浅析安全工程专业物理化学课堂教学的改革和探索
浅析安全工程专业物理化学课堂教学的改革和探索 物理化学是化学学科的一个重要分支，被誉为化学中的哲学。物理化学综 合运用化学、物理、数学等基础知识，剖析化学反应等过程的本质，并分析和解 决化学变化和部分物理变化过程中遇到的理论问题，并上升为一般规律，为后续 课程奠定坚实的理论基础。绝大部分高校将物理化学作为安全工程专业本科生必 修的一门基础课程。各个学校根据自身发展方向和特色，针对安全工程专业制定了不同培养方 案。例如，西南石油大学及中国石油大学，以石油天然气为发展特色，因此，在 制定安全专业培养方案时，主要围绕石油与天然气采输、油气化工生产等行业制 定培养方案，力求培养出具备油气化工生产、石油与天然气采输等专业背景知识 的安全工程与技术、安全设计与控制、安全教育与评价以及安全监察与管理等方 面的适应我国发展的人才，能在企事业单位进行安全管理，能在政府部门进行安 全监察，能从事安全工程与管理方面的研究、设计、评价和咨询等工作的高素质 复合型专业人才。南京理工大学主要围绕燃烧、爆炸的理论及防治技术制定安全 工程专业培养方案，力求培养出能从事危险源辨识与评价、安全技术研究与设计、 安全检测与控制、安全管理等方面的高素质人才。中国地质大学(北京)主要围绕 地矿、建筑、煤炭、化工、交通、民航等行业制定培养方案，力求培养出从事安 全管理、监察和科研的管理+技术的综合性高级人才。从上述这些学校的培养方 案可以看出，物理化学基本理论，如相平衡、电化学、化学动力学、表面物理化 学、胶体化学等，在安全工程与技术领域有广泛应用，有的甚至是实际安全生产 中的应用，比如燃烧、爆炸等等。因此，物理化学在安全专业课程教学中占有很 高的地位。我们针对服务于油气行业的安全工程专业，针对物理化学课程，在教 学内容和方法等方面做了一些思考和探索。
一针对性的改革和探索 (一)教学内容的舍与得 我校安全专业注重定位培养，主要是培养具备石油与天然气采输、油气化 工生产等专业背景知识的安全工程专业本科生，就业单位主要去往中国石油化工 集团公司、中国石油天然气集团公司、中国海洋石油总公司以及壳牌等企业，主 要从事油气采输、油气化工生产过程中的安全管理、安全评价等工作。为达到培 养目标，主要设置了以下课程：无机及分析化学、有机化学、物理化学、工程制 图、化工原理、钻采概论、燃烧与爆炸学、工程热力学、油气加工工艺学、工程流体力学、电气安全工程、安全人机工程、安全原理及安全管理学、安全检测与 监测、安全评价和安全法学、安全系统工程、机械及特种设备安全技术。我们通 过调研每个课程并结合与其他课程老师的交流，发现很多课程跟物理化学理论联 系紧密，我们列出了部分课程章节涉及的物理化学理论。因此，我们对安全工程 专业物理化学的教学内容进行了取舍，将多相平衡、催化反应动力学作为讲解的 重点，减少了统计热力学、界面现象和胶体化学的学时数，舍去了量子力学基础 的讲解。物理化学与其他化学(如燃烧与爆炸、化工原理、无机及分析化学)重叠 的知识点让学生自学或者采用课堂讨论等方式减少不必要的重复，并注意与其他 课程教学联系起来。经过几年的教学表明，这种教学内容的舍与得取得了较好的 教学效果。
(二)教学方式和教学手段的改革 物理化学是用物理学结合数学研究化学运动中最具有普遍规律的一门学 科，内容相对其他化学课程枯燥乏味，知识点难于理解。课堂上学生经常云里雾 里，很容易开小差，甚至产生厌学的状态。因此，如何将学生的心留在课堂，成 为物理化学教师必须攻克的难关。
1.理论联系实际，提高学习兴趣 引导学生通过现象看本质，将物理化学理论与生活中常见的实际现象联系 起来，激发学生的学习热情和学习兴趣，使枯燥乏味的理论变得丰富生动。例如， 在讲热机效率的知识时，提问法拉利汽车的极限速度能达到多少;在讲卡诺定理 时，提问空调制热或制冷的工作原理是什么;结合前沿研究方向，提问海洋温差 能、地热能利用了什么理论;在讲电化学的知识时，提问土豆也能当电池是真的 吗;在讲胶体化学的知识时，提问为什么用卤水点豆腐;为什么不同颜色的墨水不 能混用;在讲到界面现象的知识时，提问为什么小草上水珠、雨后荷叶都呈球形;
在讲到催化的理论的时候，结合前沿学科发展方向，讲解我国大连化学物理研究 所在国际上的声望，列举李灿院士在光催化领域提出的异质结和异相结、包信和 院士提出的限域效应、申文杰研究员提出的纳米催化形貌效应，鼓励和引导学生 热爱科学研究。引导学生关注学科前沿，提高学习兴趣，鼓励学生去听一些报告， 参加一些论坛，如我校化工院组织的西油证道论坛。让学生真正的体会到物理化 学理论学习的重要性和实用性，激发学生的学习热情和学习兴趣。
2.通过讲解代表人物讲授理论物理化学理论其实质是不同时期科学家科研成果的集合，每一个理论背后 都有科学家的故事。通过讲解历史人物来讲解理论，一是可以提高学生的兴趣， 二是可以让学生记忆深刻。例如，在讲解熵的引出的时候，通过理论代表人物将 知识点串联起来，如图1所示。同时讲解各个科学家的生平以及如何得出这些理 论的过程，讲授他们成为伟大科学家的成长经历，激发学生探索科学真理的欲望， 培养科学素养。同时讲解一些做人做事的道理。例如在讲化学热力学定律的时候， 讲解物理化学三剑客：范特霍夫、阿伦尼乌斯、奥斯特瓦尔德的生平事迹，以及 他们研究什么理论获得了诺贝尔化学奖。如在讲电化学的时候，讲解法拉第通过 自学成为伟大的科学家的事迹。在讲催化知识点的时候，重点讲在催化领域获得 诺贝尔化学奖的科学家，如因在手性催化氧化反应做出巨大贡献而获奖的三位科 学家(Knowles，Noyori，Sharpless);因在固体表面化学与催化领域做出巨大贡献 而获奖的GerhardErtl。在讲相平衡萃取时，讲解我国2015年获得诺贝尔医学奖的 科学家屠呦呦。激发学生的求知欲望，把学生的心留在课堂。
3.多渠道引导学生自主学习 我们在物理化学考核方面也进行了尝试，进行多样化考核，将课前问答、 课堂问答、课堂纪律表现、课堂作业、课后作业都作为平时成绩的一部分，平时 成绩比例提高到30%。从而引导学生课前预习，带着问题来学;课后复习，温故而 知新。经验表明，讲解物理化学理论应用于科学前沿的热点案例可激发学生对物 理化学理论的学习兴趣。
因此，我们围绕油气特色，设定项目。让学生探讨项目所涉及的物理化学 知识，充分调动学生的自主性，发挥学习的主体性。比如设定项目《三次采油中 聚合物驱油所涉及的物理化学理论》，让学生知道在合成及表征聚合物过程中涉 及的相态和在使用过程当中涉及的表面现象、静电现象、胶体化学等物理化学知 识，让学生通过老师提示、自主学习的课本知识和查找的资料，来用物理化学理 论解释现象。比如设定项目《海底天然气水合物的开采所涉及的物理化学理论》， 让学生知道主要涉及多相平衡、化学热力学等相关理论。以项目为中心展开教学， 使学生有兴趣，目的明确，给学生探索的机会。加强期末考试的客观性、科学性 和公平性。教研室老师一起出题，统一阅卷，教考分离。增加小论文、小报告在 总分中的比例，让学生的精力放在学而不是考，转变目前为考而学的应试模式， 最终达到为解决问题而学的终身学习的方式。
二结论随着科学技术的发展和社会对人才质量需求的变化，各专业对物理化学课 程的要求也不断改变，这就要求对物理化学课程的教学内容、教学方法及体系进 行不断地完善与改革。在保留现有体系主干完整性的基础上，适当增加与专业紧 密相关的物理化学知识，适当减少应用较少的或与专业联系不紧密的物理化学知 识，优化课程体系。同时，根据不同专业，强化物理化学在该专业领域方面应用 的知识，适当引入案例教学内容，才能提高学生学习物理化学的兴趣，激发学生 的主观能动性。