張如良，劉 蕾，孫海青

(山東科技大學(xué)材料學(xué)院，山東 青島 266590)

物理化學(xué)作為化學(xué)和材料學(xué)科基礎(chǔ)課程，多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)時都會抱怨物理化學(xué)概念繁多抽象，感覺比較晦澀，原理與生活脫節(jié)，公式眾多，尤其是高年級學(xué)生的誤導(dǎo)，更是導(dǎo)致低年級學(xué)生在初學(xué)前就帶著情緒。但是筆者在物理化學(xué)這門課程的授課與學(xué)習(xí)中，深刻體會到物理化學(xué)是兼顧實用性與創(chuàng)造性的中心科學(xué)，與其他學(xué)科相互聯(lián)系，相互結(jié)合，不只是在科學(xué)領(lǐng)域，在哲學(xué)，人文等領(lǐng)域也有著深刻的啟示，日常生活一些現(xiàn)象也與物理化學(xué)密切相關(guān)。授課時，需要引導(dǎo)學(xué)生通過一些生活和前期基礎(chǔ)知識，充分調(diào)動邏輯想象能力和分析處理能力。

1 物理化學(xué)以其獨特的視角詮釋著這個世界

問題的本質(zhì)來源于生活而高于生活，但學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中往往缺乏思考和事物間聯(lián)系，很多認(rèn)為“理所應(yīng)當(dāng)”的問題，其實不然。例如，在界面現(xiàn)象這一個模塊的學(xué)習(xí)中，表面張力是一個很重要的問題，液體分子之間排列緊密，因而分子之間具有吸引力，而在氣相中，當(dāng)分子距離增加的時候，分子的引力隨著距離的增加而迅速下降。因此分子間引力在液-氣交界面上就形成了一種張力，即向內(nèi)和兩側(cè)拉扯液面的力，這就是表面張力。把曲別針、縫衣針之類的東西小心翼翼地放在水面上，可以讓它們漂浮起來，小物體漂浮現(xiàn)象就是利用的表面張力。當(dāng)在其表面滴加一滴含有表面活性劑的溶液中，曲別針會迅速沉入水中。

這種之類的問題數(shù)不勝數(shù)，為什么泡泡是球形的，為什么裝了熱水的水瓶，塞子經(jīng)常過夜就打不開了等等這之類的問題其實蘊含著豐富的物理化學(xué)知識。物理化學(xué)并不是與生活脫節(jié)，而是從生活中而來，聯(lián)系與生活實際會讓物理化學(xué)理解得更加具體。

2 物理化學(xué)的原理公式的項目種類繁多，未知數(shù)、常量、假定等等數(shù)學(xué)聯(lián)系密切，深刻的糅合了物理和數(shù)學(xué)等方面的知識，理解與推算記憶帶來了一定困難[1]

相信很多同學(xué)都為熱力學(xué)部分的大量的公式以及推導(dǎo)方程而感到頭疼。為了應(yīng)付考試的盲目去應(yīng)記，不加以理解，往往經(jīng)過一段時間，不用說正負(fù)號搞不搞得清楚，就連是哪幾個熱力學(xué)函數(shù)都會出現(xiàn)記憶混亂。這時候我們就要用到追根溯源法了。何為追趕溯源法，公式并不是憑空而來的，而是經(jīng)過合理的演算，由根而生。這個根就是我們所要搞清楚的。例如，麥克斯韋方程式是熱力學(xué)中非常重要的公式，很多同學(xué)都對此方程頭疼不已。我們?nèi)绻捎靡韵滤季S進行推算，就很容易得到，避免死記硬背。

從U=U(S,V)入手，U對S,V的一階偏導(dǎo)數(shù)是

在此基礎(chǔ)上求其二階偏導(dǎo)數(shù)：因為求導(dǎo)順序與結(jié)果無關(guān)，所以先后對S,V求導(dǎo)得

同理可求H、A、G分別對各自兩個獨立變量的二階偏導(dǎo)數(shù)，可得出如下三式：

由此可見，公式并不是憑空產(chǎn)生的，我們要運用合理的工具去創(chuàng)造條件，而不是一味地去死記硬背，找出源頭，一路向前，并擁有良好的數(shù)學(xué)功底會讓我們學(xué)起物理化學(xué)事半功倍。

3 物理化學(xué)主要是站在微觀和宏觀角度上看待問題[2]，是“抽象”問題，大部分是肉眼不能觀察到的變化，而大腦更愿意去接受“具象”的事物，這是學(xué)生在學(xué)習(xí)物理化學(xué)的一個難點

如何轉(zhuǎn)“抽象”為“具象”才是關(guān)鍵。當(dāng)講到理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT時，其適用條件是氣體分子本身所占的體積與此時氣體所具有的非常大的體積相比可忽略不計，因而分子可近似被看作是沒有體積的質(zhì)點。壓力越低，偏差越小。于是從極低壓力氣體的行為觸發(fā)，抽象提出理想氣體的概念。換句話說，真實的理想氣體是不存在的，空氣本身就是“看不見摸不著”的，而理想氣體又不存在，許多同學(xué)大腦中缺少一個模型去理解，造成接收的假象。公式背過了，說它到底是什么，卻又實際講不出。建立良好的空氣分子模型，合理類比已有的客觀事物，是最佳方案。氣體分子數(shù)量多，每個個體獨立存在又相互影響，無序性強。氣體受熱膨脹，就好比人，一旦活潑起來就像人的活動范圍增大，需要的空間自然就大，跟“膨脹”一樣。那么，理想氣體分子就同樣跟人一樣毫不干涉其他人進行自己的運動。這樣一來，理解起來非常清楚，我們要善于抓住學(xué)習(xí)內(nèi)容的特點，類比我們所熟知的事物，這樣學(xué)習(xí)起來自然事半功倍。

就比如原電池的設(shè)計來說，并不是要把所有的電池背過，而是從化學(xué)方程式入手，正極和負(fù)極的材料有千千萬萬種，但是設(shè)計原電池的規(guī)律卻是萬變不離其宗，得失電子守恒便是關(guān)鍵，主干抓好了接下來就是添枝散葉了，許多細(xì)節(jié)也要把握?！绊樚倜稀笔降乃悸肪褪沁@樣，找到主線，然后上面的脈絡(luò)分支就很清楚，也能找到想要的結(jié)果。

4 萬物皆有理，如何去尋找物理化學(xué)當(dāng)中的“理”是至關(guān)重要的，邏輯思維的運用必不可少，以及如何運用哲學(xué)思想去解釋反應(yīng)機理達到更快的吸收與理解

知識從何而來，知識并不是憑空產(chǎn)生的，同樣也不是人們所創(chuàng)造的。知識是客觀存在的真理。我們所做的只不過是不斷地去發(fā)現(xiàn)事物的本質(zhì)。這就是為什么千百年來科學(xué)家們孜孜不倦的去尋求自然界的最小單元。為的就是去更多的了解我們生活的世界，不看表面，只看實質(zhì)。對于物理化學(xué)的學(xué)習(xí)更是如此，其實在物理化學(xué)的學(xué)習(xí)中，出現(xiàn)最多的的兩個詞就是平衡與守恒。哲學(xué)思想平衡論中指出任何事物都具有兩面性，兩者是矛盾和相對的，是在互相轉(zhuǎn)化的。需在兩者之間尋找一個平衡點，如此反復(fù)，周而復(fù)始，無窮無盡，最終維持大體上的平衡，呈螺旋式交替上升趨勢，并呈現(xiàn)為雙螺旋狀態(tài)。如此化學(xué)平衡中無非就是生成物和反應(yīng)物的相互作用，最終會回歸平衡。而這個平衡絕不是靜態(tài)的，而是一個動態(tài)平衡，就是所謂的雙螺旋狀態(tài)。這樣的一個思考過程不僅僅是單向過程，是一個邏輯互逆的過程。任何事物都有兩面性，把握其中的理，指導(dǎo)物理化學(xué)的理解，才是根本。

5 重視實驗在物理化學(xué)學(xué)習(xí)中起的作用，以實踐帶動學(xué)習(xí)，以操作加深理解

物理化學(xué)實驗部分在物理化學(xué)學(xué)習(xí)中占據(jù)著相當(dāng)重要的地位，培養(yǎng)了學(xué)生的基本的物化素養(yǎng)和科研創(chuàng)新能力[3,4]?，F(xiàn)代的物理化學(xué)教學(xué)體系已經(jīng)有了很大程度上的完善，主要表現(xiàn)在課程的配套實驗設(shè)施上。但通過近年來對課程觀察，取得的效果可以說是不盡人意。一方面學(xué)生對實驗的重視程度不夠高，并不能真正領(lǐng)會實驗“動手帶動思維，實踐檢驗真理”的精神。另外，在整個實驗的過程中，學(xué)生的預(yù)習(xí)浮于表面，過程淺嘗輒止，總結(jié)流于形式。其次，課后反饋不夠及時、不充分，導(dǎo)致“不知其所以然”的現(xiàn)象非常的普遍，不能主動地用學(xué)過的物化知識解決現(xiàn)實問題。

因此，需要引導(dǎo)學(xué)生重視實驗預(yù)習(xí)，不再是照搬實驗報告，而是引導(dǎo)學(xué)生自主去設(shè)計實驗，體會其中物理化學(xué)的原理，更好的去應(yīng)用在課堂上學(xué)到的書本知識。同時，實驗儀器與實驗思路更要與時俱進，做實驗的最終目的還是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)觀念，如果一直驗證性實驗，那很難獲得時代所青睞的培養(yǎng)效果。難以提升學(xué)生的綜合創(chuàng)新意識及能力。例如，多引入物質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)表征方面的實驗內(nèi)容，在實驗設(shè)計中兼顧課程及專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)時代的需要，才能獲得更好的效果與高的知識價值。

6 結(jié)語

總體而言，物理化學(xué)在現(xiàn)代大學(xué)生的學(xué)習(xí)中的作用是日益顯著的，但是大部分人的學(xué)習(xí)方法卻是沒有一個系統(tǒng)的總結(jié)。照搬硬套老師教授的方法，難以取得好的效果。想要真正的學(xué)懂學(xué)透物理化學(xué)還是要靠自己去領(lǐng)悟，去尋找適合個體的方法。透過現(xiàn)象看本質(zhì)，消化吸收轉(zhuǎn)化為自己的方法才是最終訴求。