物理化学教学在化学工程与工艺专业中的实用性研究

2022-09-10

引言

根据1998年教育部颁布的普通高等学校本科专业目录和专业介绍, 化学工程与工艺专业 (以下简称化工专业) 覆盖了原有的化学工程、化工工艺、精细化工等11个化学专业, 几乎囊括了化学工程的各个领域, 是一个典型的综合性跨学科专业。该专业旨在培养具备化工生产过程和设备的基本原理、设计方法及管理知识, 能够在化工生产、炼油炼化、能源开发、环境保护等相关领域和部门从事设计研发、生产管理、科学研究等方面的工程实践能力突出的综合性工程技术人才[1]。

物理化学是以高等数学和普通物理的相关知识为基础, 以实验技术为手段, 研究化学体系的性质和行为, 揭示化学体系中的特殊规律的一门课程, 能够培养大学生科学的观察现象、发现问题、揭示规律、解决问题的能力, 对培养大学生的科学素养具有较大意义[2]。作为“四大化学”基础课程之一, 物理化学在化工专业的学习中扮演了承上启下的“角色”, 与后续专业课诸如化工原理、化工热力学、化学反应工程的学习打下了坚实基础。因此, 物理化学课程的教学对不仅化工专业学生的培养, 而且对整个化工专业的发展具有重要的现实意义。

一、物理化学课程在化工专业中的重要性

物理化学主要由化学热力学、化学动力学、量子力学和统计力学等四大理论体系组成, , 是化学学科的理论基础, 其为基础学科的理论研究应用到工程实际, 起到了桥梁作用。物理化学学科的发展水平很大程度上代表了整个化学学科的发展水平。据统计, 在1901至2006年的106年间, 诺贝尔化学奖属于物理化学的高达25%。如若考虑到物理化学交叉学科领域, 这个比例则上升到60%。而在中国化学界的学科带头人中, 物理化学专业则高达24%, 这充分说明了物理化学在化学学科中的带头作用, 它对化学及其相关学科的基础理论研究的推动与应用产生了巨大而深远的影响。

其次, 物理化学贯穿在化工专业整个专业课的学习中, 与后续专业课程的学习有着紧密而且内在的逻辑联系, 其掌握的好坏理解的透彻与否, 将直接影响到后续专业课程的学习, 进而影响专业技能的掌握。例如化学热力学是化工原理的基础, 而化学动力学则与化工反应工程息息相关。

二、物理化学教学在化工专业中的实用性

物理化学是运用普通物理和高等数学的知识手段研究化学体系的内在规律, 知识内容涉及面广 (无机、有机、分析化学均有涉及) , 研究手段复杂。因此, 与其它化学课程相比学生普遍感觉物理化学晦涩难懂, 理论性强、概念抽象、内容繁琐, 学习起来很吃力。其实, 物理化学课程看似无章实则逻辑性非常强, 内容前后衔接紧密, 各部分与各层次间形成了纵横交错的立体网络结构, 只要能掌握正确的学习方法, 从课程整体性和系统性的层面理解, 从整体上把握课程的基本脉络和内在联系, 从而统领全局, 则会有一目了然、一览无余之感, 此举对于增强学生处理实际问题的能力及提高职业素养有重要意义。

1. 突出逻辑性, 增强思想性, 奠定创新能力基础

物理化学反映出很强的逻辑思维, 主要体现在一是教学中突出科学研究方法的逻辑思维总结。如基础物理化学教学中, 将应用实例融入热力学研究方法、动力学研究方法、电化学研究方法、表面与界面研究方法的学习[3]。

二是突出知识点的逻辑思维关系总结, 例如:化学平衡中标准平衡常数与温度的关系呈线性关系, 从斜率可以得到反应焓;化学反应速率常数与温度的关系呈线性关系, 从斜率可以得到反应活化能等。

三是突出课程之间内在联系的总结。例如, 物理化学是怎样为后续课程奠定基础。

四是哲学内涵的体会, 比如平衡, 既是物理化学的重要考察对象, 也是大自然的基本规律。通过启发学生体会物理化学各基本原理蕴藏的科学方法, 通过研究各物理量与数学模型之间的内涵与外延, 教会学生归纳、演绎等逻辑思维方法, 从而在思维能力方面建立逻辑思想, 奠定创新能力的基础。

2. 贴近工程实际性, 强化工程实践能力培养

物理化学与工程实际紧密相连, 每一个知识点都能在工程实践中得到体现。应用案例教学, 通过工程实例的分析, 同时引导学生将理论知识与科学研究与生产实践相联系, 能够取得良好效果。例如:学习临界状态的理论时, 结合超临界技术在化工生产、中药有效成分提取等方面的应用;学习稀溶液依数性的理论时, 结合药物单体的纯度分析、膜技术在废水处理中的使用、反渗透原理进行海水淡化等方面的应用等。

结合这些基础理论在科学研究以及生产实际中的应用, 能够充分发挥学生的主观能动性。在学以致用的教学活动中, 使学生得到将基础理论用于生产实际的创新能力的培养。

3. 实践环节丰富, 激发学生积极性, 增强独立科研能力的培养

物理化学是一门实践环节丰富的课程, 除传统的课程教学外, 还配有相当一部分的化学实验。实践环节的丰富, 能够进一步激发学生对课程的积极主动性, 并可依此开展开放性实验的研究。引导学生通过改变正常教学实验的原料配比、供氧压力、反应温度等条件, 来控制反应进行、优化反应速率, 得到最佳实验条件。通过开放性实验的研究, 利用常规实验技术手段开展简单的研究设计性实验, 同时培养和锻炼了学生的科研能力, 增强了学生独立科学研究的能力。

总结

物理化学课程作为化学工程与工艺专业的一门专业基础课程, 其在化工专业中的重要地位决定了物理化学教学在化工专业培养的重要性, 同时物理化学课程本身思维逻辑性强、紧联工程实际、实践环节丰富等特点, 对培养学生的创新思维能力、工程实践能力、独立科研能力有重要影响, 决定了物理化学教学的实用性。积极抓住该课程的重要特点, 结合化工专业培养实际, 开拓新的教学方法, 能够进一步发挥物理化学的作用。

摘要：综述了物理化学课程在化学工程与工艺专业的培养中的重要性, 结合物理化学课程本身的特点及化学工程与工艺专业的实际, 从培养科学逻辑思维、强化工程实践能力、增强独立科研能力等三个方面, 阐述了物理化学教学的实用性。研究表明积极抓住该课程的重要特点, 结合化工专业培养实际, 开拓新的教学方法, 能够进一步发挥物理化学的作用, 培养出具有专业知识宽厚实践能力突出的复合实用型人才。

关键词：物理化学教学,化学工程与工艺专业,实用性