现代物理化学课程教学改革与实践

现代物理化学是化学及其相关学科研究生的重要基础课。作者结合多年来的教学实践经验和本学科特点组织现代物理化学课程的教学内容,以本科物理化学课程中重要理论为切入点,进一步深化统计力学、量子理论及催化化学3个分支学科领域的专业理论;立足相关学科发展前沿,拓展理论知识应用口径。为实现新时代人才培养和落实立德树人根本任务,将思政因素有机融入专业教学过程中,不断体现现代物理化学课程教学内容与时俱进的特点。

化工类专业核心课程思政建设与实践——以河南工业大学“物理化学”课程为例

专业课程与思政教育深度融合是落实高校立德树人的根本。作者以化学工程与工艺专业等专业的核心课程“物理化学”为例,进行课程思政系统设计与实践,包括制定思政目标,模块化设计思政重点元素,优化迭代线上线下思政案例资源,课上、课下和实践三个课堂互融互通,深入开展课程思政,育人成效显著。

构造物理化学的理论纲要和应用前景

构造物理化学是地质力学在“构造结合建造”领域兴起的研究方向,发展为探讨构造作用过程中岩石物理变化与化学变化相关性的交叉学科领域。针对“构造力能否影响化学平衡”的地球科学难题,作者开展矿田地质构造的深入研究,进行构造力影响压力的探索。构造应力场可以分解为两部分:一部分是应力差,使岩石发生变形;另一部分是平均应力部分,即各向相等的正压应力状态,使岩石体积变化。后者称为“构造附加静水压力”。“构造附加静水压力”叠加在其地质作用引起的压力之上,改变该点的压力并影响其他物理化学条件,由此控制成岩成矿地球化学过程。构造物理化学是研究“构造力改变物理化学条件进而影响化学过程”,即研究构造引起的构造附加压力、温度等物理化学条件及其控制物理化学过程的领域。构造物理化学和“成矿深度构造校正”等理论方法预测胶东金矿深部存在“第二富集带”已得到证实,为胶东成为全球第三大金矿区提供了理论和方法方面的支撑。经过30多年科研和找矿实践,构造物理化学产生了广泛学术影响;中国地质学会地质力学专业委员会1996年设立“构造物理化学专业学组”,中国地球物理学会2018年批准成立“构造物理化学专业委员会”。构造物理化学需继续深入研究的问题有:构造附加静水压力问题,构造作用影响温度问题,构造作用改变岩石物理性质问题,构造作用影响地质P-T相图问题,还要发展“构造结合建造”的构造变形岩相观测研究方法等。构造物理化学在地壳异常压力和地壳深部压力状态、构造对油气的驱动和圈闭问题、成岩成矿深度的构造校正测算和隐伏矿床预测、超高压变质带的“构造增压壳内成因”问题、煤变形-变质作用的物理化学条件、临界成矿的热力学分析、地震灾害流体对于岩石系统的构造物理化学约束以及构造变形岩相基础上的地球物理勘查等方面推广应用已取得长足进展,且具有广阔的发展前景。

优化物理化学学科资助布局,提升科学基金资助效能

本文总结了物理化学学科代码的设立和调整变化情况,结合近十年物理化学学科研究发展趋势,论述了自2018年物理化学学科代码优化调整为催化与表界面化学和化学理论与机制以来,优化学科布局对于促进学科前沿基础研究和提升科学基金资助效能方面起到了重要作用,提出了在优化学科布局方面的思考和建议,为后续学科发展战略提供参考。

Mathematica在物理化学公式可视化中的应用

随着计算机技术的快速发展,软件工具在化学教学和研究中的作用日益凸显。本文以Mathematica软件为例,探讨了其在物理化学公式可视化中的应用。借助几个典型的例子,如范德华状态方程、原子轨道与电子云形状以及化学反应速率方程的可视化,为物理化学的教学和研究提供新的视角和方法。通过互动式的学习模式,学生不仅能够通过直观的图形来观察和理解理论背后的物理意义,还能激发他们的兴趣,增强学生学习的主动性和创造性。

物理化学课程教学创新与实践

物理化学课程内容抽象、繁杂,公式多、概念多,是一门教师难教、学生难学的课程;同时因课程理论推导多、应用实践偏少,且教学评价重结果、轻过程等痛点问题,学生对该课程的学习兴趣不足,造成学生对课程的参与度及课程目标达成度均不高。针对课程教学过程中存在的痛点,该教学革新传统教学方法,由知识传递转向基于问题、任务、案例的探究式教学,构建以问题为导向的创新教学思维;同时基于超星平台,结合PBL教学法,实行“线上+线下”混合教学,让学生由被动学习转向分析问题、解决问题的自主学习,充分感受物理化学的“有趣、有用”;教学中实施多元化评价,强化过程性考核,最终提高学生的学习效果。

国家级一流本科课程冶金物理化学课程思政建设——北京科技大学冶金工程“双一流”学科建设的探索与实践

在“双一流”学科建设和高校课程思政建设的背景下,如何将冶金物理化学教学与思政教育紧密结合,培养品学兼优、全面发展的社会主义建设者和接班人,是高校专业教育必须思考和解决的重大课题。目前,各大高校都己积累一些课程思政实践的经验,但不平衡、不充分等问题依旧突出。针对冶金物理化学课程特色和当代大学生的成长特点,分别从思政教育目标、思政元素挖掘设计与融入、教育教学模式和考核评价方法等方面进行冶金物理化学课程思政教育的改革探索,构建“一/三/三/三”课程思政教育教学体系,从而达到专业教育与思政教育同向同行的协同育人目标。

行业特色型工科院校“物理化学”课程差异化教学的探索与实践

在新形势下行业特色型工科院校“物理化学”课程教学工作面临着一系列的挑战。针对“物理化学”课程教学现状,结合理工科不同专业特点,在正视学生的个体差异的前提下,通过合理修订教学大纲、适当调整教学内容和进度、吸纳专业教师补充师资、建立合理考核体系等开展差异化教学改革。实践表明在专业行政班的教学模式下,只要对差异化教学有足够的重视和理解,就可以达到调动学生学习本能、激发学生学习兴趣、满足学生学习需求的目的。

物理化学教学方法探索

通过“归纳比较法”“PBL法”“案例法”等,建设CAI交互式动画和专业特色案例库等教学资源及“线上+线下”混合教学模式,让学生充分感受学习过程的“有趣、有劲”及所学知识的“有用”,在提高课程目标达成度的同时,体验物理化学的魅力。

基于信息技术的物理化学实验教学研究与实践

物理化学实验是本科高校化工类专业普遍开设的一门基础必修课程,文章针对该课程传统的教学方法存在的问题,从可视化实验教学、专业计算机软件的应用、虚拟仿真教学、线上辅助教学四个方面进行了分析与探讨,提出了充分利用现代信息技术的优势,进一步优化教学方法等措施,提高了教师团队的专业教学水平,调动了学生的学习积极性,拓宽了学生的知识面,增强了分析和解决专业问题的能力。

物理化学中热力学理论在丙酮回收中的应用

为了提高本科生有效掌握物理化学中理论知识及解决实际问题的能力,将课堂教学中枯燥、抽象难懂的物理化学理论知识融入工程实例中。以二醋酸纤维丝生产中丙酮的回收为例,丙酮回收过程包含吸附和精馏操作,基于活性炭吸附使本科生掌握Langmuir理论、单分子饱和吸附量qm和Langmuir吸附平衡常数KL的计算;对于精馏操作使本科生能熟练杠杆规则计算气、液相的物质的量,用克-克方程、活度和活度因子公式计算丙酮的活度和活度因子,进一步由芬斯克方程计算出丙酮回收塔的理论塔板数、塔底和塔顶丙酮的浓度;根据异丙叉丙酮(MEO)和水的二元气液相图,提出解决丙酮回收过程中MEO去除方法。将物理化学课程涉及的吸附、相平衡等热力学理论融入实际工程案例中的课堂教学,显著提高了本科生理论联系实际及解决问题的能力。

超多分子系统理论——化学“101计划”物理化学课程的理论框架

化学“101计划”物理化学教材的目标是建立超多分子系统的理论框架,从对分子的认识(主要是各量子自由度的量子化能级)出发构建化学家的分子物质观。教材分为三篇,上篇是理论基础,中篇是分子物质观框架内的宏观物质结构,下篇是演化规律。本文通过介绍课程框架,期待为推进国内物理化学课程建设、培养中国下一代化学家提供思路。

物理化学中的e指数规律

自然对数的底“e”是基本数学常数之一,自然界的很多规律都呈现出e指数形式的函数关系,即e指数规律。在物理化学的基础理论如热力学、动力学和统计力学中,e指数规律广泛存在。本文总结了物理化学中普遍存在的e指数规律。这些规律主要来源于求解微分方程或对连乘积取对数以便以简化运算。掌握e指数规律不仅可以加深我们对相关物理化学知识的综合理解,而且为学习这类科学方法提供指导。

教学“新基建”背景下物理化学课程改革探索

物理化学是化学化工类专业必修的基础理论课程之一,其教学内容理论性强,概念抽象。传统的授课仅是围绕物理化学教材内容,没有将物理化学课程的基础理论性、实践应用性、高阶挑战性及思政育人形成完整授课体系,难以适应新时代发展需求。在教学“新基建”背景下,该文针对物理化学课程授课中存在的问题,从课程内容、课程实验、教学方法和思政协同育人等方面入手,探讨课程“新基建”的建设方案,提出“基础性、实践性、高阶性、思政育人”的“四位一体”的物理化学课程建设方案,对物理化学及其他课程的改革提供一定的借鉴作用。

基于OBE理念的“物理化学”课程教学改革实践

成果导向教育(OBE)是工程教育认证的核心理念。作者以化学工程与工艺专业核心课程之一的“物理化学”为例,结合专业认证,对“物理化学”课程进行了“五以”教学改革:以立德树人为根本,加强课程思政教育;以逻辑导图为主线,构筑章节知识体系;以问题实例为导向,实施反向教学设计;以线上资源为依托,夯实学生练习环节;以持续改进为核心,强化过程性考核,取得了较好的教学效果。

比表面及孔径分析实验中培养学生利用物理化学知识分析问题的能力

物理化学是化学与化工等专业必修的专业基础课程,然而该课程具有理论内容多、概念抽象难懂、公式复杂易混等特点,因此学生学习起来非常困难。比表面及孔径分析仪是应用极其广泛的现代分析仪器,其使用过程中包含大量物理化学基础知识。因此借助比表面及孔径分析实验,引导学生利用开尔文公式、自由度、理想气体状态方程等物理化学知识解释仪器的工作原理,从而达到提高学生利用物理化学知识分析实际问题的能力。

化学势思维导图引导下的物理化学教学研究

本文以化学势为主线创建了联络物理化学各个章节知识点的思维导图。并利用不同的应用实例展示了化学势在物理化学中理想气体热力学,相平衡热力学,化学反应热力学,电化学,表面与胶体化学等的应用。

锂离子电池负极材料FeSe/C纳米纤维的制备及性能物理化学综合实验设计

本文设计了锂离子电池负极材料FeSe/C纳米纤维的制备及性能物理化学综合实验。锂离子电池FeSe负极材料具有理论比容量高、资源丰富、环境友好的优点,然而其导电性差、循环过程中体积膨胀大,从而限制了其发展与实际应用。本实验采用静电纺丝结合煅烧制备了FeSe/C纳米复合纤维,采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对材料的结构与形貌进行了表征,采用恒流充放电测试和循环伏安(CV)对材料的储锂/钾性能进行了研究。结果表明,FeSe/C纳米复合纤维具有单一的晶型和独特的一维纳米纤维结构,FeSe纳米颗粒均匀地分布在直径约为200 nm的碳纳米纤维中。650℃下煅烧得到的FeSe/C纳米复合纤维表现出出色的电化学性能。在锂离子半电池中,FeSe/C在1000 mA/g下循环300次后比容量为661 mAh/g,在5000 mA/g下仍表现出335 mAh/g的容量。

工程教育认证背景下《物理化学》课程思政的探索与实践

本文以物理化学课程为例,在工程教育认证理念指导下,将课程思政融入教学大纲,提出课程思政目标,构建课程思政教学体系,坚持思政育人和专业育人相结合,深挖思政元素,优化教学方法,开展第二课堂,实施多元化过程性考核评价。不断促进学生的成长和发展,培养富有创新精神和实践能力,具有高度的社会责任感和政治信仰、德才兼备、全面发展的应用技术型人才。

物理化学线上线下混合式教学模式的探讨

物理化学是化学化工类专业重要的必修课,具有概念多、公式多、理论性和逻辑性较强等特点,学习难度较大。依托超星学习通教学平台,在物理化学教学中采用线上线下相结合的教学模式,以学生为中心,发挥学生的主观能动性,调动学生的学习兴趣。新的教学模式使教学效果明显提升,得到广大学生的认可。