學(xué)家中，60%以上是物理化學(xué)家或者是從事物理化學(xué)領(lǐng)域的研究工作。而國內(nèi)自從唐敖慶院士奠定了中國理論化學(xué)的基石以來，理論化學(xué)界的院士已有十多位。這些實(shí)例和數(shù)字都是激發(fā)學(xué)生學(xué)好物理化學(xué)的有力手段。當(dāng)代科學(xué)技術(shù)如飛秒激光技術(shù)，納米材料和生物自組裝等的研究都與物理化學(xué)息息相關(guān)，因此，我們在課程講授過程中，要在適當(dāng)章節(jié)引入這些科學(xué)前沿內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注現(xiàn)在的學(xué)科發(fā)展和科學(xué)名人。

學(xué)以致用，物理化學(xué)不僅僅是一門理論的學(xué)科，它還和現(xiàn)今的工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活密切聯(lián)系。熱力學(xué)第一定律，揭示了能量的轉(zhuǎn)化和守恒，第二定律解釋了過程變化的方向和限度，這些對于工業(yè)生產(chǎn)中的工藝設(shè)計(jì)和成本核算都起到重要作用。而電化學(xué)的學(xué)習(xí)對于現(xiàn)今的新能源開發(fā)具有重要的意義，比亞迪總裁在短短幾年內(nèi)之所以能夠成為中國首富，打的就是新能源這張牌。要使學(xué)生明白，理論學(xué)習(xí)的最終目的還是為了更高的實(shí)際應(yīng)用，科學(xué)的研究是為了技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

5.改革考試制度，提倡創(chuàng)新精神

這個(gè)方面我們正在著手進(jìn)行，物理化學(xué)的最終目的不應(yīng)該是通過卷面考試，而是全面培養(yǎng)學(xué)生調(diào)研，思考，推理論證，最終解決問題，形成科學(xué)報(bào)告的能力。因此，在今后的教學(xué)中，我們將逐步加入科研報(bào)告的考察內(nèi)容，使學(xué)生主動自覺地去關(guān)心科學(xué)的前沿，并通過比較和思考，應(yīng)用已有的知識，提出自己的看法。

在自然科學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)研報(bào)告《物理化學(xué)》卷中指出[1]，實(shí)踐表明，凡是具有較好物理化學(xué)素養(yǎng)的大學(xué)本科畢業(yè)生，適應(yīng)能力強(qiáng)，“后勁”足。由于有較好的理論基礎(chǔ)，他們?nèi)菀子|類旁通、自學(xué)深造，能較快適應(yīng)工作的變動，開辟新的研究陣地，從而有可能站在國際科技發(fā)展的前沿。因此，我們相信，在課程教學(xué)中有意識的加入科研思維方式的培養(yǎng)，有利于這些學(xué)生更快的適應(yīng)科研工作，站到科研前沿。

[1]高盤良.物理化學(xué)類課程的作用與定位[J].中國大學(xué)教學(xué).1999(6):24-25.

The combination of the teaching method for physical chemistry and the training of students’ scientific

research thinking
Zhu Quan Li Juan-Qin Tan Ning-Xin College of Chemical Engineering, chengdu, 61005

G642

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.21.148

國家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目號20903067）資助。

朱權(quán)（1980－），男，江蘇宿遷人，四川大學(xué)化工學(xué)院講師；

李娟琴（1979－），女，四川大學(xué)化工學(xué)院講師；

談寧馨，四川大學(xué)化工學(xué)院副教授。

AbstractAccording to the own specific feature of physical chemistry, the opinion of strengthen the training of student’s scientific research thinking is proposed in this work.In order to inspire the students’interest, heuristic education should be paid much attention to.At the same time, we ought to lead the students to think about the clearness of basic concepts and strictness of the theoretical derivation.Then base on the improvement of teaching quality, the students can grasp the knowledge and framework of physical chemistry and raise the ability of scientific research thinking.

Key wordsPhysical Chemistry；Teaching Method；Scientific Research Thinking；Comprehensive Ability