饒日川，郭孝培，董雄輜

(合肥師范學(xué)院 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

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科研實踐對物理化學(xué)教學(xué)的促進(jìn)作用研究

饒日川，郭孝培，董雄輜

(合肥師范學(xué)院 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

通過舉例說明物理化學(xué)基礎(chǔ)理論在科研實踐中的應(yīng)用，研究了科研實踐對學(xué)生物理化學(xué)學(xué)習(xí)的促進(jìn)作用以及教師從事科研實踐對物理化學(xué)教學(xué)的重要性。

科研實踐；物理化學(xué)；教學(xué)

物理化學(xué)是一門借助物理的基本原理，揭示化學(xué)基本規(guī)律的學(xué)科，也是一門理論性、系統(tǒng)性、邏輯性很強(qiáng)的學(xué)科，具有理論公式多，推導(dǎo)復(fù)雜的學(xué)科特點。初學(xué)者往往感到抽象難懂，對數(shù)學(xué)知識要求高，容易產(chǎn)生畏難情緒，也往往認(rèn)為理論知識學(xué)了沒有用途，導(dǎo)致失去學(xué)習(xí)的興趣。為了解決物理化學(xué)中抽象難懂的問題，通常采用的方法是在教師授課時列舉一些與生活實踐相關(guān)的現(xiàn)象，借助物理化學(xué)知識加以解決，但是這只是一些簡單的應(yīng)用，并且借助于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)都能得到容易理解的結(jié)果，但是對于有一定知識水平的大學(xué)生似乎顯得過于簡單，并不能激發(fā)他們對物理化學(xué)學(xué)習(xí)興趣，解決他們對物理化學(xué)理論學(xué)習(xí)的困惑，展示理論知識與科學(xué)實踐和生產(chǎn)實踐的緊密聯(lián)系，從而體現(xiàn)物理化學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科的價值。另外，物理化學(xué)中化學(xué)規(guī)律和數(shù)學(xué)公式都是從科學(xué)實踐總結(jié)出來的，能指導(dǎo)科學(xué)實踐活動。因而，在物理化學(xué)實際教學(xué)中，除了要結(jié)合生活實踐之外，教師應(yīng)該適當(dāng)闡述理論公式的實際科研來源以及這些理論知識在科學(xué)前沿研究和生產(chǎn)實踐的應(yīng)用價值，才能引導(dǎo)學(xué)生逐漸認(rèn)識到物理化學(xué)知識理論學(xué)習(xí)的重要性，同時也可以通過科研實例刺激學(xué)生的好奇心和求知欲，從而激發(fā)學(xué)生對物理化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。因此，教師科研能促進(jìn)物理化學(xué)理論教學(xué)，也能促進(jìn)學(xué)生對當(dāng)前科研前沿的了解，激發(fā)學(xué)生的求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，為今后的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 科研實踐對物理化學(xué)教學(xué)的促進(jìn)作用

1.1 物理化學(xué)理論在科研實踐中的應(yīng)用

盡管物理化學(xué)科研實踐的實驗方法和手段比較復(fù)雜，但是常常使用了大學(xué)物理化學(xué)書本上的基本原理和基礎(chǔ)知識，因而，我們可以選擇一些合適的科研實踐活動將其應(yīng)用到物理化學(xué)教學(xué)中，以提高學(xué)生對物理化學(xué)基礎(chǔ)理論重要性的認(rèn)識，幫助他們更好地理解這些基礎(chǔ)知識，激發(fā)他們對物理化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。這里我們以原電池的基本原理在科研中的應(yīng)用來闡述物理化學(xué)基礎(chǔ)理論知識學(xué)習(xí)的重要性。已有文獻(xiàn)報道具有缺陷的碳納米管浸入到一定濃度的氯鉑酸或者氯金酸溶液中，通過原子力顯微鏡能夠觀察到在碳納米管的邊壁缺陷上快速形成金屬鉑納米粒子或者金納米粒子[1]。這金屬離子自發(fā)還原沉積碳納米管上的現(xiàn)象歸因于金屬離子與碳納米管之間的原電池效應(yīng)，電極反應(yīng)分別是PtCl42-+2e-=Pt+4Cl-，AuCl4-+ 3e-= Au + 4Cl-。根據(jù)電極電勢的數(shù)學(xué)公式計算出PtCl42-和AuCl4-的還原電勢以及碳納米管的氧化電勢，并比較它們的大小，從而能判斷出金屬鉑或者金粒子是否能沉積在碳納米管的邊壁上。更進(jìn)一步地研究表明利用原電池效應(yīng)可以在碳納米管的表面邊壁上沉積四氧化三鐵、氧化亞銅、二氧化釩等中間價態(tài)的金屬氧化物，計算這些金屬離子與碳納米管之間的電極電勢ΔE=φ(Fe3+/Fe2+)-φ(R-CNTs/O-CNTs)、ΔE =φ([Cu(NH3)4]2+/[Cu(NH3)2]+)-φ(R-CNTs/O-CNTs)和ΔE=φ(V5+/V4+)-φ(R-CNTs/O-CNTs)，通過控制溶液的pH值和碳納米管的結(jié)構(gòu)等反應(yīng)條件實現(xiàn)中間價態(tài)的金屬氧化物沉積在碳納米管的表面，關(guān)鍵是通過原電池效應(yīng)合成的碳納米管-金屬氧化物復(fù)合材料在催化加氫反應(yīng)、苯酚羥基化反應(yīng)等催化反應(yīng)中展示了比其他方法合成的該種復(fù)合材料更加優(yōu)異的性能，體現(xiàn)了合理的使用電化學(xué)方法合成材料具有重要的應(yīng)用價值[2-4]。盡管這些科研工作涉及的內(nèi)容比較廣泛，考慮的因素復(fù)雜，但是在材料合成方面的基本原理仍然是物理化學(xué)中原電池電極電勢的相關(guān)基礎(chǔ)知識。實際上，物理化學(xué)中熱力學(xué)、溶液中的化學(xué)勢、物質(zhì)的相圖、吸附脫附、動力學(xué)研究等基本知識在當(dāng)前的科研都有廣泛的應(yīng)用，利用這些基本知識來驗證過程的可行性或者借助它們推斷出物理化學(xué)及其相關(guān)學(xué)科中更深層次的機(jī)理或者原理[5-7]。因此，物理化學(xué)的基礎(chǔ)知識在當(dāng)前的科學(xué)研究工作中仍然具有重要的價值，是學(xué)生為今后工作和學(xué)習(xí)所必須要掌握的。

1.2 科研實踐對學(xué)生物理化學(xué)學(xué)習(xí)的促進(jìn)作用

物理化學(xué)中的基礎(chǔ)知識都是比較抽象，數(shù)學(xué)公式比較多，這增大了學(xué)生學(xué)習(xí)的困難，但是這些基礎(chǔ)知識都是來自科學(xué)實踐，相應(yīng)地能用來指導(dǎo)科學(xué)實踐活動，因而，學(xué)習(xí)物理化學(xué)基礎(chǔ)知識的時候借助于科研實踐來展示這些知識，能幫助學(xué)生更好了解和掌握這些知識。首先，科研實踐的學(xué)術(shù)論文為了更好地解釋相關(guān)原理往往都使用大量的圖表或者視頻，直觀地展示和支撐他們的實驗結(jié)果，幫助讀者理解論文的結(jié)論。教師可以根據(jù)物理化學(xué)相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容提煉這些學(xué)術(shù)論文，在教學(xué)中利用論文中直觀的圖片或者視頻給學(xué)生展示對應(yīng)的知識點，使得抽象的知識圖像化、具體化，同時將枯燥無味的理論知識形象生動地呈現(xiàn)到學(xué)生的面前，加深學(xué)生對該知識點的印象，促進(jìn)學(xué)生對該知識點的理解和掌握。其次，物理化學(xué)的教學(xué)過程中可以借助科研實踐論文生動地展示給學(xué)生，不僅能幫助學(xué)生理解這些知識點，更能讓學(xué)生意識到物理化學(xué)課程中基礎(chǔ)知識與生產(chǎn)實際有緊密的聯(lián)系，而不是為了學(xué)習(xí)抽象的知識而學(xué)習(xí)這些知識。它們能夠直接應(yīng)用到實際科研和生產(chǎn)實踐中，并指導(dǎo)科學(xué)實踐和生產(chǎn)實踐活動，使得學(xué)生不再認(rèn)為理論知識難學(xué)而沒有用途，更不會消極地學(xué)習(xí)和理解這些物理化學(xué)基礎(chǔ)理論知識。學(xué)生會更加積極主動理解和掌握所學(xué)知識點，甚至通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫等相關(guān)工具，更進(jìn)一步地詳細(xì)了解與物理化學(xué)書本上相關(guān)知識內(nèi)容，從而間接地提高他們的自學(xué)能力，培養(yǎng)他們積極主動學(xué)習(xí)的能力。最后，借助物理化學(xué)教學(xué)引入科研生產(chǎn)實踐的概念，讓學(xué)生接觸基礎(chǔ)知識應(yīng)用到令人好奇的未知世界，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)基礎(chǔ)知識的興趣。既使學(xué)生學(xué)習(xí)到必須掌握的物理化學(xué)基礎(chǔ)知識，同時又接觸到物理化學(xué)方向科研和生產(chǎn)實踐的前沿，掌握當(dāng)前物理化學(xué)科研和生產(chǎn)實踐的動態(tài)。讓學(xué)生從一開始學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識灌輸科研實踐的相關(guān)知識，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注本學(xué)科發(fā)展前沿和科研動態(tài)，使學(xué)生浸潤在科研的氛圍下，產(chǎn)生濃烈的科研傾向[8]。從而使學(xué)生尋找自身喜歡的學(xué)習(xí)方向和學(xué)習(xí)興趣，建立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲泻蛯W(xué)習(xí)態(tài)度，刺激學(xué)生對未知世界的求知欲望，并潛移默化地培養(yǎng)他們的科學(xué)素養(yǎng)，為今后的工作學(xué)習(xí)提供基礎(chǔ)。因此，物理化學(xué)教學(xué)中引進(jìn)科研實踐，不僅將枯燥無味的理論知識形象生動化，而且能讓學(xué)生認(rèn)識到物理化學(xué)理論知識學(xué)習(xí)的重要性，培養(yǎng)他們的基本科學(xué)素養(yǎng)，激發(fā)他們對未知世界的求知欲望。

1.3 教師科研實踐對物理化學(xué)教學(xué)的重要影響

對于普通本科院校來講，無論什么樣的教學(xué)改革都是圍繞教學(xué)方式和手段在課堂教學(xué)過程中的運(yùn)用，無法代替教師的角色，無法改變教師授課主體的本質(zhì)，因而，教師在教學(xué)過程中起著重要的作用。只有通過教師的教導(dǎo)和示范作用才能使課堂教學(xué)變得更加生動鮮活，也對學(xué)生的學(xué)習(xí)和行為有直接地引導(dǎo)作用。因而，教師自身的專業(yè)水平?jīng)Q定了他的教學(xué)水平和教學(xué)能力，而科研實踐活動對教師有很大的鍛煉和啟發(fā)作用，增加了教師的業(yè)務(wù)知識水平，對課堂教學(xué)有非常大的促進(jìn)作用，因而，要提高教師的專業(yè)水平應(yīng)該鼓勵教師積極參與科研實踐工作[9]。首先，本學(xué)科專業(yè)教師開展科研實踐工作之前必須不斷查閱大量新的文獻(xiàn)資料，了解當(dāng)前科技發(fā)展的動態(tài)，及時跟蹤本學(xué)科領(lǐng)域的最新進(jìn)展，更新和豐富本學(xué)科的理論和知識。這個過程有利于提高教師發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，并不斷更新和完善自己的知識體系，能更好地將當(dāng)前本學(xué)科科技發(fā)展動態(tài)傳授給學(xué)生，同時隨著知識水平的提高教師將以新的高度去思考學(xué)科發(fā)展趨勢，自然而然地應(yīng)用到教育教學(xué)和人才培養(yǎng)的模式，進(jìn)而思考未來人才的發(fā)展趨勢和人才培養(yǎng)的最佳方法。其次，教師從事科研工作對該學(xué)科未知領(lǐng)域的探索研究是一個長期而艱苦的過程，能提高教師的邏輯思維能力和表達(dá)能力，能培養(yǎng)教師一絲不茍和勇于創(chuàng)新的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、頑強(qiáng)拼搏的精神以及良好的科研素質(zhì)，激發(fā)教師的創(chuàng)新思想，迎合當(dāng)前國家鼓勵創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的潮流。教師在科研中的鍛煉往往對學(xué)生起到表率作用，促進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、頑強(qiáng)拼搏精神以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，對學(xué)生成才起到推動作用。此外，教師的科研成果能讓學(xué)生直接感受到科研并非遙不可及，對學(xué)生有很大的引導(dǎo)和促進(jìn)作用，同時可以激發(fā)學(xué)生對科研的興趣和求知欲望，主動參與到教師的科研實踐，激起他們對物理化學(xué)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)的熱情[9]。因此，教師要實現(xiàn)物理化學(xué)教學(xué)的改革創(chuàng)新，適應(yīng)當(dāng)前形式下物理化學(xué)教學(xué)的發(fā)展，僅憑教學(xué)經(jīng)驗是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須從事科學(xué)研究去實踐、去探索、去創(chuàng)新，進(jìn)一步提高本學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)，從而加快教育觀念的更替，逐步形成具有自身特色的教學(xué)方式，將新理論、新方法滲透到物理化學(xué)教學(xué)實踐中，才能改變多年從教的疲憊與困惑，同時也激發(fā)了自身潛在的創(chuàng)造力。

2 結(jié)論

物理化學(xué)中基本規(guī)律和數(shù)學(xué)公式是經(jīng)過科學(xué)實踐論證總結(jié)而形成的普遍性規(guī)律和公式，同時它們又能用來指導(dǎo)科學(xué)實踐活動。盡管當(dāng)前科技迅速發(fā)展，但是物理化學(xué)書本上的基礎(chǔ)理論在科研實踐中有大量的應(yīng)用，仍然具有重要的實用價值。在教學(xué)過程中，教師可以利用科研實踐成果使物理化學(xué)中抽象的知識形象化、具體化，讓學(xué)生意識到這些基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)的重要性，同時可以刺激學(xué)生的好奇心和求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)。在物理化學(xué)教學(xué)中，教師的專業(yè)素質(zhì)就是提高教學(xué)質(zhì)量的保證，因而，應(yīng)該鼓勵教師積極參加本學(xué)科的科研實踐，了解當(dāng)前科技發(fā)展的動態(tài)，及時跟蹤本學(xué)科領(lǐng)域的最新進(jìn)展，將科研實踐的物理化學(xué)新觀念滲透到教學(xué)實踐中，加快教師自身教育觀念的更新，逐步形成具有自身特色的教學(xué)方法和模式。因此，科研實踐對物理化學(xué)教學(xué)具有積極的推動作用。

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Research on Promotion of Scientific Research Practice to Physical Chemistry Teaching

RAO Richuan, GUO Xiaopei, DONG Xiongzi

(SchoolofChemistryandChemicalEngineering,HefeiNormalUniversity,Hefei230601,China)

The basic theories of Physical Chemistry are illustrated in the application of scientific research with some examples. We have investigated the promotion effect of scientific research on learning Physical Chemistry for students and the importance for teachers to be engaged in scientific research for Physical Chemistry teaching.

scientific research; Physical chemistry; teaching

2016-12-10

安徽省高校優(yōu)秀青年人才支持計劃重點項目( No. gxyqZD2016230)；安徽省高校自然科學(xué)研究重點項目(No.KJ2017A929)

饒日川(1979-)，男，博士，合肥師范學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院教師，從事化學(xué)化工教學(xué)工作。

G642

B

1674-2273(2017)03-0088-03