材料物理与化学十篇

材料物理与化学 篇1

关键词：无机调湿材料,有机高分子调湿材料,结构与性能

湿度是表示大气干湿程度的物理量,适宜的相对湿度对人类生产生活至关重要。湿度过低,会引起物品开裂、脆化,还会引发静电现象;湿度过高,会引起霉菌繁殖、金属锈蚀、电器绝缘性能下降,从而引发各种问题,给国民经济造成重大的损失。因此,研究能够感应空间湿度变化,通过快速吸湿、放湿自动维持空间湿度,使其恒定在某一特定范围的调湿材料具有重要意义。

本文综述了调湿材料的化学结构、物理结构与调湿性能之间关系的研究进展,阐述了有机高分子调湿材料今后的研究重点。

1 无机调湿材料的结构与性能

无机调湿材料包括硅胶、海泡石、蒙脱土、沸石、硅藻土、膨润土等一系列具有层状或微孔状结构的铝硅酸盐矿物材料,此类调湿材料的调湿性能由孔道(或层状)结构以及水蒸气分子在孔(或层)中的扩散所决定。对于一定孔径的无机调湿材料,当空气中的水蒸气分压高于其孔内凹液面上水的饱和蒸气压时,水蒸气被吸附,反之则脱附,因而使材料具有控制和调节湿度的作用。表1列举了一些无机矿物调湿材料的相关参数与平衡吸湿量之间的关系[1,2,3,4]。

从表1的数据可以看出,影响无机材料调湿性能的主要因素是微观形貌、比表面积、孔容和孔径分布。以海泡石为例[2],在低相对湿度(<43%)下,调湿作用机理是单、多层分子吸附,比表面积决定调湿性能;在中高相对湿度(43%~98%)时,调湿主要是依靠毛细凝聚作用,调湿性能由孔容决定。Haibin Li等的研究进一步证实了这一点[5],他们采用溶胶-凝胶法,以两种不同的表面活性剂为模板,合成了平均孔径、比表面积、孔容分别为4.2 nm、510 m2/g、0.545 cm3/g(F127)和0.65~2 nm、739 m2/g、0.354 cm3/g(Brij56)的两种介孔硅材料,这两种材料的水蒸气吸附-解析等温线见图1(实心图标为吸附曲线,空心图标为解析曲线)。

孔径对吸附量也起决定作用,日本学者根据开尔文关于毛细管凝结的理论,以两端开口的圆柱毛细孔为模型,经研究指出:要使毛细管在40%~70%的湿度范围内产生水分凝结,孔直径应为1.16~2.96 nm;要使毛细管在40%~70%内产生放湿,孔直径应为2.32~5.92 nm。考虑到水分子在吸放湿前毛细管表面已有1层或多层分子吸附,最后得出孔径为3.0~7.4 nm且分布均匀的材料,在相对湿度40%~70%具有最佳的调湿性能[6]。

无机矿物作为调湿材料的缺点是湿容量小,不超过50%,虽然可以通过表面改性、酸活化、热活化、扩孔等手段加以改善,但很难得到大幅度的提高。

2 有机高分子调湿材料的化学物理结构与性能

有机高分子吸水树脂(SAP)的成功开发为有机高分子调湿材料的研究提供了基础。SAP具有轻度交联的三维网状结构,网络内部含有大量羧基、氨基、羟基等亲水基团,能吸收自身质量几百乃至上千倍的水,同时膨胀为一种与水牢固结合的水凝胶。SAP特殊的分子结构使其对气态水分子也具有较强的吸附能力,Ю. М.Самченко等[7]指出,将交联高分子吸水凝胶做成吸附剂是很有前景的。

相比于无机矿物调湿材料,有机高分子调湿材料的优势是湿容量大[8,9,10]。图2是魔芋葡甘聚糖接枝丙烯酸共聚物(KAC)与无机矿物吸湿材料的对比[11]。

将有机高分子吸水树脂(SAP)用作吸湿材料,相对于无机矿物在平衡湿容量上具有明显优势,但湿容量一般不会超过1.5 g/g,远远低于其吸水量。这是因为有机高分子材料在吸水和吸湿的机理上存在差异,材料的吸水过程可描述为固液界面的吸附过程以及水分子向网络内扩散(即吸收)过程,而材料的吸湿过程则属于固气界面的吸附过程以及水分子通过树脂孔隙向网络内的迁移过程。吸水过程中,液态水分子进入网络内部后,在亲水性基团、渗透压、离子间静电斥力的共同作用下,树脂网络迅速扩张,使得网络孔径变大,有利于水分子的进一步进入;而吸湿过程中,气态水分子在树脂网络外表面的优先吸附和聚集使得网络孔径变小,另外由于材料表面的极性基团为水分子层所覆盖,吸湿动力下降,最终导致其吸湿量并不高。

由于高分子树脂在吸水和吸湿机理上存在差异,使得制备工艺对材料吸水性能和吸湿性能的影响也存在差异。笔者以相同的因素和水平制备同一材料,并分别以吸湿量和吸水量为考察指标,得到的实验结果是不同的,不但影响考察指标的因素主次顺序不同,最佳工艺条件也存在差异。产生这种差别的原因在于吸湿和吸水性能对材料结构的要求程度不同。

2.1 化学结构

有机高分子调湿材料的调湿机理为材料表面与水分子间范德华力的相互作用,如偶极-偶极作用、氢键作用等。理论上讲,只要是分子结构中含有羧基、氨基、羟基等亲水基团的有机高分子材料,都可以作为调湿剂,亲水基团越多,吸湿量就越大[12]。李鑫等[13]研究了不同吸湿官能团对高分子调湿材料吸湿和放湿性能的影响,实验结果表明:吸湿量随单体所含亲水基团的极性的增强而增加;含强极性的离子基团(-COOH 和-SO3-)的高分子调湿材料的吸湿能力明显大于含非离子基团(-CONH2、-OH及-COOCH3)材料的吸湿能力。笔者比较了几种非离子基团聚合物的吸湿能力,结果见表2。

可见,含非离子基团的有机高分子聚合物的基团极性是影响其吸湿量大小的主要因素,同时聚合度也会对聚合物的吸湿量略有影响,Jing Teng等[14]的研究证实了这一点,在相对湿度22%~80%范围内,聚乙烯基吡咯烷酮K90的吸湿量高于K12,随着相对湿度的增加,差距逐渐缩小。

2.2 物理结构

水分子向高分子聚合物的内部扩散过程主要受2个因素控制:一是水分子和聚合物之间的吸引力,由聚合物的化学结构决定;二是聚合物网络结构中与水分子尺寸相仿的微孔,由聚合物的物理结构决定。聚合物网络结构中的微孔与材料的结晶度、交联密度、分子链的韧性等因素有关。有研究[15]表明,SAP结构中引入适量的苯乙烯和海泡石可以有效地改善树脂的网络结构,因为疏水的苯基和刚性的海泡石在树脂中形成较多疏水微区,使毛细管作用更加明显,从而可加速水分子的渗入。

笔者认为,与吸水树脂不同的是,由于有机高分子调湿材料拥有丰富的强极性基团,因此其化学结构已足以满足高分子树脂的理论吸湿量,造成高分子树脂吸湿量偏低的主要原因是物理结构。通过改进制备工艺,制备出内部多孔、表面粗糙、比表面积大的有机高分子树脂,是改善其吸湿性能的重要途径;也就是以吸湿性能为指标考察有机高分子材料,除了要重视高分子材料的化学改性,更要重视通过改善其物理结构来提高相关性能。

近年来很多学者致力于多孔水凝胶的研究,目的多为研究其吸水性能,主要方法有加入制孔剂法[16,17,18,19]、泡沫体系分散聚合法[20]、冷冻诱导相分离法[21,22,23]等,所制备的材料多为大孔结构。张春晓等[24]以丙烯酸(AA)和尿素(U)为原料,N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)为交联剂,亚硫酸氢钠-过硫酸铵为引发剂,采用水溶液聚合法制备了聚丙烯酸钠/尿素多孔材料(PAA/U)。PAA/U的吸湿速率比PAA提高近1倍,吸湿容量也得到提高,25 ℃、90%RH时,吸湿率最高达0.975 g/g。

杨海亮等[25,26,27]根据多孔树脂结构的设计,利用二次制孔法制备了CMC-g-PAM/PAAS多孔树脂,聚合过程中加入一定量的氯化铝和碳酸氢钠进行一次制孔,所得产品干燥后升温至150 ℃进行第二次制孔。结果表明,AlCl3质量分数为丙烯酰胺单体的2.5%时,多孔树脂的调湿平衡范围为57.5%~62.5%,最大湿含量为122%,该材料在绝对湿度变化条件下,仍能将相对湿度控制在57.5%~62.5%之间。在温度变化条件下,多孔树脂在40 ℃的调湿平衡时间不超过1 h,在10 ℃的调湿平衡时间不超过3h,是一种良好的智能环境材料。表3为一次制孔和二次制孔所制备的树脂材料的相关数据。

经二次制孔后,树脂内部的孔变多,比表面积增大,孔径分布变窄,毛细凝结增加,体吸附量和吸附速率明显增加。

近年来还有很多学者致力于复合调湿材料的研究,将无机盐或无机矿物材料与有机高分子材料通过一定的方式进行复合,可充分发挥每一组分的优点,以便制备出具有高湿容量、 高吸放湿速度的新型复合调湿材料。经研究发现,纯聚合物的表面规整,无机盐与有机高分子材料复合后,聚合物内孔增多、表面粗糙,增加了接触面积,有利于水蒸气的吸收和释放[28]。无机矿物与有机高分子材料进行复合后,材料表面变得粗糙并存在大小不一的空隙,这种粗糙多孔的表面形貌特征有利于提高材料的吸湿性能。图3为聚丙烯酸和凹凸棒粘土/聚丙烯酸复合材料的表面形貌。随着凹凸棒含量的增加,在聚丙烯酸吸湿组分减少和材料疏松程度增大的综合作用下,复合材料的吸放湿率先升高后降低[29]。

3 结语

材料物理与化学 篇2

物理化学是运用物理的理论和实验方法研究化学中最基本的规律和理论的科学。它所研究的内容普遍适用于各个化学分之,与材料学、生物学、地质学、天体学、海洋学等领域密切相关。但由于它是一门概念性、理论性、系统性和逻辑性很强的学科,涉及的公式多,应用条件严格,比较抽象,是学生学习过程中普遍感到困难较大的一门课[1]。随着当今科技迅速发展,交叉渗透日益突出,按照素质教育的要求,并考虑课时紧缩的实际情况,我们必须对物理化学的教学内容和方法进行改革[2]。

1 教材的选择及教学内容的确定

针对我校复合材料专业的特点,选择的物理化学教材既要体现当前学科发展的概貌,同时又要使学生具备牢固的理论知识,为以后就业奠定一定的基础。考虑以上因素,我们选择了面向21世纪教材,由天津大学物理化学教研室编、高等教育出版社出版的《物理化学》教材(第五版)。同时结合复合材料专业的就业特点,精选了教学内容。该版教材中第一章气体的PVT关系,由于高中阶段已经讲述过,所以可以省略。第八、九章的量子力学和统计热力学都是从物质的微观难度着手讨论的,难度较大,可做简单讲授,若详细探讨可开设选修课单独进行讲授。其它章节的内容选择重点内容,尤其是与本专业相关的内容详细讲解,例如第六章的相图、第十章的界面现象内容等,并结合具体的实例,达到更好的授课效果。

2 物理化学课堂教学改革

我校复合材料专业开设的物理化学课程是继无机化学、有机化学之后的理论性化学专业知识,它的知识内容除涉及无机、有机化学知识外,还与大量物理和高等数学知识有关. 概念抽象,公式原理多,推导过程繁琐,内容难理解。因此学生普遍感觉物理化学课程更偏重理论, 学习起来较难,从而导致对这门课程不抱有很大的热情,学习动力不大[3]。针对以上问题,对物理化学课堂教学进行改革就显得非常必要。具体的改革措施应遵循以下原则:整体设计课堂教学效果;教学方法和教学手段最佳;考核方法合理、科学。

2.1 课堂教学效果的整体设计

(1)培养学生的学习兴趣。

学习兴趣至关重要,学生若是对某些课程不感兴趣,老师即使讲授的再精彩,学生的学习效果也不会太好。因此培养学生的学习兴趣就显得十分必要了。开课伊始,教师就应该讲好绪论部分,充分讲述物理化学课程的重要性,课程内容的实用性,鼓励学生努力学好物理化学,培养学习兴趣。学生有了兴趣,教师才能较好地进行指导。

(2)提高知识的趣味性。

知识的趣味性是主动学习的推动力。把理论性强、抽象而枯燥的内容变得生动有趣,是提高课堂教学效果的有效手段。在教学过程中穿插一些与生活实际密切相关的问题或是适当的趣例,则可以起到画龙点睛的作用,使课堂富于趣味性。例如,在给学生介绍水的相图时介绍了亚稳态这个概念,可以以人的健康状况来类比说明。现代社会人们的生活节奏加快,整天忙于工作,锻炼身体的机会很少,大多数人的身体状况不佳,多属于亚健康状态。亚健康就是一种亚稳态,不稳定,不可能长时间存在,必须向稳定状态转变;人要从事正常的生产、生活需要健康的体魄,因此必须锻炼身体,保持身体处于健康状态,而不是亚健康状态。又如,在讲授界面化学的时候,可以提问学生在春天光滑的墙壁和粗糙的墙壁哪个更容易回潮。然后用弯曲表面上的蒸汽压——开尔文公式解释原因。这种理论与实际应用的结合,可激发学生的学习兴趣,引起学生探求知识的欲望,是物理化学课堂教学获得成功的关键一步。

(3)理论教学与实践教学相结合。

物理化学虽然是一门理论学科,但许多定理都是建立在大量的实验基础上,所以物理化学的知识是理论和实验相结合的。为了更好的理解课堂上的理论知识,开设对应的实验课程,这样既能锻炼学生的动手能力,又能加深学生对相关知识的理解程度,而且还能够建立学生对物理化学这门课程的实用性的信心,极大地提高了学生的学习动力。例如,我们讲授化学动力学这一章的一级反应时,讲完理论的同时,开设了“蔗糖水解反应速率常数的测定的实验”,学生普遍反应通过实验对课堂内容有了更深一层次的理解。

2.2 优化教学方法和教学手段

(1)加强课前预习与课后复习。

物理化学的公式推导过程繁琐,为此非常有必要进行课前预习。课前预习要求学生对将要讲述的内容先浏览一遍,不做具体推算,只要求对重点内容有个初步掌握,等老师讲述时学生的思路能与教师同步,使以后教学活动更易开展。同时知识讲授后还要要求学生经常复习,以免由于公式繁多而混淆或是遗忘,影响后面新知识的学习。

在物理化学教学中,作业也是必不可少的教学环节,但作业太多学生疲于应付,太少达不到复习的效果。因此就要求精选习题,做到“少而精”,力求达到事半功倍的效果。同时为了弥补课堂教学时数少而教学内容较多的不足,可根据教学内容的安排,适当选留思考题,然后要求学生课后查资料,以论文格式上交,这样既锻炼了学生的写作能力,又提高了学生的积极性。

(2)改进教学方法和教学手段。

在教学方法上,我们改进单一的讲授法,采用启发式、讨论式、互动式教学方法,努力为学生营造一个宽松的学习环境。具体做法是教师精心设计问题,通过提问、回答及组织学生进行讨论,在教师与学生之间形成一种良性互动式的教学模式。在教学手段上,我们采用多媒体教学与板书相结合的形式,使复杂抽象的问题简单化。对于难以讲解或表达的内容,可以运用动画、影片等手段把难以理解的概念形象化,引起学生的兴趣,加深学生的理解。但是多媒体教学也有它的不足之处,多媒体教学讲课速度较快,学生不能及时接受教师讲授的知识,更没有更多的时间做课堂笔记,不利于课后的复习和考试。因此要根据教学内容来确定是否选用多媒体教学。对于那些有图像,需要演示过程的教学内容,例如第六章相图的演示,第十章界面现象的毛细管现象、润湿现象等内容,多媒体教学能够化静为动,把枯涩的问题趣味化,便于学生深入地了解相关知识,能得到很好的教学效果;而对于重要公式的推导方面的教学内容采用板书的形式更合适。只有采用多媒体教学和板书相结合的形式,才能收到最佳的教学效果.

3 合理、科学的考核方法

合理、科学的考核方法能够调动学生的学习兴趣和学习动力,提高学生主动学习的能力。签于此,我们结合本校的具体情况和专业特点,摒弃了传统的只以期末考试成绩为标准的考核方式,采用多项合并的方法综合测评。具体测评方法为期末考试成绩占总成绩的70%,体现学生动手能力的实验课程占总成绩的10%,平时成绩占总成绩的20%。平时成绩又分为三部分:出勤率占3分,作业成绩和平时的小测验成绩占12分,参与课堂讨论和随堂回答情况占5分。这样的考核方式明显提高了学生的学习热情,学生能积极参与课堂问题的讨论和回答,改变了物理化学枯燥,沉闷的课堂气氛,大大地提高了教学质量。

4 结 语

针对我校复合材料专业的具体情况对该专业开设的物理化学课程课堂教学进行了改革,包括教材的选择、课堂效果的整体设计、教学方法和教学手段的改革、课程考核体系的建立等。实践结果证明以上的教学改革方案大大提高了学生的学习兴趣,学生能够积极思考、回答问题,也极大地提高了教学质量。但是教研改革永无止境,我们会继续更深入地进行物理化学教学改革,使之建设成学生更受欢迎的课程。

摘要：针对复合材料专业的特点,通过优选教材,精选教学内容,优化教学方法和教学手段,建立合理、科学的考核体系,对该专业开设的物理化学课程课堂教学进行改革。实践证明,物理化学课堂教学改革大大提高了学生的学习兴趣和学习效率,也极大地提高了教学质量。

关键词：复合材料,物理化学,教学,改革

参考文献

[1]王正烈,周亚平.物理化学[M].北京:高等教育出版社,2001:2-3.

[2]方文军,雷群芳,王国平,等.工科物理化学教学改革与实践[J].化工高等教育,2005,84(2):33-35.

材料物理与化学 篇3

关键词：材料专业；物理化学；知识体系；认知方法

物理化学是材料专业的主干课程，很多高校将其列为研究生入学考试课程，由此可见物理化学对材料专业的重要性。但是，从材料专业培养计划的演化历程看，物理化学的入选并非是严格按照科学方式的，它更多地源于老一辈材料学家的经验、印象。一分为二地讲，这种经验的课程遴选方式有其内在的合理性，特别是对材料这一新兴专业（学科），经验保证了物理化学对材料专业的有用性，这一点已经为材料专业几十年的发展所证实；但是，有用性仅仅是众多课程评价维度中的一维，从材料专业人才培养的现状与未来看，还应该站在更高、更全面的角度审视物理化学课程。

本文将从知识体系与认知方法的双重角度，对现行的物理化学课程重新审视，以建设更加适合材料专业的物理化学课程，即名副其实的“材料物理化学”课程。

一、知识体系构建

知识体系是课程的根本，从知识体系审视物理化学课程是首要任务。知识体系的审视分为微观视角与宏观视角。

1．微观视角

从学科来源看，物理化学是“四大化学”之一，属于化学化工学科。因此，物理化学课程通常都是由化学/化工学院开设。这一课程制度给材料专业的物理化学带来以下问题：

首先，现行物理化学的研究对象以气体为主，但材料专业应重点研究凝聚态，特别是固态。从专业的角度讲，以气体为主要研究对象的物理化学，是符合化学化工类专业实际需求的，因此是合理的；但是，从材料专业的角度看，研究对象的差异足以使知识结构发生改变。例如，凝聚态概念的广泛使用及气态概念的适当弱化，就会使热容理论的重点发生转移，使原本很复杂的标准态概念变得极为简洁，使相图理论集中在凝聚态（从而简化相图，因为凝聚态通常不考虑压力，这将极大地方便相图分析），使占据较大篇幅的逸度概念弱化，而活度的相对地位上升。这些变化总体上将简化公式众多的传统物理化学，使材料物理化学教学过程的重点更加突出。

其次，现行物理化学侧重化学反应，而材料专业更应该重视相变过程。例如，物理化学中将化学反应单独列为一章，且动力学理论基本是化学反应的动力学，而不是相变动力学。大家知道，自然界中的物质变化过程主要分为pVT过程、相变和化学反应三个层次，pVT过程也可以称为非相变、非化学反应过程。现行物理化学在讲述热力学原理时，主要针对pVT过程，这种做法是正确的，因为它符合从简单到复杂的认识规律。但是，在化学反应和相变这两个过程的取舍中，材料物理化学就应该侧重相变过程，甚至把相变单独设为一章。从知识体系看，相变恰恰是处于中间层次的变化过程，它所造成的变化程度大于pVT过程而小于化学反应。换言之，相变是介于pVT变化与化学反应的桥梁，是认识层次从低到高不可或缺的中间环节。

2．宏观视角

一门课程的知识体系仅从课程内部审视是不够的，还要将其放在培养计划的整体框架中，以便考查课程间的知识衔接与协调，正确处理知识重复问题与知识层次问题，使一门课程成为整体知识结构的有机组成部分，而不是相互独立的。在我们编写的材料物理化学教材中，从以下三个方面对此进行了考虑：

首先，对先修的大学物理要高度关注，以避免有些知识（如热力学第一定律、理想气体平衡过程、卡诺循环等）的简单重复。现在有一种倾向，就是把课程的知识体系搞得尽可能完备，担心少了某些知识会造成知识体系的不完整。这种做法从课程内部来看无可厚非，但从不同课程构成的体系着眼，却是不利于学生学习的。因为简单的知识重复会造成学生的反感，影响学习的积极性。

从更高层次看，大学的天职是探究高深学问，这是美国教育哲学家布鲁贝克的基本思想。但是，现在的理工科课程往往聚焦于公式、热衷于计算、侧重于记忆，使得大学高深学问的核心价值被弱化。学问之所以成为学问，关键在于问，在于学习之后的思考，而且是深入、持续的思考。而现行理工科教学把计算结果作为教学的终点，是有悖大学教育精神的。

其次，要通过材料物理化学深入认识高等数学的思想与方法。现行物理化学往往工具性地使用多元函数等高等数学知识。而材料物理化学应该承担跨课程的更高层次任务，即促使学生加深对数学知识的认识。物理化学知识本身，为这种深入认识提供了绝佳的对象。例如，多元函数的偏导数理论，可以在物理化学中得到充分的应用，使学生透过偏导数的数学形式看到物理本质；再如，全微分概念在物理化学中有非常明确的对象，即状态函数，状态函数具有全微分的所有数学性质。因此，将全微分理论与物理化学的状态函数概念结合，能进一步深化认识，加强对数学理论的理解。

最后，应该积极借鉴数理哲学知识，使一批基础概念的引入更加自然。例如，状态函数理论起源于德国哲学家弗雷格的数理哲学理论，这一哲学流派试图将文字符号化，进而数学化。弗雷格用文字替换函数中的自变量，从而为状态函数概念奠定了基础；又如，标准态是物理化学的重要概念，但很少有人意识到它是测量的基础，而测量通常属于原始概念，因此不再进一步解释。事实上，所有的测量都离不开比较，而比较涉及参比的标准问题，也就是标准态问题。逻辑上，人们一定选择客观的、自身保持不变的事物作为比较标准，如长度、时间等物理量都是这样比较而来的。对于物理化学中的温度概念，也有比较及参比对象的状态问题，这才有冰点概念，进而规定0℃，因为0℃是冰水混合物得以长期维持的温度，它既客观又稳定，因此可以作为稳定的标准态。不难看出，比较、标准、客观、稳定等都属于哲学范畴，如果不从哲学的层次给予分析，物理化学中很多基本概念很难深入认识和理解。因此，从哲学的高度认识与理解它们，并用来指导物理化学的教学，是大有裨益的。

通过以上分析不难看出，材料物理化学的知识体系应该侧重材料专业。同时，在课程间知识衔接、数理知识的深化认识、哲学概念借鉴等更高的层面上，也应该做积极的探索，以适应材料专业的发展。

二、认知方法改造

前面的讨论主要集中在知识体系上，比知识体系更高的层次是认知方法，它们之间恰恰是“鱼与渔”的关系。下面从四个方面介绍材料物理化学课程的认知方法改造。

1．改变从一般到特殊的大一统顺序

现行物理化学遵循从一般到特殊的知识展开逻辑，这一点从系统、环境、状态函数、内能，特别是熵概念上，体现得非常充分。在教材中，都是先介绍这些概念的一般定义，然后举例说明，或用例题给予进一步的解释。表面上看，这种认知方式无可厚非；但从认知理论看，有些情况下就会产生问题。根据认知理论，概念是有不同类别的，像焓、吉布斯自由能、化学势等，属于非原始概念，即它们是通过一些更为基本的概念定义而来的。对于这类概念，遵循从一般到特殊的认知规律，先给出普遍定义再做出具体的解释与说明，是完全合理的；而前面提到的系统、环境、状态函数、内能、熵等，则是原始概念，原始概念的认识有着另外的规律，那就是借助感性，而非完全的理性与逻辑。

因此，对一些原始概念，应该改变传统的从一般到特殊的认知方式，强化感性认识，通过大量的感性体验来逐步建立相关概念，最后给出定义。需要特别指出的是，如果按照上述理论，物理化学中熵概念的介绍方式必须做出重大调整，即首先通过丰富多彩的与熵有关的事实，极力强化对于熵的感性认识，然后给出熵的一般定义。但是，国内物理化学教材几乎无一例外地通过逻辑推理的方式演绎出熵概念，这是熵概念教学效果较差的原因之一，而熵是物理化学中最重要的新概念。

2．更加重视形象化与简约化

由于物理化学课程固有的抽象性，一些影响很大的物理化学教材都很重视概念的形象化，因为形象化符合人的认知方式。但是，物理化学中概念的形象化程度还不能满足学习要求，因为一些核心概念的教学还在采用抽象定义、数学公式、数值计算的模式，使得相关的概念、理论无法真正为学生所理解。根据我们的教学经验，内能、焓、熵、吉布斯函数、溶液、化学势、活化能等一批基本概念，都存在过于抽象的问题。因此，应该强化教学过程的形象化，多举例子，使这些概念更多地联系已经建立的概念，特别是生活常识。

现行物理化学的另一个问题是：体系过于庞杂，知识点众多，公式比比皆是。造成这种现象的原因是过分追求学科知识的完备性，殊不知书本上知识的完备不等于学生头脑中知识的完备。因此，必须设法简化知识，使教学进程保持一定的速度，而不是拘泥于细枝末节。从技术的角度看，可以借助前面提到的凝聚态概念，来简化热容、标准态等知识点，甚至可以淡化焓与亥姆霍兹函数，因为在这两个热力学函数中，都涉及pV项，而根据凝聚态特征，该项由于数值极小而可以忽略。这样一来，8大热力学基本函数就简化为6个，这会使教学重点更加突出，使学生的记忆负担减轻，从而有更多时间去深入探究那些对材料专业真正重要的概念。

3．概念的多角度阐释

概念作为学科的核心与基础，有着无与伦比的作用。在初学阶段，建立清晰的概念，深入理解概念，灵活应用概念，是教学的中心。但是，如何强化概念教学却是一个长期未能很好解决的问题。根据认知理论，概念的建立和形成与同一事物的不同角度认识有关。例如，化学势是物理化学的重要概念，但其引入过程基本是数学式的，结果使学生产生化学势不过是偏导数的错误认识。事实上，化学势是地地道道的物理概念，它源自物理学中势能概念，结合了化学组成的因素，从而形成这个新概念。因此，从物理角度学习化学势，就应该首先介绍物质的量对势能的影响，然后介绍组成变化带来的进一步影响（这就是化学势概念的核心）。按照这个思路，就会发现现行物理化学少了一个环节，即纯物质条件下化学势的物理意义，因为相关教材中只从数学的角度做了定义。事实上，稀溶液的依数性、固溶体、杠杆定律等概念也有类似问题。

4．例题习题作用的重新定位

对于物理化学课程，例题习题的重要性不言而喻。但是，例题习题的作用到底是什么？是简单展示与机械复习吗？是真正解决问题吗？这样深究下去，就会发现例题习题的作用还真是值得探讨的问题。根据认知理论，简单、机械的操作的价值并不大，它一方面乏味，另一方面耗费时间，其结果不过是强化了公式记忆与运算熟练，但对知识的深入理解并无太大的帮助。对于物理化学课程而言，学习的关键是理解，特别是针对基本概念的深入理解，以及理解基础上的广泛应用。因此，应该从深入理解与广泛应用的角度，重新审视例题习题的作用，使它们的作用不仅仅局限于记忆与运算，而是提升到更高的层次。例如，冰溶化成水的相变过程，等压热是容易计算的；但是，计算出了结果后，如何进一步分析数据，找出吸收的热量的内能存在形式及各种内能变化的比例关系，这些才是真正需要引导的方向。这方面的改革工作任重道远，一方面原因是由于学生长期受应试教育影响，习惯于机械做题；另一方面原因是教师本身也没有真正认识到例题习题的高层次价值，而把它们简单视为记忆与运算的工具。进一步讲，我们主张将例题习题搞成开放式的，而不是以计算结果为终点的封闭体系，使学生的思想在计算结果的基础上进一步延伸，去领略概念的深层次含义，或概念的广泛联系。

综上所述，尽管物理化学是非常经典的课程，但从材料专业的角度重新审视，其改革空间还很大。要站在经典物理化学的“巨人之肩”，通过认真反思与深入分析以及扎扎实实的教学实践，建设既有材料专业特色、又体现先进认知方法的新型材料物理化学课程。

[本文系南京理工大学教改资助项目“材料专业基础课概念－问题－探究教学模式研究”阶段性成果之一]

材料物理与化学学科简介 篇4

材料物理与化学学科紧紧围绕海南经济社会发展需求，以海南特色优势资源开发利用和海南生态环境发展为研究重点，通过人才培养、科学研究和技术开发，为实现海南特色资源的开发利用和海南优异的生态环境发展提供人才培养、科技支撑和技术储备。

目前，学科已经形成相对稳定并且特色鲜明的三个研究方向：（1）硅锆钛资源综合开发与利用：利用海南具有丰富的硅锆钛等无机矿石资源加工成满足现代高技术、新材料产业应用要求的高纯石英材料。

（2）天然橡胶改性与应用：针对目前国内天然橡胶加工产业现状，开展天然橡胶初加工工艺和产品质量技术研究。（3）环境与生物材料的开发与利用：海南太阳能、风能以及热带海洋生物资源等环境友好绿色材料的开发与利用。

本学科以农产品加工及贮藏工程海南省及农业部重点学科（橡胶加工方向）为依托，经过多年建设，现有高分子材料与工程、材料科学与工程两个海南省特色本科专业，材料物理与化学校级重点学科，有橡胶学博士学位授权点，材料学、材料物理与化学硕士学位授权。目前已招生硕士研究生105名，已毕业三届共18名获得硕士学位。学科点已建成海南优势资源化工材料应用技术教育部重点实验室、硅锆钛资源综合开发与利用海南省重点实验室、天然橡胶海南省重点实验室（与中国热带农业科学院加工所共建）和海南省天然橡胶加工工程中心（与海南中化橡胶有限公司共建），同时拥有高分子材料加工

海南省实验教学示范中心和太阳能研究中心。

材料物理与化学 篇5

本文结合作者在本校材料科学与工程学院材料化学专业的《材料化学》课程教学工作,以及在课程建设中的一些心得体会,从课程设置、教学内容、教材的选择和教学手段等方面进行初步的探讨,并对实际教学中产生的问题进行一些分析讨论。

1 《材料化学》的课程设置

材料化学专业作为刚刚发展10多年的一个新专业,一般是作为材料科学与工程院系中个一个专业方向,主要研究范围涵盖材料制备、开发及应用等领域。由于材料本身范围广泛,所以各高校开设该专业的背景和所依托的学科优势也各不相同,各个学校材料化学专业的培养模式和教学内容也有很大差别[4]。因此,在设立该专业时,需要结合本校特点,给材料化学专业有一个明确的定位。

《材料化学》课程是本校材料化学专业在第三学年开设的一门专业基础课,总学时有96个,以无机材料化学、有机化学、超分子化学、纳米材料和功能材料为主要学习内容,涵盖面非常广泛。按照第五、第六学期以及材料化学涵盖内容的分类,将整学年的《材料化学》课程分为两个部分:《材料化学I》和《材料化学II》。

2 教学内容与教学计划

《材料化学I》和《材料化学II》每门课程用48个学时授完,分别在第五、第六两个学期进行。《材料化学I》主要讲授无机材料化学和高等有机化学两部分内容,每部分24个学时,使学生掌握无机材料化学和高等有机化学的基本概念和基本知识,加深对无机化学和有机化学的理解和认识,拓展学生对无机化合物结构及类型、有机化学反应和有机合成设计的认识,掌握一些无机和有机材料的制备及合成方法。《材料化学II》主要讲授超分子化学、纳米材料和功能材料三部分内容,每部分16个学时,使学生掌握超分子化学、纳米材料和功能材料的基本概念和基本知识,引导学生从化学逐渐向材料学过渡,拓展学生对最近兴起的超分子化学、纳米材料以及功能材料的认识,掌握一些超分子、纳米以及功能材料的基本的制备及合成方法,了解这些材料的结构、形态、分子设计、性能和性质之间的关系,为从事材料合成、改性和应用奠定基础。

3 教材的选择

由于材料化学专业为新开专业,目前《材料化学》课程的教材较少,主要有高等教育出版社、化学工业出版社和机械工业出版社出版的约六七种教材[5]。就笔者对这几种教材的比较来看,教材中的主要内容和《无机化学》、《有机化学》、《物理化学》中的重复内容较多,这些内容学生一般在大一、大二阶段已经学过,而且有些内容过于前沿,对一些基本理论和基础知识的涉及不够。因此,笔者所在院系组织相关人员,对讲授的教材进行了编著,自编教材按照授课内容,分为无机材料化学、有机化学、超分子化学、纳米材料和功能材料五大部分。目前已在学生中进行试用,效果较好。自编教材可以有意识的避开已经讲授过的一些基本理论和基础知识,使讲授内容的范围更广,避免和以前课程的重复,对材料化学领域出现的新材料、新理论和新方法有更多的涉及。

4 教学方法与教学手段的探讨

在课堂上主要运用多媒体进行教学,并采取启发式和互动式的教学方法,启发学生进行课后思考,自主查阅文献。课上安排学生讨论,创造灵活宽松的课堂氛围。充分利用先进的教学手段,把课程教学与学生自学相结合,以教师讲解为主,适当安排学生课堂讨论。学生除完成课后作业外,自学教师布置的自学章节和阅读相关的资料,并完成教师布置的专题阅读。主讲老师要处理好了解与掌握、学生自学与教师讲解、知识与能力培养、经典理论与学科前沿等方面的关系,并努力营造师生互动和活跃的课堂气氛,对一些学科前沿问题可以让学生运用学到的基础知识进行分析讨论,使学生保持兴趣与主动参与的渴望。从目前掌握的情况来看,虽然《材料化学》课程涉及专业范围宽,内容繁杂,但总体授课效果不错。

5 实践教学中存在的问题和采取的措施

尽管笔者在教学中利用了自编教材、多种方式授课等等多种教学手段,然而,在实践教学过程中,仍然遇到了较多的实际问题,总结为以下两点:

(1)授课内容多而杂,涉及到多个学科领域,因此对授课人员的要求很高,同时也带来了很大的备课压力,在授课时不可能做到面面俱到。例如进行无机化合物的讲授过程中,因为《无机化学》课程学生已在大二学过,因此,在《材料化学》课程中的无机化合物主要讲授的是高等无机化学中的配位、有机金属、原子簇和生物无机化合物,这些内容如果全部讲授,24个学时是远远不够的,因此,只能采用“以点带面”的方法,带动学生的自主性,鼓励学生查阅资料,在课下对感兴趣的方面进行学习,同时可以让学生在课堂上进行讲解,共同分享。这样既弥补了授课学时的不足,同时也带动了学生的学习积极性,培养了学生查阅资料和自主学习的能力。

(2)授课中讲述的内容往往是交叉学科的内容,会涉及到结构化学、晶体学、物理化学、无机和有机化学、以及高分子化学的很多理论和知识。这样一来,如果学生基础参差不齐或者准备不足,上课时有可能会出现听不懂或者很难理解的情况,很难达到较好的学习效果。这样,就要求授课老师要做好几点工作。首先,要提示学生对相关基础知识进行预习,同时,在授新课前,要花上一些时间带领学生温习一下以前学过的知识,这样既有利于学生温故而知新,合理安排时间,同时,又能在已有知识的基础上,引入新的内容,使学生有一个循序渐进的接受新知识的过程,有利于激发学生的学习兴趣。

6 结 语

材料化学是一门新兴学科,是材料科学和化学的交叉学科,具有知识脉络广泛、学科知识新颖的特点。《材料化学》课程是材料化学学科专业基础课的重要组成部分,通过该课程的讲授,可以实现培养高素质、复合型人才的目标。笔者经过对材料化学专业该课程的实践教学,在教学内容和教学方法上进行创新,调动学生的学习积极性,取得了一定的教学效果。在以后的教学中,还将继续就该课程的教学体系进行进一步的探索和实践。

摘要：针对材料化学本科专业培养计划,基于对《材料化学》课程建设的实际情况和基本要求,对《材料化学》课程设置的必要性,教学大纲和教学内容的确定,以及教材的选择进行了讨论,并对教学方法和教学手段进行了探讨,针对实际教学中出现的一些问题进行了分析。

关键词：材料化学,课程建设,教学实践

参考文献

[1]李本侠,等.《材料化学》课程教学的探讨与实践[J].广州化工,2009,37(8):228-229.

[2]郑玉丽,等.《材料化学》课程的建设和实践[J].广东化工,2009,36(12):196,208.

[3]朱光明.材料化学课程的内容设置及其与材料科学的关系[J].大学化学,2004,19(6):16-18.

[4]张宝莲,等.材料化学专业定位及课程体系的思考[J].高等建筑教育,2007,16(4):93-95.

材料物理与化学 篇6

一、从经典的验证实验中发现新的研究内容

如何将经典的验证性实验延伸为设计实验是我们从事物理化学实验教学的实验教师一直认真探索的问题。例如电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数是国内外高校化学专业必开设的经典动力学实验[1-2],很多高校在该实验的基础上开设了具有研究性特点的设计实验,张虎成等人设想并实现了在未知反应级数的前提下[3],让学生灵活地利用动力学原理设计测定反应级数的测定方法,陈晓娟等开设了开放式研究性实验“酯类皂化反应溶剂效应”[4],对酯类化合物皂化反应的动力学溶剂效应进行了初步分析,获得了有意义的结果。我校一共开设了20个基础的验证性实验项目,经过多年的教学研究与实践,我们在这些实验的基础上开展了很多设计实验项目。

“浓差电池的设计和电动势的测定”是在经典的电化学验证性实验“化学电池温度系数的测定”基础上开展的,要求学生根据实验室提供的电极材料设计4个浓差电池然后利用电位差计测定电池的电动势,学生普遍认为这个实验比较简单,可是在具体操作的时候却出现了很多问题,问题主要表现在学生在设计方案的时候缺少周密的考虑,比如设计的电池所用的电解质溶液是硝酸银,可盐桥的溶液却用的是氯化钾饱和溶液,结果连接上电池后二者相遇发生化学反应生成氯化银沉淀导致实验失败;有的同学将商品银丝不经活化处理就直接作为银电极使用,结果发现所得的电池电动势数据与文献上报道的理论值相差很大,遇到这些问题,作为教师,要让学生认真独立的思考问题出现的原因,然后重新修改方案,再通过实验来验证自己的想法的是否正确,切忌过多的干涉学生的想法,过多的提示与指导,否则不能更好地锻炼和培养学生独立分析和解决问题的能力。验证性实验的主要目的是使学生掌握物理化学实验的基本方法与技能,加深对有关的物理化学原理的理解,而设计实验更加侧重于提高学生灵活运用这些实验技术和原理的能力。

化学反应热的测定是要测定的反应热,可采取量热法及蒸发压法相结合来实现。它是在“燃烧热的测定”和“纯液体饱和蒸汽压的测定”两个基础验证性实验上开展的项目,在验证实验中,学生测定的是固体奈的燃烧热,而乙醇是可燃液体样品,既无固定形状又很容易挥发,所以首先要求学生思考如何将乙醇固定在燃烧池中,测出其燃烧反应的等容燃烧热,再利用公式计算出该反应体系的等压燃烧热,然后根据水的饱和蒸气压的测定方法,测出不同温度下水的饱和蒸气压,求得水的平均摩尔汽化热。这个实验将两个热力学实验巧妙的结合起来,不但提高了学生的物理化学实验技能,而且加深了他们对热力学基本理论的理解。

“酸催化蔗糖转化动力学”是由验证实验“旋光法测定蔗糖转化反应速率常数”而延伸的实验,曾是第四届全国大学生化学竞赛的实验项目之一,竞赛时首先给出了实验的基本原理,然后提出设计要求,要求在40分钟内设计一个合理的实验步骤,在某一温度下,通过改变酸的浓度,求出对应于酸的反应级数及酸催化的反应速率系数。我们在实验教学中对此进行了一些改动,因为和参加竞赛的学生相比,无论在实验的设计和操作方面,学生都有充分的时间思考和完成,所以我们没有给出实验的基本原理,这样在一定程度上就增加了设计的难度。对于这个实验,很多学生出现的问题在于不知道实验的目的与他们所作的验证实验的区别,不清楚反应的速率常数与酸的速率系数及酸的级数的关系,这反映了我们很多学生还没有深入和灵活地理解动力学的理论知识,在本实验中至少要测定两个酸度下反应体系的旋光度随时间的变化,然后利用对作图,分别求出两条直线的斜率,学生在设计实验方案与实验步骤时普遍出现了考虑问题不深入、不细致的现象,比如酸是催化剂,只能改变反应速率,不能改变反应的转化率,因此只要蔗糖的初始浓度不变,是常数,由于有些学生没有考虑到这个关系,因此分别测定了两个酸度下的,导致没有在规定的时间内完成实验。

综上所述,学生从设计实验方案到独立自主地完成实验,能够真正地提高他们独立思考分析问题和解决问题的能力。

二、鼓励学生自主选题设计实验

以上列举的是教师结合多年的教学实践并借鉴其他院校的教学内容与经验而开设的实验项目。除此之外,我们还鼓励学生自主开发实验项目,比如学生在做纯液体饱和蒸汽压实验过程中提出疑问,测试数据的初始温度为什么是40℃而不能低些,为此他们自己设计方案来研究,结果发现,实验过程中真空的程度对实验的结果有很大的影响,当真空度为 - 700 mm Hg时,测试的温度应在40℃以上,才能保证得到的水的平均摩尔汽化热和正常沸点的误差在5 %以内, 若要降低测试的初始温度,必须提高真空度。学生还通过上网查阅文献开发了“明胶的等电点测定方法与研究、表面活性剂在固体表面吸附量的测定”等等实验项目,在研究测定明胶的等电点方法时,他们大胆尝试了利用最大泡压法测定明胶等电点的方法,并且与常用的电导法进行了比较,发现在等电点时,明胶溶液的表面张力最小,在表面张力的曲线上出现了拐点,而利用该方法测定明胶的等电点的文献鲜见报道。研究的成果增强了学生大胆创新的信心。在研究表面活性剂在固体表面上的吸附量时,他们考察了阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)在不同固体吸附剂上的吸附行为;在选择SDS浓度的测定方法时,由于国标法是亚甲基蓝分光光度法,测试的过程中要进行萃取等烦琐操作,为此学生大胆地设计了分别利用电导法和最大泡压法测定其浓度。虽然方法的精密度不如国标法,但是这两种方法操作非常简单、快速,且基本能够满足学生实验的要求。在研究表面活性剂在纳米二氧化钛上的吸附行为时,考虑到二氧化钛纳米粒子所带电荷的性质可能会影响其对表面活性剂的吸附性能,为此他们设计利用改变p H值来改变纳米粒子表面的带电情况,进而研究考察它们在不同的p H体系下对活性剂的吸附性能,为了验证他们的结论还选用了阳离子表面活性剂CTAB来进行对比研究。在这些实验过程中,学生随时会遇到问题,会有新的想法和思路,然后要深入和广泛地查阅文献来改进实验的方案。多年的教学实践表明学生对这类实验表现出极大的兴趣,因为他们在其中体会到科研探索的乐趣。

三、将教师的科研项目与教学内容相结合

目前,很多高校都将教师多年从事科研工作的内容与成果编写成了实验项目,我们也在基础的物理化学实验中针对化学教育改革实验班的学生开设了这一类具有综合性特点的研究项目,因为这些学生学习基础非常好,毕业时大多数被报送读研究生。为了丰富和扩展他们的理论和实践知识,培养他们科学研究的兴趣,为将来更好地从事科研工作打下基础,我们结合教师的科研课题开设了一些设计实验项目。这些实验要求学生首先自己查阅文献,了解相关领域的知识与研究现状,然后独立设计实验的思路和方案,经过和老师一起探讨后确定样品的制备方法、表征手段及性能测试的方法,由于这些实验工作量相对较大,因此实验的形式采取开放性,学生在课余时间可以随时到实验室开展实验,通过这些实验研究,不但锻炼和提高了他们的实验技能,更重要的是使他们初步了解了科学研究的思路,体会了科研工作的艰辛,培养了他们认真进行科学研究工作的素养,并且由于这些研究内容涉及的领域广泛,是表面化学、半导体光物理与光化学、光催化化学多学科知识交叉的研究项目,极大地丰富了他们的理论知识,开阔了他们的思路,提高了他们科学研究的兴趣,为将来从事科学研究工作奠定初步的基础。

四、结语

通过多年来在教学实践中的摸索与探讨,我们在设计实验内容的选择和设置方面逐步地积累了一些经验,也取得了较好的教学效果,使学生在学习兴趣、动手能力、独立思考问题及科学研究能力等方面都得到培养和提高。开设设计实验后,先后有15名化学实验班的学生参加了全国大学生化学竞赛,其中有4人取得了二等奖,3人获得了三等奖,明显好于没有开设这类实验前时学生的竞赛成绩。

近年来发现,一些设计实验经过几年的教学实践,其内容的创新性就会有所降低,这就要求我们要在实践中不断地研究探索新的研究项目,要大量地查阅相关的文献与书籍,多与其他院校的教师交流与探讨,借鉴其他高校同行的教学实践经验,使设计实验的项目与内容不断地得以更新和丰富。

参考文献

[1]复旦大学等.物理化学实验[M].北京:高等教育出版社,2007:103.

[2]邱金恒,孙尔康,吴强.物理化学实验[M].北京:高等教育出版社,2010:74.

[3]张虎成,裴渊,赵扬.电导法测定乙酸乙酯皂化反应级数[J].大学化学,2012,(27).

材料物理与化学 篇7

1 物理化学课程教学内容的改革

1.1 加强与其他基础化学课程的联系和衔接

物理化学与无机化学、有机化学、分析化学并称为四大基础化学课程[1]。这四门课程不是孤立的,它们之间相互渗透、相互衔接,存在千丝万缕的联系。物理化学课程如果能与其他三门课程在教学内容、教学方法以及知识应用等方面进行很好的协调配合,那么学生在知识的积累与灵活理解、理论思维方法的掌握与应用方面将获得更大的收获。比如,我校应用化学专业学生在大一已经学习了无机化学及分析化学,其中有化学热力学、化学平衡、化学动力学等章节知识与物理化学部分重叠。到大二学习物理化学时若照本宣科,面面俱到,不仅学生没兴趣,而且加重了学时的负担。若能将学生已有的知识和经验很自然地融合到物理化学教学中,就会收到事半功倍的效果。又比如在讲授热力学第二定律过程中,可以首先启发学生回顾在无机化学中学到的热力学知识,让学生自己提出这些定律的基本内容及基本概念。在学生期待教师对自已的回答作出判断时,教师就对体系与环境、热与功、内能与焓、热力学第一定律等重叠内容做复习性介绍,这时学生往往会全神贯注,最后在此基础上才开始引入热力学第二定律。由于尊重了学生个体已有的知识和经验,学生的学习活动由被动地接受知识变为积极主动地建构知识[2],这样就可以大大提高学生的学习兴趣,使学生学习起来感到知识的渐进性。

1.2 课本内容与课外知识有机结合

课本上的理论与具体的科技研究成果介绍相结合,既有利于避免教师教学内容的枯燥无味、空洞抽象,也有利于拓宽学生的知识面,同时还能激发学生学习的兴趣和积极性。为此,教师在教学过程中可以相应地引入一些化学史、化学重要发现的介绍。例如在讲解电解质溶液电导时,向学生介绍1883年Arrhenius提出电解质电离理论时,得不到老师和学校学术委员会的认可,因为当时的人们认为,正负离子只能相互吸引结合在一起而不能分开。但是Arrhenius不为所动,继续将自己的论文寄给欧洲的4位化学家,得到了他们的肯定,后来他继续发展了自己的电离理论,并在1903年因此获得了诺贝尔奖[3];又比如超临界流体萃取技术是分离科学中有划时代意义的科技进步,然而这一高新技术是应用物理化学中临界状态的特性、溶解度定律、三组分体系二相平衡的分配定律及焦耳-汤姆逊效应等基本内容相结合而成。另外,教师还可以将日常生活中与人类息息相关的一些无机化学知识引入到课堂教学当中,例如,在学习相平衡章节的固液平衡体系时,举例在大雪过后,环卫工人为什么在大街上洒盐水,以及在化工生产中为什么经常用盐水溶液做冷冻液;在讲到相图在药学中的应用时,举例说明为什么用氯霉素与尿素形成低共熔混合物可以改善氯霉素的溶解和吸收;从江河入海处三角洲的形成让学生进一步知道胶体的聚沉作用;从城市晚上的霓虹灯现象引出丁达尔效应;通过测定血液中红细胞的电泳率就可判定人体的肝功能是否正常;从树干的高度引入渗透压的概念;从高压锅的使用联系克-克方程。通过这些实例的阐述,可使学生加深印象,从而改善教学效果,使教与学产生共鸣[4]。这些教学方法的应用使抽象的元素形象化,使学生对原本枯燥无味的理论产生兴趣,同时也激发他们对物理化学其它内容的学习兴趣。

1.3 课程教学与学生的专业相结合

作为一门本科专业基础课程,物理化学是面向化学化工、材料、资源与环境、药物等多个专业开设的。因此,教师在授课时,在教学内容基本相同的前提下,应该对不同的专业区分对待。比如对于药学专业的学生,在讲授相平衡时,可根据相关知识点,恰当联系药物及天然产物有效成分的提取、分离方法,药物剂型的配制和改良方法等,使学生明确该章内容具体的可能应用范围;在叙述表面化学和胶体时,可将物理化学与药剂学密切结合起来,将表面化学和胶体的知识合理运用到药剂学中,在各种药剂剂型如悬浊液、乳状液、溶胶等的制备,剂型的改良;在讲授化学动力学时,可以列举具体药物来阐述药物贮存期预测方法,选用具体药物来讲解其在水解、氧化、光化等反应中的稳定性及体内代谢动力学等,用物理化学理论知识来更好地指导药剂的配制和改良。这样,学生在学习物理化学知识的同时,对专业知识也有所接触和了解,加深了学生对与物理化学相关性质和原理的理解,使物理化学课程真正发挥出了基础课程的作用。

2 物理化学课程教学方法改革

2.1 加强多媒体网络教学的运用和学习,提高教学质量

在物理化学课程课堂教学中,经常会涉及复杂的分子和原子模型、繁琐的数学公式、复杂的平面和立体图形等,这时授课教师要耗费很大精力使学生理解抽象的化学信息。而多媒体网络教学可提供大量的素材资源库,配以各种模型、实物照片和动画,图文并茂,动静结合,将抽象的行为形象化,有利于学生对知识的学习和掌握[5]。例如在讲解“体积功是途径的函数”这一概念时,若用粉笔加板擦模式讲课,则要在黑板上反复画图二十分钟左右,费时而低效,如果事先做好多媒体课件,则两种图形的对比变化,一目了然。又比如,平衡相图部分历来是学习难点,教师在课堂上连画带讲,十分吃力,有时一张图要反复画,而学生在下面连听带记,顾此失彼,有时理解也很困难,如果采用多媒体课件,这些问题都可以迎刃而解。当然多媒体教学由于信息量大、速度快,往往会出现学生跟不上教师讲课速度的现象。教师在使用多媒体教学的过程中绝不能“填鸭”似地把内容一股脑地倒给学生,而不考虑学生的接受能力。教师一定要适当控制授课速度以给学生缓冲的时间。因此,教师在制作多媒体课件时,一定要遵循重点突出、层次分明、条理清楚、有的放矢的基本原则,使学生易于把握课程的重点和难点。同时教师要善于利用多媒体提供的大量的素材,使授课内容形象化、生动化,从而充分调动学生的积极性。

2.2 采用设问教学,加深学生对物理化学课程中抽象概念的理解

英国化学家格林伍德和厄肖恩说过,化学事实是头等重要的事,而对事实的解释却容易过时。在化学中,所谓的有悖传统理论的“特例”更重要,“不规律”正是化学引人入胜之魅力所在。化学理论从来都是在怀疑、推翻、创造中向前发展的。在实践教学过程中,我们的做法是,任何重要概念引出后,都要设计一些问题让学生回答。因为这些问题不仅能起到理解、巩固所学概念的作用,还具有举一反三、启示创新知识的效果,是学生从一般性思维发展到创造性思维的关键点。比如在引出熵函数的概念后,可设计这样一些问题:不可逆循环过程一定大于零吗?绝热过程都是等熵过程吗?任何过程中,系统增加的熵一定等于环境减少的熵吗?等等,通过这些问题,既可加深学生对熵概念内涵及外延的理解,还会迫使学生去反复思考,激励学生在学习过程中产生新的想法,提出新的问题。同时,根据学生回答问题的信息反馈,发现学生在概念理解中的障碍点,采取相应措施加以弥补。因此,教师在教学中,对出现的不符合规律或无法用现有理论解释的现象不应有意回避,而是要引导学生深入思考、分析,这样既能够使学生对所学内容留下深刻印象,同时也培养他们勤于思考、勇于发问、敢于创新的正确的科学态度,不局限于传统的理论和所谓的“规律”。从长远来看,这也有利于化学学科的进一步发展。

2.3 重视学生实验技能的培养与训练

规范化地进行实验操作是每位化学工作者所必须掌握的基本技能,也是其获得良好实验效果的基本保证,更是培养其创新能力的前提条件。实验课中教师应先说明实验原理,然后示范操作,最后再让学生自己动手练习。为了保证实验质量和教学效果,实验教师应密切关注学生的每一步操作,及时纠正他们不规范的细微动作。同时,要建立实验课与理论课相辅相成的、同等重要的教学理念。因为学生只有在充分掌握实验原理的情况下,才能够很好地进行实验操作;而学生通过实验操作和实验结果分析,又能够对化学理论知识有更加深入的理解。由于受传统应试教育模式的影响,现在的在校大学生往往对实验课不太重视,实验操作技能较差,有相当一部分学生对实验原理一知半解,做实验仅仅是按照实验教材上的实验步骤“依葫芦画瓢”,敷衍了事。针对以上现象,教师应该首先让学生从思想上明确实验课的重要性,其次可以通过加大实验考核力度引起学生对实验课的重视。再者,教师还可以通过定期举办实验操作大赛以提高学生的参与兴趣。

此外,为了更好地把主动权交给学生,我们对学生开放了实验室,学生可以自主选择实验时间,选择实验项目。如果学生在规定时间不能完成实验或发现实验结果有问题,可以自己安排时间到实验室重新进行实验。在保证完成基础实验的基础上,我们所增开的综合性、研究性实验项目有:“溶胶的制备及电泳的测定”、“溶液吸附测定活性炭的比表面”和“交联壳聚糖对重金属离子的吸附性能研究”等。参与这些实验项目的学生在教师的指导下进行科研课题的研究,从而促进了学生科学素质、创新意识的培养,实验技能和科研能力得到了极大的训练和提高。

总之,在物理化学课程的教学过程中,教师应合理选取教学内容,注意课程间内容的联系、专业的结合,并应作适当的拓展;合理运用现代高科技手段,重在培养学生的创新意识、创新能力和实践能力。这也同时对物理化学课程的授课教师提出了更高的要求,即教师应该是具备扎实的专业素质和宽广的知识面的先进教育理念的课堂教学实践者。

摘要：基于物理化学与其他课程间的内在联系,针对物理化学课程的特点,从加强课程间的联系与衔接、课堂教学与课外知识的结合、课堂教学与专业背景的结合、多媒体网络教学手段的运用、实验技能的培养等方面,对物理化学教学内容和方法的改革进行了探讨。

关键词：物理化学,教学内容,教学方法,改革

参考文献

[1]王基轈.《物理化学》与《无机化学》等课程的协调[J].教育与现代化,2006,78(1):22-25.

[2]李琳.浅谈环境工程专业物理化学教学中的备课体会[J].中国科教创新导刊,2008,(3):125-127.

[3]习保民.在物理化学教学中培养学生的学习兴趣[J].药学教育,2006,22(3):39-41.

[4]田清平,丁红,刑桂琴.物理化学在药学中的作用[J].山西医科大学学报(基础医学教育版),2003,5(4):360-361.

材料物理专业建设的探索与思考 篇8

[摘 要]材料物理专业是物理学与材料科学的交叉学科，培养适应高新技术产业发展的新型人才。可从学科平台、专业定位、专业特色等方面对材料物理专业的建设进行总结，为材料物理专业应用型人才培养提供参考性意见。

[关键词]材料物理；专业特色；学科平台

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）07-0112-02

武汉工程大学材料物理专业于1999年筹建，2000年开始招生，2010年成为首批入选 “湖北省普通高等学校战略性新兴（支柱）产业人才培养计划”的专业之一。在10多年的建设中，学校坚持“加强基础，拓宽口径，重视实践，培养能力”的建设思路，充分突出专业特色，努力提高办学水平和人才培养质量，现专业建设已经步入良性发展阶段。总结专业建设过程中的一些经验与教训，可以为专业今后更好地发展提供借鉴。

一、专业建设要体现特色

1998年，教育部颁布新的本科专业目录，材料物理为新设置的专业，是物理学与材料科学的一个交叉学科，属材料科学与工程一级学科。许多高校将相近的专业，如金属物理、材料科学、应用物理等专业改名为材料物理专业。这样虽然专业名称相同，但专业的内涵并不完全相同。发挥各自的优势和特色是各校专业建设的重点。这就要求各高校既要在大专业的口径下对人才进行全面培养，又要把各自原有的特色发扬光大。[1] [2]1999年武汉工程大学（以下简称“我校”）申报材料物理专业，其中就面临着专业如何建设、如何和其他高校差异化培养人才、如何体现特色等一系列问题。走访已有专业的知名高校，吸收他们成功的办学经验，既可以为我们提供借鉴，也能避免和这些知名高校的同质竞争。通过调查我们发现，当时国内材料物理专业基本上都是由同类专业转变名称而来，其仍然延续原来的办学方向，大部分还是以服务于传统产业为主。

根据调研结果，结合我国正处于经济转型时期，新材料、新产业正不断出现的实际情况，我校材料物理专业选择在学校“等离子体化学与新材料重点实验室”建设发展的基础上，以等离子体技术和薄膜材料为特色，服务于新型产业，实现差异化培养，避免同质竞争，为后续发展提供发展空间。

二、专业建设依靠一个学科平台，背靠一个行业

国内专业设置一般有两种情况，一类是先有学科，在学科建设的基础上进行专业建设，专业发展后劲足。一些名牌高校学科建设基础好，师资和实验条件也比较好，基本是按这种模式建设。另一类是先有专业，然后进行学科建设，很多新办高校都属于这种情况。这就存在许多问题。首先是师资力量缺乏，特别是高层次师资缺乏，其现有师资基本上是从不同专业转岗而来。其次，专业实验室尚未建立，实验资源匮乏，未能与相关企业建立良好的合作平台，导致学生缺乏良好的实践机会。再次，学生毕业论文由于没有学科支撑，选题方向杂乱，毕业论文质量难以得到保障。可见，学科平台建设对专业建设顺利进行有着至关重要的作用。本专业依托湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，为专业发展提供师资及实践教学平台等多种支撑，并且由于实验室研究方向面对新型产业，客观上也为专业发展烙上了不同于其他学校的特色——等离子体技术与薄膜材料。

另外，专业建设还必须背靠一个行业。因此，有必要针对行业特点设置一些专业课程。由于国内外教育体系差异较大，国外大学实行全面的素质培养，学生知识面宽，但具体到点的深度不够。比如国外某大学工程学院材料方向只学习材料基础知识，并不分无机、有机，没有涉及高分子、金属、无机非金属等方向的具体课程。国内高校如果照搬，很多学生毕业后找工作就会觉得无所适从。因为国内企业对人才需求有具体到点的知识要求，比如金属行业企业不会招聘没有学习金属学方向课程的毕业生。国内有些高校的材料物理专业学生就业困难，其中一个重要原因就是学校仅针对物理学与材料科学领域设置课程，学生学习的知识面宽但具体的针对性不强。因此，我校材料物理专业人才培养虽然定位于等离子体技术及应用和功能薄膜材料方向，但具体到培养方案，主要还是针对光电信息材料、新能源材料、光学薄膜材料等行业设置专业课程。

三、课程体系要与生源相匹配

专业建设之初，由于专业教师都是来自于国内重点大学，学校在制定培养计划时不可避免的受到这些高校的影响。比如物理课程，国内重点大学材料物理专业几乎都是按照力学、热学、电磁学、光学等分类教学，我们也照着设置。但在随后的教学过程我们中发现，学生普遍反映学习难度大，难以接受。我们也曾请985高校的教师来授课，但效果也一样，这说明不是教的问题，还是课程难度与生源不适应的问题。随后我们调整培养计划，将这些课程合并为普通物理学，与其他专业学生一起上，这样问题就解决了。由于普通高校与985、211这类高校在生源质量上存在很大差别，人才培养侧重点也不应该一致。基于此，学校顺应时代发展，遵循人才培养规律，并结合自身特点，进行了人才培养模式改革，于2009年提出以“三实一创” （“三实”指实训、实验、实习，“一创”指创新）为核心的应用型人才培养模式改革计划。[3]这样做目的是培养基础扎实、知识面宽、实践创新能力强的应用型高级工程技术人才。材料物理专业也根据学校办学精神，对课程体系和实践教学环节进行了重大改革，将原来分散在各个课程中的实验课程进行整合，重新规划实验体系，开设单独的实验课程，制定统一大纲，整合并适当更新实验内容，使实验体系更加完备，并与实用化紧密结合，侧重于培养学生的动手能力。同时适量减少理论课程，适当弱化、减少公式定理的推导过程，重点将理论意义和作用与应用密切联系起来，培养学生对知识的综合应用能力。2010年，湖北省教育厅为促进高等教育与经济社会发展紧密结合，引导高等学校主动适应经济发展方式转变和经济结构调整，优化人才培养结构和资源配置，深化人才培养模式改革，实施了湖北省战略性新兴（支柱）产业人才培养计划。[4]材料物理专业成功入选后，我们对课程体系又进行了改革，实行3+1模式，即3年理论教学，1年实践教学，实践教学有将近一半的时间在合作企业进行。这强化了办学与市场结合度，培养的人才更加符合市场需求。

四、结束语

以上措施的实施，保证了学校人才培养的质量。近几年本专业学生获得过全国大学生科技竞赛“挑战杯”三等奖1项，湖北省大学生科技竞赛“挑战杯”二等奖1项，获得“高教社杯”全国大学生数学建模竞赛一等奖1项，全国大学生数学建模竞赛湖北省一等奖2项，二等奖2项；学生毕业论文整体水平较高，毕业论文获湖北省优秀学士学位论文数占毕业生总数的近10%，就业率一直保持在90%以上，考研上线率约30%。依托学科平台和优势，突出人才培养特色，人才培养科学定位是材料物理专业办学成功的关键所在。

专业建设是一项长期性的、持续不断的工作。在今后的工作中，我们还要根据市场需要、国家及省市政策以及学生反馈意见不断完善专业建设，以学科发展观去认识专业发展规律，不断更新教育观念，积极开展教学研究，努力推进教学改革，并始终注重培养学生的工程素质与实践动手能力，创新人才培养的模式，培养市场需要的应用型创新型人才。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 武汉理工大学材料物理专业培养方案.

[2] 中南大学材料物理专业培养方案.

[3] 武汉工程大学以“三实一创”为核心的人才培养模式改革计划.

[4] 湖北省教育厅关于实施湖北省普通高等学校战略性新兴（支柱）产业人才培养计划的通知.

材料物理与化学 篇9

江泽民书记在全国科技大会上讲话时指出:“创新是一个民族进步的灵魂, 是国家兴旺发达的不竭动力。”长期以来, 我国高校人才培养重传统、轻创新;教学内容上, 重理论、轻实践;人才培养质量上, 重知识、轻技能的状况与现代科技革命对人才的要求极不适应, 因此, 教学思想、教学方法理应与时俱进、不断创新。近年来, 笔者所在课题组结合中医药院校药学相关专业物理化学课程教学中存在的问题, 大胆进行了物理化学的模块教学法尝试, 取得了一些可喜进展。本文就我们的一些教改体会与同仁商讨。

1 目前物理化学教学中存在的问题

物理化学是高等中医药院校药学相关专业的一门非常重要的专业基础课和必修课, 物理化学原理和知识已经渗透到药物研究的各个领域[4]。药学专业的毕业生将来从事的是新药的研发、制药工艺的优化设计以及药物生产过程的管理和控制等方面的工作, 因此药学专业物理化学的教学目的不仅是使学生掌握物理化学的理论知识, 更重要的是能够将其应用在药物研究和新药开发中。近年来, 物理化学课程在教学内容、教学方法、教学手段等方面进行了卓有成效的改革, 但仍存在不足。 (1) 不仅仅是中医药类院校, 物理化学是大家公认的所有高校课程中教师难教, 学生难学的课程之一, 理论抽象、公式繁多, 对教师的教和学生的学都具有很大的挑战性。 (2) 教学时数大幅缩减, 课程信息量大。我校药学相关专业物理化学授课时间原为108学时 (理论78+实验30) , 课程体系改革后现为87学时 (理论60+实验27) , 有的专业甚至减至81学时 (理论54+实验27) , 而课程信息量没变, 教师必然要加快进度, 增大课堂容量。 (3) 课程内容缺乏时代感, 与其他课程存在重复现象。课程内容虽经多次调整和修订, 但很多内容与当今化学学科的发展要求很不适应, 新技术、新方法、新进展等内容在课程中体现不足。物理化学与无机化学、物理学等内容出现交叉重复, 诸如:物理化学中热力学、动力学、化学平衡、电化学等章节的部分内容与无机化学出现重复现象, 表面现象、大分子溶液等章节内容与物理学的部分内容有交叉重叠, 给教师和学生造成了困扰, 影响了教学时效性。 (4) 教学基本上仍沿用理论“满堂灌”, 实验“照方抓药”的传统模式, 不利于应用型人才的培养。这种模式降低了物理化学课程的吸引力, 抑制了学生的主观能动性和创新性。

2 模块教学法实施方案

2.1 模块课程的构建与开发

模块课程的开发是实施模块教学法的基础和关键, 模块课程的质量决定着整个模块教学的质量, 因此教学模块的开发至关重要。模块课程的开发主要分为两种形式:一是几门课整合为模块课程的开发, 二是单门课重新整合的模块课程学习包的开发。模块课程内容应不拘泥于章节限制, 按不同领域整合成大的模块, 每个大的模块又细分为若干子模块, 某些模块就是当今化学研究的热点。我们课题组首先从单门课程物理化学的模块课程开发入手, 采用全体参与、专人负责的策略, 通过集中讨论, 群策群力开发了物理化学模块课程内容, 详情及学时安排框架表见表1。

2.2 分工合作、扬长避短实施模块教学

俗话说, 闻道有先后, 术业有专攻。每位教师都有自己熟悉和精通的科研领域, 若让其重点负责自己专长领域相关模块的教学任务, 才能更有效地将物理化学的基本原理与药学实际问题相结合, 教学质量才能得到保证。我们课题组由6位教龄均在6年以上的教师组成, 每位教师对课程内容了然于心, 且经过多年积累已经形成自己独特的科研方向, 为模块教学法的实施提供了有力保障。鉴于此, 我们实行“分工合作, 扬长避短”的原则实施模块教学。每位教师重点负责自己专长模块的教学工作, 尤其是与自己研究领域密切相关的模块, 平行班级的相同模块由同一教师授课, 授课过程兼顾理论和实验的统一和融合, 力求保持理论与应用的紧密联系。从事药物合成研究的教师重点负责化学热力学模块的授课任务;从事天然中草药功效成分研究的教师负责相平衡模块教学工作;化学动力学和电化学模块由从事计算化学和分子模拟方向研究的教师承担;表面和胶体化学模块主要由从事纳米材料和药物新剂型研究的教师承担。此外, 鼓励学生加入教师的科研团队, 参加自己感兴趣模块的相关研究, 并计入考核成绩。

2.3 构建多元化的评价体系, 全面评价教学效果

科学的评价方式不仅能客观公正反映教学质量和学习效果, 而且能激励学生对该课程产生浓厚的兴趣, 提高学习的积极性。我们课题组制订了“形成性成绩+终结性成绩”的多元化的评价体系。用物理化学的行话就是从始态出发, 沿着学生的学习途径到达终态进行系统的考核, 力求全面、客观、公正、真实地评价教学效果。从课堂讨论、作业、文献查阅、论文撰写、阶段测验、期末考试等进行全方位的量化考核, 全面评价学生的学习状态和成绩, 使其更加注重学习过程, 在获得各项成绩的同时真正提高其技能和综合素质。

3 模块教学法的效果与特色

模块教学法是高等教育教学改革的新思路, 新模式, 目前还处在初期的探索阶段, 但实践证明, 现行方案比较切合实际, 知识体系清晰, 内容科学可行, 教学效果明显好转, 符合本科教学的培养目标。近两年来, 跟随教师进行相关模块研究的学生中, 其中2个团队参加了大学生挑战杯活动, 分别获得省级一等奖和二等奖的可喜成绩, 5个团队申请了我校大学生创新性学习项目, 均得到了额度在1500～4000元不等的经费资助, 更进一步激发了学生大胆创新、勇于探索的热情和动力。

模块教学法是对教育观念、教学内容、教学方法、教学手段的全面改革与创新。我们课题组尝试的模块教学法没有局限于模块教学的原始内涵, 而是借鉴这一教学模式, 通过不断创新, 力求开辟一条适合各个领域、各门课程的“宽基础、活模块”的教育模式。模块化的课程设置能够引领教师教学方式和学生学习方法的深刻变革, 倡导积极主动的、多样化的教与学形式, 培养学生的科学探究能力、实践能力和创新精神。扬长避短、分工合作的模块教学实施原则不仅节约了大量的人力资源, 把教师从繁重的备课任务中解放出来, 使教师能够集中精力, 精心设计教学过程, 及时将个人科研成果和本领域前沿研究及时渗透到课堂教学中, 而且有利于教师专业成长, 促进教师在相关研究领域纵深发展, 有助于促使科学研究的重大突破, 促进科研成果向教学的转化和延伸, 从而形成良性的螺旋式发展趋势。课题组也将对我校物理化学模块教学的具体实施情况和实施效果进行更系统更深入的研究。

摘要：结合药学专业物理化学教学中存在的问题, 构建了模块教学模式, 改革探索初显成效。

关键词：药学专业,物理化学,模块教学法

参考文献

[1]高丹.模块教学[J].首都师范大学学报 (社会科学版) , 2001 (6) :111-115.

[2]肖兴宇, 杨柏青.创新教学模式培养应用型人才——实施模块一体化教学的几点体会中国职业技术教育, 2007 (1) :18-22.

[3]黄敏文.构建五模块化学教学论的高师教学模式化学教育, 2008 (4) :46-47.

材料物理与化学 篇10

物理化学课程具有以下特点[1]: (1) 理论知识较深, 课程内容比较枯燥, 对于理论基础薄弱的本科生来说, 不易理解, 课堂教学的趣味性不够, 学生的学习积极性依然不够高; (2) 课程内容与无机化学有重叠, 且主要内容多为19世纪的知识和定律, 缺乏新知识新理论, 不利于学生创新思维和创新能力的培养; (3) 教学手段上, 多媒体技术和网络资源等现代教育技术利用不够充分, 需借助目前学校建设的网络教学平台完善和充实教学内容。我校的物理化学课程从2008获得广西区精品课程以来, 物理化学课程在教学方法与教学研究、教材建设、多媒体课件开发、实践教学等方面进行了一些改革, 有一定的教学改革基础。结合本人多年物理化学教学过程中所积累的经验, 通过对物理化学课程教学的不断认真思考、尝试和总结, 谈谈对物理化学教学改革的一些思路和体会。

1 教学内容改革方面

多年来, 大学本科教学在教学内容改革方面始终未见突破性的进展, 基础课的教学更是在“基础课教学内容是基础的、基本的, 没有必要不断更新”的思维定式下, 课堂教学内容数年来一成不变或变化甚小[2]。物理化学基础课来说, 热力学第一、第二定律建立于1850年左右, 距今已有150多年。经典热力学固然重要, 但应该增加最新的前沿的教学内容。所以教学中大胆地对热力学三大定律内容的讲授动大手术。讲授时要更加简明, 牢牢抓住如何使用热力学三大定律判别化学变化的方向和限度, 以及能量转换的问题。对先行课程中学生已学习过的知识简单的复习, 在其基础上再讲授物理化学课程内容, 不要反复炒冷饭;将节省出来的学时用于讲授新的内容。

我们在讲授物理化学的各章节时, 可从基本原理出发, 适当介绍学科前沿领域的新知识, 融汇基础与前沿。使学生不仅具有扎实的基础知识, 而且能了解学科前沿的基本点, 为创新人才的培养起到入门作用。如, 在讲授绪论的时候, 从空间单位 (纳米) 和时间单位 (飞秒) 引发出纳米科学与飞秒化学, 介绍物理学的发展和研究前沿。介绍电化学章节的时候, 可以介绍最新的电化学在化学电源、表面处理与防护、电解工程、电分析化学、生物电化学等方面的应用, 扩宽学生的知识, 同时也提高了学习的兴趣。

2 教学方法、教学模式的探索

传统的教学方法, 主要是教师“一言堂”, 以教师讲授, 学生听讲为主.这种传统的教学方法单调呆板, 枯燥无味, 课堂上教师讲得没劲, 学生听得昏昏欲睡, 提不起精神[3]。所以尝试对传统教学方法和教学模式进行改革。

2.1 转变为学生为主体的教学观念

转变以教师传授知识为中心的传统教学观念, 树立以学生为主体的教学观念。首先, 要改变学生对这门课程的认识态度, 就让学生明白物理化学课程的重要性, 让学生感觉到学习物理化学是他们自身的需求, 学生将来要考研究生或者将来从事相关的专业技术工作, 以及大家参加大学生课外科技活动、挑战杯等科研中也需要有扎实的物理化学理论基础, 而不是仅仅为了期末考试。其次, 以学生为主体, 首先要改变自上而下填鸭式的教学模式。教师不仅要完成知识的传授, 而且要教会学生学习, 讨论问题能深入而浅出, 能举一反三, 能温故知新;即从“教”达到“不教”而使学生能自觉主动地学习。再次, 教学既有统一要求又要实行多样化。以统一要求满足绝大多数学生的学习需求, 以实现多样化满足不同学生的个性化学习需求。

2.2 课堂上多种教学策略组合, 提高教学效果

启发式+探究式组合教学法:首先提出激发学生兴趣的应用实例, 引发学生的思考, 再提出问题, 讲解理论知识, 再回归到解释应用实例, 采用这种启发———思考———讲解———讨论的方法能让学生对理论知识的兴趣更大, 印象更深刻。如:讲解相平衡理论的时候提出了爱斯基摩人根据季节的变换从海水中取不含盐的冰的故事, 引出学生对这件事情原理的思考, 然后介绍水—氯化钠二元相图来解释通过控制温度从海水中去淡水的原理, 再将此相图扩展的别的二元相图上, 让学生进行深入的讨论。

任务驱动+案例教学组合教学法:如讲解界面现象这一章之前, 让同学去阅读江雷课题组2013年4月发表在Nature communications上的一篇与界面现象相关的Structured cone arrays for continuous and effective collection of micron-sized oil droplets from water[4]论文.这篇论文是从基于仙人掌的刺能从空气中抓住小水滴的能力, 研究人员制成了人造尖刺, 它们能抓住水中的小油滴, 和表面现象的原理关系密切。下一次上课时讲完理论内容后再拿出来讨论, 评价学生学习的效果。这种方式既能介绍物理化学学科前沿领域的新知识, 也能提高阅读英文文献的能力。

归纳总结+例题练习组合教学法:寻找物理化学公式中的联系和规律, 帮助同学记忆课程中难于记忆的公式。如克拉佩龙方程、范特霍夫方程、阿伦尼乌斯方程, 形式上是一样的, 找出它们之间的联系和不同, 有助于学生记住物理化学中复杂的公式。然后通过具体的例题, 通过举一反三的练习, 巩固所学公式在具体实例中的应用。

2.3 恰当地运用现代教育技术手段, 开发教学资源, 提高教学效果

总结归纳出课程中的重点难点内容, 结合课程内容和多媒体技术, 开发一些物理化学优质教学资源。 (1) 对难理解的概念和知识点, 制作一些直观、形象生动的动画;如:气体的可逆膨胀压缩动画, 原电池的原理动画, 渗透压动画等。 (2) 运用网络编程, 将物理化学中常用的一些函数关系通过二维和三维的动态图表方式表示, 并能改变相应的参数自动绘制曲线, 形成动态图表生动, 并能对实验数据处理进行处理简便、科学。理想气体状态方程的三位动态图。 (3) 通过动画制作模拟实验, 具有可操作性, 能供学生网上预习和课后复习实验的操作步骤, 为学生开展自主学习提供方便。 (4) 实验教学改革中采用物理化学电子版实验报告, 电子版的实验报告提高了学生处理数据的精确度, 降低数据处理中带来的误差。

3 结语

总之, 以兴趣为导向, 教学内容新而精, 配合恰当的教学方法, 才能获得更好的教学效果。实践表明进行物理化学教学方法和教学内容的改革, 能发挥教师与学生的协同作用、激发学生的学习热情和兴趣、提高学生自主学习和创造性思维能力。但物理化学教学的改革是一个长期的持续的过程, 需要教师不断跟踪物理化学的研究前沿, 持续开发新的多媒体教学资源, 同时也需要教师在日常教学过程中多学习、多积累、多总结, 综合运用多种教学方法, 提高物理化学的教学效果。

参考文献

[1]李延伟, 姚金环, 刘长久, 姜吉琼, 钟胜奎.《物理化学》课程教学改革与探索[J].广东化工, 2009, 36.

[2]朱志昂.物理化学课程教学内容和教学方法的改革[J].大学化学, 2012, 27.

[3]黄玉代, 刘瑞泉.“物理化学”教学方法改革探索[J].伊犁师范学院学报, 2011.