大学物理化学公式总结范文

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材料物理专业是“研究各种材料特别是各种先进结构材料、新型功能材料物理基础、微观结构以及与性能之间关系的基本规律，为各种高新技术材料发展提供科学依据的应用基础学科，是理工融合的学科”[1，2]。材料物理是物理学与材料科学的一个交叉学科，主要通过各种物理技术和效应，实现材料的合成、制备、加工与应用。主要研究范围包括材料的合成、结构、性质与应用；新型材料的设计以及材料的计算机模拟等[3]。材料物理将理科的知识传授与工科的工程能力培养相结合，使传统材料工艺学与以现代物理学为基础的材料科学相融合，具有“亦工亦理，理工相融”的特点。

二、材料物理化学在材料物理专业中的作用和地位

材料物理化学是贵州大学材料物理专业本科生的学位必修课程，这门课程是从物理化学的角度研究材料科学与工程的基础理论问题，从基础的具有共性的原理及方法来论述各种材料的组成与结构、制备与合成、性能与应用的相互关系。该门课程的教学目的在于提高学生的专业知识水平，培养学生科学的思维方式和独立的创新能力，以及综合运用基础理论来解决实际问题的能力。材料物理化学是材料物理专业非常重要的专业基础课，它以高等数学、大学化学、大学物理等理论基础课程为基础。高等数学是学习物理化学的重要手段和工具，物理化学只有通过数学语言的表达才能成其为真正的科学。认识到大学物理和物理化学中热力学内容的衔接，了解大学物理中原子结构知识的介绍，协调好与大学化学中原子结构部分内容的关系，突出重点，避免重复，讲清难点，是材料物理化学教学中值得注意和认真对待的问题[4]。材料物理化学同时也是材料物理专业的后续专业课程（材料腐蚀与防护等）的基础课程。材料腐蚀与防护课程中的金属与合金的高温氧化的热力学部分，就要运用材料物理化学中诸多热力学基本知识，如G-T平衡图和克拉佩龙方程等。材料物理化学如同一座桥梁，将材料物理专业的前期基础课与后续专业课联接起来，以完善专业知识的系统与连贯性。同时，材料物理化学作为一门重要的专业基础课，是许多高等院校研究生入学考试的必考科目。材料物理化学与材料科学与工程各专业相关的生产生活联系紧密。新材料的设计、合成以及产物性能的提高与可控自由基聚合反应中所用的新型催化剂和引发剂息息相关。在材料表面改性过程中，界面效应是起理论指导作用的。电化学在材料领域应用广泛，例如：熔盐电解法制取金属铝、多种稀土金属及其合金，金属在使用过程中的腐蚀及防护等，新型的化学传感器、燃料电池、锂离子电池的研究和生成都要用到电化学理论。而对于发展迅速的前沿材料纳米材料，如何制备具有规定尺寸和组成的纳米颗粒、测量其性质、了解它们的特殊性质与颗粒尺寸的关系等很大程度上依赖于科学测量手段和化学化工技术，这也离不开材料物理化学基本原理的指导。

三、材料物理化学的教学难点

根据在以往的教学过程中的观察与经验，材料物理化学是一门老师难教、学生难学的课程。这首先是因为材料物理化学课程与数学物理联系密切、抽象概念多、数理推导多、公式繁杂等特点。许多学生见到大段连篇的公式推导就会产生畏难心理，丧失学好该课程的信心，然后就逐渐厌学甚至放弃学习。再加上该门课程对于材料物理专业的学生来说，课时相对较少，要在有限的学时中掌握较多的内容，使得以往的教学出现点到为止，认识学习不够深入的现象[5]。该门课程的授课对象是大学二年级上学期的学生，处于这个时期的学生学习兴趣和学习热情处于整个大学的全盛时期，求知欲强，精力充沛。面对这样的学生，如何有效地利用他们的求知欲，激发起学习该课程的兴趣，并针对他们的缺点，制定行之有效的方法及对策，使其通过该门课程的学习，培养起运用物理化学的方法进行科学研究和解决实际问题的能力，是值得我们教学工作者值得思考并认真对待的问题。

四、材料物理化学的教学改革

针对上述问题，为提高材料物理化学的教学质量，激发学生的学习兴趣，培养学生能力，我们对材料物理化学课程教学进行了多方面的改革。

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Exploration of improving the teaching effect of Physical Chemistry

WANG Xiao-hua1 ZHANG Yan2 ZHANG Shu-yi3 XIE Jin-nai4

（1.Tongji Zhejiang College， Jiaxing Zhejiang 314000， China；2.Hangzhou Xin Kai Industrial Co.， Ltd.， Hangzhou Zhejiang 310000， China；

3.Suzhou Tianma specialty chemicals Co.， Ltd.， Suzhou Jiangsu 215000， China；

4.Jiaxing City Qinghe high-strength insulation Co.， Ltd.， Jiaxing Zhejiang 314001， China）

【Abstract】Based on Physical Chemistry curriculum characters， we explored the teaching method of Physical Chemistry from three aspects， that is to use the“popular explanation” teaching mode， to focus on the process of teaching from the basic courses， examples and experiments and so on， to exame students through discussion in the usual results， and to establish the evaluation system with final stages.

【Key words】Physical Chemistry； “Popular explanation” teaching mode； The process of teaching； Evaluation system

0 前言

物理化学是我校材料科学工程、环境工程和给排水工程等专业的一门专业基础课，该课程主要运用物理的原理、方法及技术，结合高等数学的知识来研究化学体系的性质和基本规律[1]。而物理化学课程内容抽象且逻辑性很强，公式繁多，且大多公式都有使用条件，以往的“一言堂”和“填鸭式”的授课模式，很容易使学生产生厌学情绪，教学效果受影响[2，3]。因此，在有限的课堂教学时间里，激发学生学习物理化学的积极性，着眼其原理和来源分析推演，联系实际生活案例加以深入以此提高学生的综合素质，让物理化学课程变得轻松易懂易学成为教师值得思考的课题。本文将从以下三方面进行探索以期切实提高物理化学课堂教学质量。

1 课堂教学中多用“通俗讲解法”

为了打破物理化学枯燥、沉闷的传统教学方法，在教学内容的设计上，应该避免死板照搬知识点，要找出与知识点“接地气”的讲解方法让学生更易懂易学，即“通俗讲解法”。例如，在界面张力章节中，固体表面吸附气体时，朗缪尔吸附等温方程的推导复杂难懂，但如果把学生进教室坐座位的过程比作气体被吸附到固体表面就简单了，每位学生好比每个被吸附的气体分子，座位好比固体表面。如果学生坐满座位则覆盖率等于1，否则小于1。固体表面吸附气体的速率受哪些因素的影响呢？在覆盖率理解的基础上，学生会去思考，教室的空位越多，坐下的速率肯定更快，那这个空位怎么计算呢？空位率乘以空位数。如果教室外有一只猛虎追赶学生，是不是大家会努力挤进教室呢？而这只吃人的“老虎”就好比一种推动力，对于气体分子来说就是压力，固体表面吸附气体时，压力越大，吸附肯定就越快，这样学生就能很容易理解影响气体在固体表面吸附的因素，即空位率和压力。学生再看吸附速率的公式就变得更容易了。这种通俗的讲解办法可以把理论性很强的知识化作简单易懂的生活常识，调动学生积极思考，真正让学习变复杂为简单。

2 重过程的教学模式激发学生兴趣

2.1 结合《普通化学》、《无机化学》、《高等数学》和《大学物理》等基础课程，实现轻松学《物理化学》

《物理化学》课程一般安排在大二下学期开课，教学中多从学生学过的知识点引入，可以收到事半功倍的效果。例如，热力学部分的术语在《普通化学》[5]和《无机化学》[6]中已经介绍过，《物理化学》课堂上只需简单提及，学生就能回忆起来，再结合《高等数学》中微积分的知识，就能帮助学生轻松掌握功、能量守恒定律等重点内容。而在化学平衡常数的表达式相关内容讲解时，也可以先引入《普通化学》和《无机化学》中标准平衡常数的表达式写法特点，再稍加推演就可以让学生掌握平衡常数的其他表达式[7]。

2.2 结合应用实例教学，提高学生学习兴趣

许娟等[8]认为举一些“闪光点”的实例将物理化学基本原理与实例相结合可以帮助其理解并且培养学生的物理化学视角。刘建等[9]认为教师讲课备课，应该以“应用”为主旨合理取舍教材内容。因此，在物理化学教学中引入实例教学非常重要，如将实际生产中的合成氨反应与热力学和动力学知识贯穿，粉尘爆炸与表面能相联系，自然界水结冰，冰雪融化等与化学势相关联，汽车表面镀膜与胶体化学关联等等。

2.3 结合物理化学实验讲解和推演理论知识，让抽象的理论变得简单、适用

如借助凝固点测定实验讲解稀溶液的依数性之凝固点降低。单纯理论上的分析和推导很乏味，若结合表1设计凝固点降低实验，学生自己动手测凝固点并分析所得数据，就不难发现当在环己烷中加入萘后凝固点有所降低，进一步还可以设计实验添加相同物质的量的尿素，结果如何呢？让学生通过实验找答案。在此基础上，可以再向学生提问，如果是未知试剂A需要测定相对摩尔质量可否利用稀溶液的依数性？学生则可以按照表2设计凝固点降低实验，再结合理论推导将可以完成。让学生带着问题去设计实验，分析、推导和应用同时进行，提高学生动手能力，逻辑分析能力，以及创新能力。

表1 凝固点降低实验设计

表2 利用凝固点降低实验测A的相对摩尔质量

3 选择合理的考评体系以激发学生学习热情

《物理化学》课程学习难度较大，内容深且枯燥，要让学生在课堂内外的学习热情有增不减，平时成绩可提高到40%甚至更大的比例，再扩大其考评范围。除了通常的考勤、课后作业和课堂回答问题外，可以把学生讨论交流作为平时成绩。在物理化学课堂教学中，引入学生讨论交流模块[3，10]对学生独立思考和团队合作能力，表达和沟通能力、分析问题和解决问题的能力等的培养都大有裨益，受此启发，笔者在2015级材料专业学生物理化学课堂上采用了专题汇报和讨论模块。由于这门课学时有限，不可能多次应用Think-Pair-Share （思考―讨论―交流）模式[10]和Sandwich教学法[3]，所以我们将班级49人均分为7组，每组固定专题负责人。教师给出几个《物理化学》相关的专题，请各组自选，选定后，请同学们利用课余时间查资料，制作PPT，在学期末进行专题汇报和讨论。每组给予8到10分钟进行汇报，每组抽出一人来当评委，再邀请其他班级同学或者老师作为评委，并进行现场打分和排名，结果按比例记入平时成绩。我们通过问卷调查回访学生的反应，学生一致认为，该专题讨论的课堂模式拓展了知识面，展现了大学生风采，增强了师生之间的互动交流，调动了大家的积极性，活跃了学习氛围，值得推广。

另外，笔者设想将《物理化学》的考试分段进行，譬如每三章出一份试卷，考试成绩按比例记入期末总成绩中，以此督促学生及时复习和总结。

4 结语

《物理化学》课程虽然内容繁多且需要的储备知识较多，但该课程在本科学生的思维训练和素质拓展，以及专业课程和实验能力上都有很大的作用，因此，探索更多更好的教学方法和合理的考评体系来提高教学质量是我们教师持之以恒追求的话题。

【参考文献】

[1]杨丽霞，冯彩婷.增强教师责任感创新课堂教学――物理化学教学方法的改革与实践[J].周口师范学院学报，2015，32（2）：87-89.

[2]江欣，杨立滨，吕玉光.物理化学双语课程教学体会[J].广东化工，2015，42（6）：172-179.

[3]段煜，王晓岚.Sandwich教学法在药学专业物理化学教学中的应用（I）―表面张力教学实例[J].化学教育，2014，42（l6）：47-52.

[4]余传波，邓建梅，邹敏.物理化学“启发式教+探究式学”教育模式的构建与启示[J].化学教育，2014，（l6）：16-19.

[5]同济大学普通化学及无机化学教研室.普通化学[M].北京：高等教育出版社，2004：1-5.

[6]大连理工大学无机化学教研室.无机化学[M].北京：高等教育出版社，2006：22-27.

[7]天津大学物理化学教研室.物理化学[M].北京：高等教育出版社，2010：164.

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2教学上要下功夫提高学生学习兴趣

教学是由老师的“教”和学生的“学”共同组成一个有机的整体，两者缺一不可［2］。好的教学能引导学生更好的学习，提高学生的学习兴趣和效率。现行的多媒体教学与传统的黑板板书教学方法相比，前者借助多媒体课件，讲课的色彩更加丰富，形象逼真，信息量大，生动直观，在增强教学效果方面作用明显。我们在教学中将讲课PPT制作成精美的课件，在课件中穿插动画，Flash和声音，做到知识点和欣赏性兼顾的原则，从而使学生提高学习物理化学的兴趣。比如表面张力的概念，我们引入了动画，很直观的将液体表面张力的形成予以展示。为了进一步培养学生的学习兴趣，首先，我们努力将物理化学的知识与我们的日常生活紧密联系。比如发生火灾时，逃生用的防毒面具里面含有的活性炭，它可以吸附有害气体，从而引入物理吸附和化学吸附的概念问题。还有生活中，荷叶上的小水滴为什么是圆球状的?洗衣服时加入含表面活性剂的洗衣粉，为什么能把衣服上的污物洗掉等问题，都与我们的物理化学知识相关联。其次，教学内容与我们教师的科研内容相结合。鼓励学生积极参加老师的科研训练项目和大学生创新实验项目，在参与的过程中，将书本理论知识与科研训练实际相结合，能起到学以致用的效果。最后，也要将教学与生产实际相结合。我们的学生都有实习的阶段，教学过程中，有些章节结合生产实际讲解，学生更能领会。如相图这部分，精馏的过程，在化工企业生产上经常用到，由双液相液气平衡理论可知，液体经过不断地部分冷凝和部分汽化，液相中的组成就无限接近于难挥发的物质，而蒸汽中的组成无限接近于易挥发的物质，从而使二组分得到较好地分离［3］。由于与生产实际结合，学生听课认真，学得有兴趣，收到了较好的教学效果。

3引入物理化学科学家故事阐述人生哲理

在学习物理化学课程中，我们会接触到很多著名的物理化学科学家。上课讲到相关内容时，涉及到一些科学家，我们会讲解他们的个人简历和趣闻逸事，提高学生的学习积极性。给学生讲解科学家的一些故事，一方面可以提高学生的注意力，缓解一下课堂的学习气氛，也给物理化学的学习增加一点调味剂;另一方面，每一位科学家的成功都离不开其自身不断努力奋斗的过程，通过了解他们的经历，不仅课堂教学内容丰富了，而且学生对科学的发展产生了浓厚的兴趣，对科学家也产生了崇拜。鼓励学生以这些科学家作为学习的榜样，比如追溯物理化学这个学科的起源，我们不得不提到物理化学“三剑客”［4］，他们为开创物理化学而作出了重大的贡献。他们是1901年、1903年和1909年先后获得诺贝尔化学奖的三位不同国籍的化学家:荷兰的范特霍夫、瑞典的阿累尼乌斯和德国的奥斯特瓦尔德。他们在“科学无国界”旗帜下，在以捍卫电离学说为中心的共同战斗中，结成了化学史上一个新型的科学联盟，正是他们的团结协作促成了一门崭新的化学分支学科物理化学的诞生。其中范特霍夫是第一位获得诺贝尔化学奖的科学奖，他50多岁时，还经营着一家乡村牧场，每天清晨亲自送牛奶，被誉为“牧场化学家”。阿累尼乌斯于1859年2月19日生于瑞乌普萨拉附近的维克城堡。他是电离理论的创立者，成功解释了溶液中的元素是如何被电解分离的现象，研究温度对化学反应速度的影响，得出著名的阿累尼乌斯公式。此外，他还提出了等氢离子现象理论、分子活化理论和盐的水解理论。对宇宙化学、天体物理学和生物化学等也有研究。在讲到稀释定律时，介绍了奥斯特瓦尔德的生平事迹，他出身普通家庭，求学时对化学产生浓厚的兴趣，1884年在博士论文中提出了电离假设，1888年提出了以他的名字命名的奥斯特瓦尔德稀释定律，1909年因在催化作用，化学平衡，氨制硝酸等方面的杰出贡献而获得诺贝尔化学奖。这些科学家的共同点就是求学的道路上经历坎坷，有强烈的求知欲，经历了不同的几所大学，终身学习，从而使他们在物理化学领域取得了举世瞩目的成就，这种精神值得我们后人学习。

4实验教学环节，理论结合实践

物理化学课程具有理论抽象、推理复杂和计算繁琐的特点，是一门既难教又难学的理论课程。在课堂上学生只能学到书本上的理论知识，只注重基本概念的讲解、简单数学公式的推导和计算，学生感到枯燥无味，对学习没有兴趣。为了让学生真正理解和掌握物理化学基本原理知识，实验教学是必不可少的环节之一。通过实验教学使得理论知识与实际相结合，激发学生的学习热情，培养学生发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力。实验教学是物理化学教学过程的一个重要环节，对于培养学生的科研素质具有至关重要的作用。在传统的物理化学实验教学模式中，教师按实验教科书先把实验所涉及的原理、仪器和具体实验过程进行详尽的讲解，然后由学生按部就班地去重现实验内容［5］。实践证明在这种以老师为主导的实验教学过程中，学生在实验动手能力培养上和独立思考上都收获不大。基于此，我们对现有的实验教学模式进行了改革创新尝试。把实验教学内容分为基础验证性实验和综合性实验两大部分。在基础验证性实验部分，主要是要求学生熟悉物理化学实验中常用仪器的用途、使用原理和操作方法。在综合性实验部分，指定几个实验任务，要求学生自己查阅文献相关资料，进行实验设计，将实验设计报告在规定的时间内，交给指导教师审阅，再完成实验内容。在实验进行过程中，老师可以进行必要的辅导。实验结束后，老师结合整个实验过程，包括实验设计的科学性、仪器操作、数据分析和研究报告等综合给出评分。综合性实验具有鲜明的研究型特点，能更好的激发学生学习的热情，培养学生的探索精神和独立的科研思考能力，受到学生的一致好评。

5建立课程过程考核评价体系

为了检验教师教学质量和教学效果，同时检查学生对所学知识掌握的程度和存在的问题，必须建立一套完整的考核评价体系。物理化学课程考核办法一般是由平时成绩(20%)和期末考试成绩(80%)两部分构成，存在的主要问题是期末考试成绩在总评成绩中的比例偏重。这种考核方式的弊端是学生平时学习不认真，期末考试前一周搞突击，起不到督促学生平时学习的作用。因此，我们重新建立了课程过程考核评价体系，采取的是平时成绩占10%，主要评分标准是课后作业的完成情况;出勤率成绩占10%，督促学生平时认真上课;增加一次阶段考试或者考核占30%，可以采取卷面考试的方式，也可以采取随堂考试或者课程论文的方式;期末考试比例下降，只占50%，期末考试全学期所学的内容都在考核范围内。在原有基础上，降低了期末考试的比重，不同学时的课程中间加上阶段性考试或考核的次数也不同，规定小于等于48学时的课程，期间加一次阶段性考试或考核;大于48学时小于等于64学时的课程，期间加两次阶段性考试或考核［6］。虽然教师的工作量比改革前增加了，学生的考试或考核次数也增加了，但学生的学习主动积极性得到了提高。学生要想取得优异的成绩，阶段性成绩也不能马虎。目前我们建立的这套过程考核评价方法，其实质就是将考核贯穿于学习的整个过程，学生要适应这种体系，就要不断的学习。

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中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2012）07-0152-02

《物理化学》是一门基于物理变化与化学变化相互联系的角度，运用物理的理论与实验方法研究化学变化基本规律的学科，是化学、化工、冶金、材料、环境、生物、制药等专业的重要基础课程。它是在高等数学、大学物理及无机化学、有机化学、分析化学等课程的基础上，进一步系统阐述化学理论，为后续的专业课程学习提供基础，在基础课程与专业课程间起作桥梁作用。该课程概念公式多，几乎每个概念都有严格的定义，绝大多数公式都有严格的使用条件限制。在教学过程中教师感到难教、学生普遍觉得难学。目前课程内容不变而课时减少的教改趋势更增加了物理化学课程的教学难度。如何改革教学方法，提高教学质量，是《物理化学》课程教学中必须面对和思考的问题。

一、重视《物理化学》内容的整体框架

作为工科学生，对于物理化学课程主要掌握两部分内容，即：化学热力学和化学动力学。而每一部分内容又被分成若干章节并用若干个不连续的学时来完成。因此，对初学者来说，容易把这些内容机械地分开，并且觉得物理化学的内容太多、太乱。学生也容易把前后的内容混淆。经常有学生把在某个条件下才能用的公式用到了另一个条件下进行计算。在课堂教学中，老师在讲解每一部分知识的同时，应注意把握各知识点之间的的相互联系。在每一章教学结束后，要求学生对该章进行归纳总结，找出本章的重点及难点，同时注意各章节间的相互联系。让学生在学完《物理化学》课程后，头脑里对《物理化学》有一个整体意识和概念，从宏观上把握《物理化学》研究对象和解决问题的方法。

二、注重培养学生自主学习的意识和能力

传统的教学方法中，《物理化学》课程主要是以“教师讲，学生听”的模式进行。这种方式能够在有限的时间内传授较多的知识。但是这种方式也有很明显的缺点，那就是学生始终处于被动接受的状态，课堂气氛一般都较为沉闷，难以调动学生的学习激情。现代科技的发展使得终身教育成为新的学习方式。所以作为“教书育人，文化传承”载体的大学，其任务不仅要向学生传授知识，更重要的要让学生掌握学习的能力。正如古话所讲，“受人以鱼，不如授人以渔”，说的就是传授给人既有知识，不如传授给人学习知识的方法，培养学习知识的能力。在教学过程中，应设法逐步培养学生自主学习的意识，逐渐提高学生自主学习的能力，最终形成面对现实问题时的分析与解决问题的能力。在物理化学的教学过程中，可以选择一些难度相对较小的内容，让学生先自学，然后上讲台讲解。教师在整个过程中，注意控制课堂秩序与纪律，注意上讲台讲解学生的选择。最后，教师应对课程内容给予必要的补充与总结，对上台讲解学生给予适当的表扬与鼓励，让学生获得适当的成就感。实践证明，这种方式能够有效地提高学生对于《物理化学》课程的学习兴趣，培养学生自主学习的意识及提高学生自主学习的能力。

三、采用多媒体辅助教学

多媒体辅助教学即运用文字、图表、动画及音视频技术，提高授课效率及效果的教学方式。目前，多媒体技术的快速发展，为现代教学方式变革提供了新的机遇。在物理化学课程教学过程中，运用多媒体技术辅助教学，能够将物理化学中抽象空洞的理论形象化，有助于学生的理解与记忆。除此之外，多媒体的动画效果还能提高学生课堂上的注意力。不过对于多媒体技术辅助教学，也应辩证地看待。尽管目前在大学几乎所有的课程教学过程中，都使用多媒体技术辅助教学。但多媒体技术也存在很多明显的不足。如使用多媒体辅助教学时，讲课的速度一般都较快，学生往往跟不上教师的节奏，更来不及作相关的笔记。多媒体辅助教学还有一个较大的弊端，就是教师肢体语言得不到充分的体现，课堂气氛显得较为呆板。也有学生更习惯于传统的板书教学方式，不太适应多媒体辅助教学方式。况且物理化学有些内容本身更适合传统的教学方式。总之，采用传统的教学方式为主，多媒体教学方式为辅，针对不同的教学内容，选择适宜的教学方式，从而达到最佳的教学效果。

四、理论与实际相结合