導(dǎo)語(yǔ)：物理化學(xué)教學(xué)改革探究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

在大學(xué)有機(jī)化學(xué)課程的初始階段，學(xué)習(xí)者需要迅速建立起分子空間結(jié)構(gòu)物理化學(xué)是醫(yī)藥類(lèi)院校大學(xué)本科生的一門(mén)重要基礎(chǔ)課，對(duì)醫(yī)學(xué)、藥學(xué)其他主課的學(xué)習(xí)和理解起著基石的作用，就像對(duì)一個(gè)建筑而言，基礎(chǔ)未打牢就無(wú)法蓋出參天的大廈，因此非常有必要學(xué)好物理化學(xué)這門(mén)課。物理化學(xué)理論深?yuàn)W抽象、結(jié)構(gòu)龐雜、公式多且應(yīng)用的條件要求嚴(yán)格。因此學(xué)生們普遍感覺(jué)概念和理論難學(xué)難記、授課的內(nèi)容單調(diào)而枯燥。而物理化學(xué)的獨(dú)特研究思路和研究方法，嚴(yán)密的邏輯推理，可以說(shuō)對(duì)后續(xù)課的學(xué)習(xí)和將來(lái)的工作實(shí)踐都將起著重要的指導(dǎo)作用。正如國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)在自然科學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)研報(bào)告物理化學(xué)卷中指出：“實(shí)踐表明，凡是具有較好物理化學(xué)素養(yǎng)的大學(xué)本科畢業(yè)生，適應(yīng)能力強(qiáng)，‘后勁’足。由于有較好的理論基礎(chǔ)，他們?nèi)菀子|類(lèi)旁通、自學(xué)深造，能較快適應(yīng)工作的變動(dòng)，開(kāi)辟新的研究陣地，從而有可能站在國(guó)際科技發(fā)展的前沿”。多年的教學(xué)實(shí)踐啟示我們：對(duì)醫(yī)藥學(xué)知識(shí)的深入鉆研離不開(kāi)扎實(shí)的物理化學(xué)基礎(chǔ)，沒(méi)有很好的基礎(chǔ)就無(wú)法進(jìn)入到醫(yī)學(xué)、藥學(xué)領(lǐng)域的前沿。就無(wú)法真正搞懂疾病發(fā)病的過(guò)程和機(jī)理，也無(wú)法明白藥物設(shè)計(jì)的原理和治療的機(jī)理。因此，為了進(jìn)一步提高物理化學(xué)的教學(xué)效果，我們對(duì)物理化學(xué)教學(xué)改革進(jìn)行了初步探索。下面就介紹教學(xué)改革中的一些感悟。

1介紹相關(guān)領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展

物理化學(xué)是一門(mén)理論性強(qiáng)、邏輯性嚴(yán)密的重要基礎(chǔ)課，如果我們授課只知道照本宣科，對(duì)學(xué)生采取添鴨式的“滿堂灌”教學(xué)，就無(wú)法將學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性調(diào)動(dòng)起來(lái)。學(xué)生就會(huì)感到講授的課程枯燥乏味，學(xué)習(xí)內(nèi)容單調(diào)冗長(zhǎng)。長(zhǎng)久下去，學(xué)生們就會(huì)對(duì)物理化學(xué)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生畏難的心理，抵觸相關(guān)部分的學(xué)習(xí)。適當(dāng)?shù)亟榻B物理化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，并將教員最近的研究成果展示給學(xué)生，可以有效地提高學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，收到較好的教學(xué)效果。類(lèi)似于納米材料在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，金屬有機(jī)框架材料（MOFs）的制備及其對(duì)各種陽(yáng)離子、陰離子、溶劑分子和危險(xiǎn)爆炸物分子的熒光檢測(cè)，一直是研究物質(zhì)熒光性質(zhì)的物理化學(xué)家所關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)研究方向。教員首先引入MOFs材料的概念：作為結(jié)點(diǎn)的金屬離子被作為橋聯(lián)基團(tuán)的剛性共軛有機(jī)配體連接而組裝成三維孔道的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為金屬有機(jī)框架材料。因其具有大的孔徑和比表面積，被廣泛應(yīng)用于氣體的吸附與分離、催化反應(yīng)以及熒光檢測(cè)探針等領(lǐng)域。但是，傳統(tǒng)的熒光檢測(cè)探針都是以各種剛性有機(jī)配體和發(fā)光中心稀土元素Eu或Tb配位后形成配合物MOFs再被用來(lái)進(jìn)行熒光檢測(cè)。然而由于稀土元素的高配位數(shù)和可變的配位環(huán)境，使得形成MOFs材料特別是穩(wěn)定可控的材料遇到了很大的困難，許多合成的MOFs材料無(wú)法在水中甚至空氣中穩(wěn)定存在，因此樣品合成的重現(xiàn)性和樣品組成的控制遇到了相當(dāng)大的困難，熒光檢測(cè)數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性和可操作性面臨著巨大的挑戰(zhàn)。為了制備性質(zhì)穩(wěn)定且組成可控的MOFs材料，在借鑒法國(guó)拉瓦錫研究所Ferey課題組以MIL命名的Al-MOF系列穩(wěn)定金屬有機(jī)框架材料的研究成果[1]，以及挪威奧斯陸大學(xué)Lillerud課題組以UiO命名的Zr-MOF系列穩(wěn)定材料的研究成果后[2]。我國(guó)課題組率先提出了用后合成方法（PSM）來(lái)負(fù)載稀土離子Eu3+或Tb3+等具有特征發(fā)射譜帶的元素：即先按照文獻(xiàn)合成性質(zhì)穩(wěn)定的MIL系列Al-MOF或UiO系列Zr-MOF，再用這些材料作為前驅(qū)體，將它們分別與過(guò)量的（約10倍）EuCl3或TbCl3在乙醇體系中攪拌回流，然后離心真空干燥以獲得性能穩(wěn)定的負(fù)載Eu3+或Tb3+的后合成材料。在這些材料中，由于骨架的組成物質(zhì)是Al或Zr和剛性共軛的有機(jī)配體，而Al或Zr與配體中羧基氧形成的配位鍵很強(qiáng)，因此后合成（PSM）得到的母體材料很穩(wěn)定。再進(jìn)一步將Eu3+或Tb3+負(fù)載在這些母體材料中，就能夠獲得稀土攙雜比恒定的后合成材料。這種材料在空氣中和水中都能穩(wěn)定存在，由于配體對(duì)稀土離子的“天線效應(yīng)”，因此它還具有特征發(fā)射強(qiáng)、光譜性質(zhì)穩(wěn)定且光譜重現(xiàn)性好的優(yōu)點(diǎn)，作為先前非后合成材料的理想替代品，很有成為商業(yè)化熒光探針的潛力。教員講授到這里，將自己后合成得到的一種負(fù)載Eu3+的MOF材料展示給大家，發(fā)現(xiàn)在水中Cu2+對(duì)它有很強(qiáng)的淬滅作用，因此這種材料在Cu2+檢測(cè)中顯示了極強(qiáng)的選擇性和敏感性，是一種潛在的Cu2+熒光探針。講授過(guò)程中，輔助鮮明的用diamond和ChemBio3D繪制的各種MOF結(jié)構(gòu)圖，以及Origin導(dǎo)出光譜滴定圖和檢測(cè)機(jī)理（光電子能譜）圖。原本枯燥乏味的理論灌輸，變成生動(dòng)有趣的研究進(jìn)展介紹，將學(xué)生們物理化學(xué)學(xué)習(xí)的積極性調(diào)動(dòng)起來(lái)了，教學(xué)效果也有了明顯的提高。

2引入有針對(duì)性的案例式授課

物理化學(xué)是一門(mén)重要的基礎(chǔ)課，教員在講授的時(shí)候要引導(dǎo)學(xué)生用邏輯嚴(yán)密的推理方式來(lái)說(shuō)明各種現(xiàn)象，比如熱力學(xué)第三定律所表述的“0K時(shí)，任何純物質(zhì)完整晶體的熵值等于零?！被颉安豢赡苡糜邢薜氖侄问挂晃矬w冷卻到熱力學(xué)溫度的絕對(duì)零度?！?。然后教員就提問(wèn)：“這個(gè)結(jié)論是如何得到的？”。為了激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情，我們?cè)谑谡n的過(guò)程中引入了案例式教學(xué)[3]。這就是對(duì)絕對(duì)零度與超低溫探索的案例：1837年，馬格努斯和勒尼奧精確測(cè)定出了氣體的定壓膨脹系數(shù)，并由此進(jìn)一步反推出最低溫度是-273.15℃，即絕對(duì)零度。在絕對(duì)零度時(shí)，純物質(zhì)各原子都停止了一切運(yùn)動(dòng)而靜止下來(lái)，因此處于完全有序的排列，混亂度也達(dá)到了最小，熵值也最小為零。為了驗(yàn)證熱力學(xué)第三定律的正確性，各國(guó)科學(xué)家發(fā)起了向絕對(duì)零度的沖刺：英國(guó)科學(xué)家法拉第首先液化了氯氣，獲得了-78℃的低溫。到了1845年，科學(xué)家?guī)缀跻夯怂械臍怏w，但O2、N2、He、CO、NO等氣體卻難以液化。德國(guó)科學(xué)家林德等人經(jīng)過(guò)努力，采取壓縮-絕熱膨脹和抽除液面蒸氣法制得了液態(tài)氧和氮。荷蘭物理學(xué)家翁內(nèi)斯采用五級(jí)串聯(lián)抽除液面蒸氣法制得大量液氫。1908年，他再用液氫和液態(tài)空氣預(yù)冷，繼續(xù)用壓縮-絕熱膨脹的方法使溫度下降到-268.95℃，將氦氣液化。當(dāng)翁內(nèi)斯獲得液氦后，曾進(jìn)一步想用減壓降溫的方法使液氦固化，沒(méi)有獲得成功。但通過(guò)這種方法，他已經(jīng)達(dá)到了-272.11℃的低溫。真正逼近了絕對(duì)零度，因此翁內(nèi)斯也被稱(chēng)為“絕對(duì)零度”先生。如何才能更逼近絕對(duì)零度？采用中性原子的激光冷卻技術(shù)被證明是有效的辦法：通過(guò)調(diào)諧激光的波長(zhǎng)，使得只有在特定方向運(yùn)動(dòng)速度最快的原子可以吸收迎面飛來(lái)的光子，從而使原子在此方向的運(yùn)動(dòng)速度減慢。這種“光學(xué)黏膠”可以延緩幾百萬(wàn)原子的運(yùn)動(dòng)，從而使其等效溫度降到接近絕對(duì)零度幾百萬(wàn)分之幾的開(kāi)氏溫度，即10-8K。如果在上述實(shí)驗(yàn)中加上磁場(chǎng)就可以俘獲原子，并使溫度進(jìn)一步降低到更接近絕對(duì)零度，甚至達(dá)到10-9K。因此絕對(duì)零度不能達(dá)到的理論被再一次獲得了證實(shí)。通過(guò)引入有針對(duì)性的教學(xué)案例，抽象枯燥的教學(xué)內(nèi)容變得更加生動(dòng)有趣了，教學(xué)效果也得到了顯著的提升。

3開(kāi)展啟發(fā)式教學(xué)

教學(xué)過(guò)程是師生互動(dòng)參與的過(guò)程：若在教員在講授過(guò)程中教師只會(huì)照搬書(shū)本內(nèi)容，學(xué)生就很難有學(xué)習(xí)的積極性；而完全讓學(xué)生去自主學(xué)習(xí)，同樣也達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果。為了進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)，很有必要廣泛地開(kāi)展啟發(fā)式教學(xué)[4]。例如在講授熱力學(xué)第二定律一章內(nèi)容時(shí)，我們通過(guò)卡諾定理中卡諾循環(huán)的熱機(jī)效率最高引出了熵的概念，然后進(jìn)一步得到孤立體系熵值永不減少即熵增加原理。這時(shí)教員就會(huì)問(wèn)學(xué)生：“人的生命基本特征是新陳代謝，從熵的角度是生命體攝取結(jié)構(gòu)嚴(yán)格有序的低熵物質(zhì)（多糖、蛋白質(zhì)等），排出無(wú)序的高熵物質(zhì)（二氧化碳、尿、汗等）過(guò)程。那麼人生命過(guò)程各階段體內(nèi)總熵值的變化趨勢(shì)是怎樣的？是否都符合熵增原理呢？相比之下，自然界的熵增加會(huì)產(chǎn)生怎樣的后果？”。并將這些問(wèn)題作為思考題讓學(xué)生課后思考。經(jīng)過(guò)充分的課后準(zhǔn)備，教員下一次上課時(shí)又把這個(gè)問(wèn)題提出來(lái)，這時(shí)學(xué)生們都躍躍欲試。教員示意一個(gè)學(xué)員站起，這位學(xué)員非常自信地講解起來(lái)：“在0到10歲左右，這個(gè)階段是兒童成長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期，攝取的低熵物質(zhì)的總熵值顯著小于排泄的高熵物質(zhì)的總熵值，體內(nèi)的總熵變?yōu)樨?fù)。這個(gè)時(shí)期是生命組織的快速正常發(fā)育，組織細(xì)胞的大量增長(zhǎng)，代表熵減的有序組織快速增加的過(guò)程，生命在快速生長(zhǎng)中。在10到20歲左右，這是生命基本長(zhǎng)成的過(guò)程，剛開(kāi)始攝取的低熵物質(zhì)的總熵值小于排泄的高熵物質(zhì)的總熵值，總熵變?yōu)樨?fù)，到20歲左右，則低熵物質(zhì)的總熵值約等于高熵物質(zhì)的總熵值，總熵變約等于零。這個(gè)時(shí)期生命開(kāi)始進(jìn)入鞏固階段即生命組織較快地正常發(fā)育，組織細(xì)胞繼續(xù)大量增長(zhǎng)，有序的組織較快地增加，生命在繼續(xù)生長(zhǎng)中。在20到35歲左右，這是生命的鞏固時(shí)期，攝取的低熵物質(zhì)的總熵值從約等于排泄的高熵物質(zhì)的總熵值到等于高熵物質(zhì)的總熵值，總熵變從稍小于零到等于零，生命處于一個(gè)平衡狀態(tài)，生命的各項(xiàng)指標(biāo)都處于最佳狀態(tài)，生命處于旺盛階段。在35到50歲左右，這是生命衰老的預(yù)備時(shí)期，攝取的低熵物質(zhì)的總熵值從等于排泄的高熵物質(zhì)的總熵值到略大于高熵物質(zhì)的總熵值，總熵變從等于零到稍大于零，生命仍處于旺盛階段，生命體征同前一階段比略有下降。50歲左右以后，生命開(kāi)始進(jìn)入衰老階段，攝取的低熵物質(zhì)的總熵值大于排泄的高熵物質(zhì)的總熵值，體內(nèi)的總熵變大于零。這個(gè)時(shí)期人體的各項(xiàng)功能下降，組織再造能力下降，人體組織中自由基等垃圾成分增加，組織的有序度下降，人體的生物熵逐漸增大。因此正常的生理功能出現(xiàn)失調(diào)和無(wú)序，衰老、疾病就會(huì)接踵而至。這時(shí)就要通過(guò)藥物、手術(shù)、飲食和保健等來(lái)干預(yù)肌體，促使人體吸納低熵，排除高熵，使體內(nèi)總熵變小于零，身體就會(huì)逐步恢復(fù)健康?！?。當(dāng)這位同學(xué)詳細(xì)而全面地闡述了人體各個(gè)階段的總熵變化與人體發(fā)育、分化、生長(zhǎng)、衰老和疾病的關(guān)系，教員對(duì)他的回答給予了充分的肯定，并進(jìn)一步啟發(fā)大家：“自然界的熵增加會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響？”。這時(shí)一些準(zhǔn)備充分的學(xué)員也舉起了手，教員示意一個(gè)同學(xué)回答。該學(xué)員表述：“人們?cè)陂_(kāi)采冶煉礦石、生產(chǎn)糧食、制造機(jī)器等勞動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程中，都要消耗能量。根據(jù)熵增加原理，每消耗一定的能量，都會(huì)使自然界的熵不斷增加。而熵增加對(duì)于地球是一個(gè)不可逆過(guò)程。自然界熵增意味著自然災(zāi)害和人類(lèi)生存環(huán)境的惡化、水旱災(zāi)害的增加、土壤的沙化等。例如近年來(lái)發(fā)生的地震、大旱和水災(zāi)都是環(huán)境熵增的結(jié)果?！?。這時(shí)教員就繼續(xù)引導(dǎo)下去：“如何降低自然界的總熵？”。這位學(xué)生接著闡述：“只有大力提倡植樹(shù)綠化，節(jié)能減排，從而降低地球的總熵，才來(lái)使環(huán)境惡化趨勢(shì)得到減緩?！?。教員對(duì)這一位學(xué)員的發(fā)言給予了表?yè)P(yáng)。通過(guò)教員提出問(wèn)題并引導(dǎo)學(xué)生搜集資料的啟發(fā)互動(dòng)式教學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果得到了顯著的提高。

總之，在物理化學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，我們對(duì)上述三種教學(xué)方式進(jìn)行了初步地嘗試，極大地激發(fā)了學(xué)員的求知欲，收到良好的教學(xué)效果。

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作者:羅 俊 劉寶姝 張欣榮 佘 嵐 馬志強(qiáng) 楊 峰 單位:第二軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)院