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摘要：物理化學(xué)課程具有理論性強(qiáng)、抽象概念多等特點(diǎn)，教學(xué)方法通常難以取得良好的教學(xué)效果，針對(duì)建筑院校材料類(lèi)的專(zhuān)業(yè)特色，提出調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，突出教學(xué)重點(diǎn)，教學(xué)過(guò)程中通過(guò)舉例（生活中、自然界中等）來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，理論教學(xué)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，將物理化學(xué)原理與工程或生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系在一起，這樣不僅能讓學(xué)生更好地掌握物理化學(xué)課程的基本理論，還可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)本專(zhuān)業(yè)的學(xué)習(xí)興趣，為將來(lái)在建筑材料領(lǐng)域工作打下必要的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：材料專(zhuān)業(yè)；物理化學(xué)；教學(xué)改革

21世紀(jì)以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，人才培養(yǎng)方向也是向著應(yīng)用型及創(chuàng)新型發(fā)展。物理化學(xué)是化學(xué)學(xué)科的一個(gè)重要分支，是材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科生的一門(mén)主干課。本課程目的是讓學(xué)生系統(tǒng)地掌握物理化學(xué)的基本知識(shí)和基本原理，加深對(duì)自然現(xiàn)象本質(zhì)及規(guī)律的認(rèn)識(shí)，這些知識(shí)和原理不僅是化學(xué)學(xué)科的理論基礎(chǔ)，也是材料科學(xué)的發(fā)展基礎(chǔ)。物理化學(xué)是連接基礎(chǔ)學(xué)科和專(zhuān)業(yè)學(xué)科的重要橋梁，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中能鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力，并能有效激發(fā)其創(chuàng)新思維，為今后的后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)、畢業(yè)論文、科研工作等打下必要的理論基礎(chǔ)，因此物理化學(xué)課程的重要性是不容置疑的。物理化學(xué)課程理論性強(qiáng)、邏輯性強(qiáng)、抽象概念較多、公式繁多，采用常規(guī)的教學(xué)方法難以取得良好的教學(xué)效果，所以在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式下，如何提高物理化學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量一直是討論的熱點(diǎn)問(wèn)題之一[1-2]。除了適當(dāng)使用多媒體課件、調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、理論與實(shí)踐相結(jié)合等通常教學(xué)方法及教學(xué)手段[3]之外，劉新露等[4]的“活化”（即生活化、靈活化、快活化）教學(xué)法，能夠顯著激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力。黃華良等[5]的“實(shí)例＋問(wèn)題”式教學(xué)法，是通過(guò)實(shí)例引發(fā)學(xué)生思考問(wèn)題、分析問(wèn)題、實(shí)際聯(lián)系理論，對(duì)實(shí)例中的原理及問(wèn)題進(jìn)行深層次的理論分析，也是一種提高物理化學(xué)課堂教學(xué)效率行之有效的方法。文瑾等[6]提出了，結(jié)合專(zhuān)業(yè)需求改革物理化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容。朱曉東[7]提出結(jié)合生活實(shí)例來(lái)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)的興趣等等。以上這些物理化學(xué)的教學(xué)方法及手段雖然各有特色，但對(duì)于建筑院校材料類(lèi)學(xué)生來(lái)講，還不能全部照搬過(guò)來(lái)直接使用，需要結(jié)合自身的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)及學(xué)時(shí)要求，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，突出教學(xué)重點(diǎn)。由于物理化學(xué)是一門(mén)概念性、理論性、系統(tǒng)性和邏輯性都比較強(qiáng)的學(xué)科，涉及的公式較多，應(yīng)用條件比較抽象、復(fù)雜，本文提出在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)舉例（生活中、自然界中等）來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并將理論教學(xué)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)合起來(lái)，將物理化學(xué)原理與工程或生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系在一起。即結(jié)合工程實(shí)際，真正做到理論教學(xué)與工程（生產(chǎn)）實(shí)際相結(jié)合，不但彰顯建筑院校的特色，還能充分挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)興趣。

1結(jié)合人才培養(yǎng)特色確定教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)建筑院校材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案，突出建筑類(lèi)院校特色的材料專(zhuān)業(yè)課程體系，以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為目標(biāo)，首先選定適合工科院校、且使用較為廣泛的天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編的《物理化學(xué)》（上下冊(cè)）做教材，根據(jù)培養(yǎng)方案中學(xué)時(shí)要求確定教學(xué)內(nèi)容，并突出學(xué)科專(zhuān)業(yè)特色。天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編的第五、六版《物理化學(xué)》教材，目前國(guó)內(nèi)80%的工科院校都選用，適用范圍廣。考慮到建筑院校材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)（主要是培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才），教材中理論性極強(qiáng)的量子力學(xué)基礎(chǔ)、統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)初步兩章內(nèi)容不講，同時(shí)加強(qiáng)界面現(xiàn)象及膠體化學(xué)這兩部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，增加界面化學(xué)中表面活性劑的作用原理及應(yīng)用，并將相平衡、界面化學(xué)與膠體化學(xué)作為重點(diǎn)章節(jié)（這些章節(jié)內(nèi)容與材料類(lèi)部分專(zhuān)業(yè)課聯(lián)系更密切）。為了解決學(xué)時(shí)少、課程內(nèi)容多的矛盾，適當(dāng)增加自學(xué)內(nèi)容。例如電化學(xué)中電解質(zhì)溶液性質(zhì)、熱力學(xué)中平衡常數(shù)的計(jì)算等，相關(guān)內(nèi)容在無(wú)機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)中學(xué)過(guò)一部分，都可以做自學(xué)內(nèi)容處理。這樣處理后既能突出專(zhuān)業(yè)特色，又能保證授課內(nèi)容的覆蓋率不低于90%，以滿(mǎn)足部分學(xué)生將來(lái)報(bào)考“985”及中科院系統(tǒng)研究生的需要。

2采取舉例式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

物理化學(xué)這門(mén)課程中，熱力學(xué)占據(jù)了重要地位，熱力學(xué)理論抽象、生澀難懂，在講授熱力學(xué)的過(guò)程中，采用舉例式教學(xué)極易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與掌握。例如講到熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用，可以舉一個(gè)生活中的例子讓學(xué)生參與討論：在一個(gè)門(mén)窗緊閉、保溫良好的房間里，放有一個(gè)電冰箱，若將電冰箱門(mén)打開(kāi)，不斷給冰箱供給電能，室內(nèi)的溫度將如何變化？保溫良好、門(mén)窗緊閉的房間實(shí)際上是一個(gè)封閉的絕熱系統(tǒng)，從而Q=0，若將電冰箱門(mén)打開(kāi)，不斷給冰箱供給電能，因而環(huán)境對(duì)系統(tǒng)做了非體積功-電功（此時(shí)體積功為零），W>0，由熱力學(xué)第一定律數(shù)學(xué)表達(dá)式，ΔU=Q+W，得知ΔU>0，所以室內(nèi)溫度不但不會(huì)降低，反而會(huì)升高。再如系統(tǒng)的“狀態(tài)”與“狀態(tài)函數(shù)”是熱力學(xué)中非常重要的兩個(gè)概念，但初學(xué)者往往很難理解。可以簡(jiǎn)單的講，“狀態(tài)”就是系統(tǒng)的樣子，“狀態(tài)函數(shù)”就是描述系統(tǒng)狀態(tài)的一些物理量。比如描述一位美女的長(zhǎng)相，苗條的身材、白皙的皮膚、大大的眼睛、高挺的鼻梁等，根據(jù)這些描述自然得到結(jié)論，即這個(gè)美女的樣子很漂亮。漂亮美女就是“狀態(tài)”，上面關(guān)于美女漂亮樣子的具體描述相當(dāng)于“狀態(tài)函數(shù)”，于是“狀態(tài)”與“狀態(tài)函數(shù)”的關(guān)系就不難理解了。

3理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相結(jié)合

化學(xué)是研究物質(zhì)的組成、性質(zhì)與變化的科學(xué)。物質(zhì)變化包括物理變化和化學(xué)變化，物質(zhì)變化的特點(diǎn)是化學(xué)變化的同時(shí)伴隨著物理變化，即化學(xué)變化與物理變化二者密切聯(lián)系。物理化學(xué)就是從研究化學(xué)現(xiàn)象和物理現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系入手，從而探求化學(xué)變化中具有普遍性的基本規(guī)律，也就是運(yùn)用物理學(xué)的原理和實(shí)驗(yàn)方法來(lái)解決化學(xué)問(wèn)題。所以說(shuō)，物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容要與相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容緊密結(jié)合起來(lái)。例如蔗糖水解測(cè)速率常數(shù)實(shí)驗(yàn)。某溫度下水解反應(yīng)：C12H22O11+H2O=C6H12O6（葡糖）+C6H12O6（果糖），是將確定質(zhì)量的蔗糖溶解在水中，加催化劑鹽酸，整個(gè)反應(yīng)體系在一個(gè)三角燒瓶中，實(shí)驗(yàn)需要確定反應(yīng)至某一時(shí)刻蔗糖的濃度是多少，但是體系中有五種物質(zhì)混合在一起，無(wú)法測(cè)出蔗糖的濃度，于是根據(jù)實(shí)際反應(yīng)體系的特點(diǎn)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，旋光系數(shù)（一個(gè)物理量）不斷變化，且對(duì)于固定的儀器旋光系數(shù)與蔗糖濃度成正比，這樣蔗糖的濃度就可以用旋光系數(shù)來(lái)替代了，通過(guò)測(cè)定t時(shí)刻旋光系數(shù)值即可求得蔗糖水解反應(yīng)的速率常數(shù)。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)推導(dǎo)速率方程，進(jìn)而作圖求得速率常數(shù)，可以讓學(xué)生深刻理解一級(jí)反應(yīng)速率方程的積分式。此外，乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，是通過(guò)測(cè)定t時(shí)刻溶液的電導(dǎo)率來(lái)替代濃度求得反應(yīng)的速率常數(shù)，使學(xué)生對(duì)二級(jí)反應(yīng)速率方程的積分式又加深了理解；乙醇與環(huán)己烷二元液系相圖實(shí)驗(yàn)，通過(guò)測(cè)試二組分的折射率來(lái)確定其組分含量，本實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生更好地掌握氣相組成、液相組成的概念；原電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，采用對(duì)消法原理，通過(guò)測(cè)試原電池的電動(dòng)勢(shì)來(lái)求算待測(cè)硫酸銅溶液的濃度，本實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生對(duì)于電極的構(gòu)成有了直觀(guān)的印象，對(duì)能斯特方程的應(yīng)用更加熟練。

4理論教學(xué)與工程

（生產(chǎn)）實(shí)際相結(jié)合學(xué)習(xí)界面化學(xué)中表面活性劑作用原理，結(jié)合水泥生產(chǎn)中熟料的粉磨環(huán)節(jié)，通常需要加助磨劑來(lái)提高粉碎效率。主要原因是[8]：1）粉磨過(guò)程是比表面積增大、表面能量升高的過(guò)程。顆粒越微小，比表面積越大，表面吉布斯函數(shù)就越高，系統(tǒng)則處于高度不穩(wěn)定狀態(tài)。在沒(méi)有表面活性物質(zhì)存在的情況下，有顆粒變大，表面積變小，以降低系統(tǒng)表面吉布斯函數(shù)的自發(fā)趨勢(shì)。使用表面活性劑后，它將很快自動(dòng)吸附到固體顆粒表面并定向排列，使固體顆粒表面張力明顯降低，則系統(tǒng)表面吉布斯函數(shù)減小。2）表面活性物質(zhì)還可自動(dòng)滲入到細(xì)微裂縫中，如同在裂縫中打入一個(gè)“楔子”，起到一種“劈裂”作用，使顆粒裂縫加大或顆粒分裂。多余的表面活性物質(zhì)分子，很快吸附在這些新生的表面上，以防止裂縫的愈合或顆粒相互間黏聚。3）由于表面活性物質(zhì)定向排列在顆粒表面上，非極性碳?xì)浠猓诡w粒不易接觸、表面光滑、易于滾動(dòng)……等等，這些都有利于粉碎效率的提高。學(xué)習(xí)稀溶液的依數(shù)性原理，聯(lián)系冬季融雪劑的作用，考慮到傳統(tǒng)融雪劑大量使用對(duì)混凝土路面及環(huán)境帶來(lái)的危害，提出筆者正在進(jìn)行的長(zhǎng)效抗凝冰的研制。抗凝冰劑是一種能夠主動(dòng)將道路表面積雪融化的外加劑，其有效成分為鹽化物，常見(jiàn)氯化鈉、氯化鈣等。將其添加到瀝青混合料中，在車(chē)輛荷載下，外加劑中的鹽分從混合料的毛細(xì)空隙中逐漸析出，從而降低道路表面水的冰點(diǎn)。冬季建筑施工時(shí)，為了保證施工質(zhì)量，常在澆筑混凝土?xí)r加入鹽類(lèi)，這也是稀溶液依數(shù)性原理的重要應(yīng)用。可以讓學(xué)生討論，若為達(dá)到上述目的，現(xiàn)有氯化鈣、氯化鈉、氯化銨三種鹽，你認(rèn)為加哪一種鹽效果更好？

5結(jié)束語(yǔ)

總之，在建筑材料領(lǐng)域的工程或生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用物理化學(xué)原理，不僅能夠讓學(xué)生更好地掌握物理化學(xué)的基本理論，還可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)的學(xué)習(xí)興趣，為將來(lái)在建筑材料領(lǐng)域工作打下必要的基礎(chǔ)。

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作者:趙蘇 高麗麗 魏桂芳 單位:沈陽(yáng)建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 沈陽(yáng)城市建設(shè)學(xué)院土木系