理科物理论文：理科物理化学独特性教材透析

作者：葛欣 单位：南京大学化学化工学院

多层次适宜《物理化学简明教程》

为了在有限的篇幅内比较全面地介绍物理化学的基本原理、知识体系、重要应用和发展现状，作者特别注重精选内容，突出要点。对基本概念和基本原理不惜笔墨，讲深讲透，使之起到举一反三的作用。对需要进一步探讨的问题，适当安排在习题或思考题中，让学有余力的学生进一步钻研。如在化学势一章中，重点介绍狭义化学势的概念、物理意义、表示方法及其重要应用，略去活度系数计算的详细讨论，广义化学势的推导则放到习题处理。又如对可逆过程这一重要又很抽象的概念，教材从体积功的定义出发，讨论理想气体在具有相同始终态而经历各种不同途径计算各种途径一往一返的膨胀功和压缩功。通过对比分析，概括出可逆过程的概念和特征。如此处理，符合认识的规律，即从感性认识到理性认识、从特殊到一般、从表面现象到内在联系，便于初学者突破难点,正确理解和掌握基本概念。体例风格独特《物理化学教程》国内多数教材内容基本沿用20世纪50年代的编排框架，而由南开大学姚允斌教授编著的《物理化学教程》(湖南教育出版社)将内容重新组合编排，给人以耳目一新的感觉[3]。该书将内容分为物质的平衡性质和物质变化动力学两大部分，热化学和电化学不单独设章，而是把其中的有关内容按照理论体系的要求，分别编入相应章节，以便更本质地反映物理化学所涵盖的知识。专设的“热力学函数的规定值”一章系统讨论热力学函数规定值的含义及热力学函数表的制定，同时“输运过程”单独成章，将简单的可逆过程热力学向不可逆过程热力学自然扩展，并和动力学相衔接，起到承上启下的作用。该书对定义和定律叙述严密和准确，十分注意对定律和公式的应用条件，并说明了某些常见错误和疑难之处。与同类教材相比，虽然此书内容较深并有所扩展，但整个理论体系阐述脉络清晰，内容起点较低，而又有所拔高，由浅入深，层次分明。

大物理化学改革尝试

由于历史原因，在物理化学教学中，化学热力学和结构化学的融合一直是个令人困惑的问题。一方面由于两门课分科讲授的传统做法，能够同时熟练并融汇贯通地讲授两门课程的教师不多。另一方面，这两门课程体系的指导思想相差甚远。化学热力学经过几十年的教学实践和编写教材时一代代宗师们的千锤百炼，构成了十分严谨的科学的体系。宏观的、统计的物质运动图象是这个体系阐述概念模型时的基础。而作为物质体系的化学运动，基点则放在分子的层次上，体现分子组成、结构和相互作用对分子性质可能产生的千变万化的影响，以理想体系和稳态为基础的化学热力学就显得过于简略。所以物理化学的教学和教材改革在于使化学热力学方法能够真正地和物质体系的化学性质密切结合，即从理想体系向实际体系逼近，从稳态逐步过渡到介稳态或非稳态。复旦大学邓景发教授编写了一部融合物质结构的《物理化学》(高等教育出版社)，将化学动力学放在化学热力学和物质结构之后，其间插入统计热力学，从而使宏观与微观建立起桥梁，化学动力学的内容就可以不再停留在经典宏观动力学的水平上。作者在此领域内有多年科研经验和高水平工作，将有关理论和概念应用在化学反应动力学中，与一般教材中多以阿累尼乌斯的经验定律为基础的处理方法相比，水平大大提高，对化学变化规律的认识也更理性。大理科教学《化学原理》几十年来我国化学基础课体系是“四大化学”即无机化学、分析化学、有机化学和物理化学，并配备相应教材。印永嘉和姚天扬教授根据上世纪90年代基础化学课程体系改革的实际，编写的《化学原理》在教学内容和方法等方面做了较大调整和创新[5]。其特点是题材精选，编排新颖，融合无机、分析和物化内容，减少了化学热力学、化学平衡、化学动力学的多次重复，适当增加化学学科的前沿进展。全书首先阐述原子、分子结构和化学键，一开始就通过微观理论提示初学者化学是一门(在原子、分子和离子层次上)研究物质的组成、结构、性质及其相互变化规律的一门科学。之后讲述物质状态和性质、热力学基本定律等宏观理论及在化学中的应用，研究化学反应的能量效应、方向判断和限度等基本问题。统计热力学沟通微观粒子与物质宏观性质的关系。在系统介绍微观、统计和宏观理论后，展开与化学平衡有关的实际问题，如溶液、化学平衡(含酸碱平衡和容量分析、沉淀平衡和重量分析)、相平衡(相图分析)、氧化还原平衡(电化学和分析)、表面吸附平衡、配位平衡。化学动力学设有专章，按族的次序讲述元素及其化合物的性质和应用，运用化学理论进行分析与比较。该书既适用于化学专业，也可用作生命、地球、环境、医学、材料等专业的基础化学教学。

常教常新精编《物理化学》

具体处理上则有平衡态唯象热力学以四条基本定律与基本方法为核心，重点处理系统，将电化学热力学与表面热力学作为热力学延伸。统计热力学以统计系综为基础，紧密与唯象热力学相结合并使之深化。以基元反应观点组织化学动力学教学内容，适当增加微观反应动力学、电极过程动力学、现代光化学与光电化学。简要介绍当前新领域的发展，如化学振荡、化学混沌、选键化学、分子设计与组装化学以及纳米化学。开拓学生的眼界,增强理论意识与应用意识。此外，上世纪还有一批物理化学专题教材相继问世。如60年代科学出版社一套化学经典著作，包括化学热力学导论(傅鹰)、统计热力学及其在物理化学中的应用(唐有琪)、电解质溶液理论导论(黄子卿)等。80年代田昭武主编的大学化学疑难辅导丛书(福建科技出版社)，包括化学反应速率、化学统计、化学平衡等分册。唐敖庆主编的近代化学原理丛书(吉林人民出版社)，有化学动力学导论、催化作用原理导论、统计热力学、光化学等多部著作。90年代北京大学出版社的物理化学丛书一套九本教材。陈洪渊主编的21世纪化学原理丛书(化工出版社)也已出版了电化学、胶体化学、界面化学、光化学等最新教材。因此，有理由相信，随着一批批高水平教材的问世，我国的物理化学教学与改革的步伐将进一步加快，并推动化学基础课程体系和内容的不断创新。