地下水科学与工程专业物理化学教学改革探索与实践
物理化学是一门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[1]，它在高等数学、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，为后续专业课程学习提供基础，在基础课程与专业课程间起到桥梁作用[2]。物理化学课程体系庞杂、理论逻辑性强、概念新颖抽象、公式繁多且应用条件复杂多变[3]，所需数理基础知识较多。教师难于教学，学生难于理解。物理化学是我院地下水科学与工程专业开设的专业基础课，在学习该课程前，学生先期仅修了普通化学课程[4]，化学理论基础薄弱。并且，随着专业课程体系的改革，物理化学课时减少（现为64学时），课程内容扩展，增加了该课程的教学难度。如何在有限的学时内完成大量知识的传授？解决的途径是优化、精简教学内容、弱化理论推导、强化应用，做到“精讲精导”，充分发挥教师的主动性和能动性，引导学生自觉学习、积极讨论和研究，从而改变教师讲、学生听的低效教学模式。结合我院地下水科学与工程专业人才培养对物理化学知识的需求，笔者从优化教学内容、改革教学方法两方面进行探索与实践，取得了较好的教学效果。
1 教学内容的改革
根据物理化学课程强调课程系统性和应用性的要求，在教学过程中必须有选择性地教学，精讲课程的核心内容，选讲部分前沿知识，突出应用，更好地引导学生把握物理化学课程的精髓，完成教学任务。
1.1 精选教学内容
在我院地下水科学与工程专业学生已修完的普通化学课程中，化学热力学、化学动力学、化学平衡等内容与物理化学课程重复较多，因此，我们对教学内容进行了调整优化，不讲或略讲重复内容，注重基本原理的讲解，抓住重点，突出难点，以点带面，以便学生掌握各个知识点之间的内在联系，学会物理化学的思维方式。例如：在化学热力学部分，简单介绍系统与环境、热与功、热力学能等基本概念以及利用标准摩尔生成焓和燃烧焓计算化学反应的焓变。在化学动力学部分，在阐述基本原理的基础上，注意选取一些综合实例，进行热力学、动力学综合分析。另外，弱化公式推导，根据专业需求强化应用。例如：在温度对平衡常数的影响部分，我们没有详细推导吉布斯―亥姆霍兹方程及等压方程，而是直接给出了这些方程，并结合例题让学生掌握其具体应用。由于学时有限，我们删除了理论性较强、应用性较差的知识，如真实气体的节流膨胀、同时反应平衡组成的计算、真实气体反应的化学平衡、极化作用、化学动力学中的链反应及反应速率理论等。
1.2 结合地下水科学与工程专业特点
根据我院地下水科学与工程专业培养高级应用型人才的办学定位和学生需要掌握扎实理论化学知识的目标要求，我们在选取教学内容方面，重点讲解了基本概念和基本内容，以期学生牢固掌握物理化学的原理以及相关的理论计算。我们充分考虑后续专业课对物理化学课程的需求，例如：若要研究地下水环境中矿物盐的相互转化或确定化学元素在地下水中的迁移形式[5]，均须应用化学热力学中焓变、熵变、吉布斯函数变、平衡常数的相关计算，同时还会涉及活度、活度系数、离子强度的计算，因此，在授课过程中，适当引入地下水环境中的化学反应实例，引导学生综合运用所学知识解决具体的应用问题。此外，这些知识点的掌握为后续水文地球化学课程的学习奠定了坚实的基础。再如，在讲授化学动力学时，可以引导学生利用反应速率与建立化学动力学方程计算地下水化学组分的演化机理等。另外，为了让学生为今后的工作打下良好的基础，在教学过程中，我们打破课本的局限，注重用物理化学原理解释地下水中的有关现象及规律，结合废水处理，讲授水处理过程中的“絮凝过程”，由此引出表面现象，并扩展讲解表面活性剂废水的危害及处理技术，由此引入废水处理过程中物理吸附和化学吸附的相关知识。
1.3 跟踪课程前沿科技，拓展学生视野
为拓展学生视野，激发学生的学习兴趣，大学教师需根据最新科研成果，及时更新原有知识体系，让学生了解科技发展动态。例如：在物理化学教学中，可以融入超临界萃取、界面自组装、超分子、离子液体、环境敏感性水凝胶、LB膜、纳米材料等新内容。此外，我们还注重培养学生将学到的物理化学基本理论与科学研究及生产实践相联系的能力。例如：学习临界状态理论时，补充讲解超临界CO2萃取技术在处理有机废水方面的应用；学习稀溶液的渗透压理论时，讲解利用反渗透原理进行海水淡化；学习电化学原理时，讲解氢电池、锂电池及各种燃料电池等新能源电池在宇航、军事、交通等领域的应用；学习表面现象和胶体知识时，鼓励学生用这一章的理论解释人工降雨、卤水点豆腐、明矾净水等在生活中常见的一些现象。通过基础理论在科学研究以及生产实际中的应用，让学生感悟物理化学的价值，并充分发挥学生的主观能动性，培养他们将基础理论用于生产实际的创新能力。
2 改进教学方法
教学方法包括教师教的方法和学生学的方法，以往的教学重在教师的“教”，而忽视学生的“学”，这与高校本科教学以学生为本的要求是矛盾的，因此，在实际教学过程中，我们十分注重以学生为中心组织教学活动，综合运用“启发式”“讨论式”和“互动式”教学方法，培养学生的好奇心和独立思考能力。另外，教师的主导作用还表现在指导学生养成自主学习的习惯，并发挥其创造性。这才是教学最本质的要求，也是教学的根本目的。
教学手段也是教学方法的重要组成部分。由于物理化学课程本身具有抽象性、概括性和逻辑性等特点，单一的教学手段很难满足其要求。对较难理解的概念及结论，在推导过程中，宜采取传统的板书教学方式，这样有利于学生理解复杂公式的推导过程，培养学生的逻辑思维能力。
对于那些抽象的、单纯用语言不易描述清楚的概念或复杂的动态过程，我们则采用多媒体教学，这样可以形象、直观地表达信息，也可以节省课堂教学时间，提高教学效率。例如：可逆过程做功的多少的讲授，可采用多媒体教学形式，用动画演示一次膨胀、二次膨胀、三次膨胀和多次膨胀过程所做的功，用图形面积的大小描述做功的多少，通过对比，学生能很好地理解可逆做功的概念。但是，多媒体教学也存在很多不足，如使用多媒体辅助教学时，讲课的速度一般比较快，信息量大，学生往往跟不上教师的节奏，更来不及做笔记，况且物理化学有些内容本身更适合传统的教学方式。总之，我们采取了传统教学与现代化教学手段相结合的教学模式，针对不同的教学内容，选择适宜的教学方式，从而达到了最佳的教学效果。
3 结束语
立足于地下水科学与工程专业人才培养需要，促进物理化学课程的教学改革与创新，注重学生创新能力的培养，提高学生分析问题和解决问题的能力，为后续专业课程的学习奠定坚实的科学理论基础，是我们不懈的追求。
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