物理化学中的科学思维方法及其在教学中的应用|物理化学知识点总结

　　物理化学是一门理论化学，其涉及的内容多、公式多、条件多、概念抽象等特点，使学生学习起来枯燥无味。为此，在教学中，为激发学生学习物理化学的兴趣，必须让学生了解这门学科中所包含的科学的思维方法，培养学生创造性思维能力，发现问题、分析问题、解决问题能力，以提高学生素质，培养出合格人才。
　　物理化学 科学思维方法 创造性思维
　　物理化学是综合院校化学、生物、食品、制药以及环境工程等专业的一门重要的基础理论课，又叫理论化学，被称为“化学的灵魂”。其目的是在已学过的先行课程基础上，运用物理和数学的有关理论与方法，进一步研究物质化学运动的普遍规律，对化学运动的一般规律，从理论上给予更深刻、更本质的说明。因此说，物理化学是一门难教、难学的课程。为此，在教学中，为激发学生学习物理化学的兴趣，必须让学生了解这门学科中所包含的科学的思维方法，培养学生创造性思维能力及发现问题、分析问题、解决问题能力。
　　一、以直觉、想象为主的思维方法
　　直觉思维是指不受某种固定的逻辑规则约束而直接领悟事物本质的一种思维方式，是主动的体会观察，思索理解。直觉是在科学发现和技术发明过程中产生新思想、新概念和形成新假说、提出新模型的基本途径之一。热力学一、二定律就是人类在探索自然规律的过程中，对其直接领悟后凭直觉发现的原理。原理就是自然界变化的基本规律，它是人类根据丰富的实践经验凭直觉，通过归纳的方法，即从特殊到一般的思考过程中得出的，它不能从其它更普遍的定律推导出来，即原理是不能用推导、演绎的方法得出。物理化学对这两个原理的证明也是依靠自身，用反证法证实它们的客观性，即物理化学中蕴涵着一种重要的思维方式就是逆向思维。如热力学第二定律有两种说法，一种是克劳修斯说法：“不可能把热从低温物体传给高温物体，而不产生其他影响。”另一种是开尔文说法：“不可能从单一热源吸取热量使之完全转变为功，而不引起其它变化。”这两种说法不同，但本质是一样的。很难找到一种方法证明一个过程既服从克劳斯说法又服从开尔文说法。但通过逆向思维从反方向击思考，证明一个过程若不服从克劳修斯说法，也必然不服从开尔文说法。为此，在物理化学的教学中，应当向学生指明：得出原理没有逻辑过程，不必寻求它的推导，它也没有推导、演绎过程。爱因斯坦说过“只有通过那种以对经验的共鸣的理解为依据的直觉，才能得到这些定律”。
　　想象是在联想的基础上加工原有意象而创造出新意象的思维方式。发现原理只能靠大胆地想象、猜想，甚至是异想天开的幻想。物理化学中经常用到科学的想象，这为培养学生丰富的想象能力提供了机会。创造科学理论的过程，想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着自然界的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。
　　二、以逻辑思维为主的创造性思维
　　物理化学中的许多结论，是在自由假定下，运用基本概念和原理、经逻辑演绎得出结论。在教材中占据大量篇幅，在教学中要让学生了解以下几点。
　　首先，从运用原理到得出结论，是从一般到特殊的过程，通过演绎得出结论。这种演绎过程对学生如何进行逻辑推理，辨证思维是极好的典范。在演绎过程，人们必须具有丰富的知识，有综合运用各种知识的能力。它不同于纯粹的数学逻辑，它在推导的每一步，都以经验事实为依据，具有明确的物理意义。如热力学两大定律是在归纳和总结人类经验和科学实验的基础上得出来的；而焓是以第一定律为基础通过演绎而得，同样，亥姆霍兹函数和吉布斯函数是通过联合应用第一和第二定律演绎出来的。在教学中，尽管结论产生的演绎过程不要求学生掌握，但要求学生很好地理解演绎过程，熟悉结论产生的思维方法，会对学生产生较深远的影响。
　　其次，演绎得出的结论是否正确，要由观察的经验事实裁决，即实践是检验真理的标准。在已有知识的基础上进行有计划的实验可以检验结论，根据实验可以归纳出若干经验定律，再通过思维、判断和推理，提出假说或建立模型以说明现象发生的原因。根据假说可以进一步预测新的性质和规律，并有针对性地设计新的科学实验。如果这些推论以及新的实验结果被观察事实所证实，那么假说就成为公众所能接受的理论。如在热力学理论中，以理想气体为模型，推出的气体、液体、溶液及固体的化学势公式就是热力学的结论，它被化学变化，生理变化中许多事实所证实，因而证实了热力学的出发点是正确的。因此，让学生明白：发现原理靠直觉，得出结论靠演绎，而检验理论用实验方法，也是直觉方法。
　　最后，客观事物之间具有普遍关联性。类比就是在这一基础上，对具有类似或同一性的两类对象的联想和比较，又称作类比推理。物理化学教学中体现出的类比方法主要有两个方面，一是本学科知识点之间的类比，二是与其他学科的类比。比如热力学、动力学、相平衡、界面现象、电化学等章节陆续出现五个形式非常接近的公式，如化学反应等压方程、克-克方程，阿累尼乌斯方程、能斯特方程和开尔文方程。这些公式的相似性必然是建立在客观世界各种现象的普遍联系的基础之上的。通过比较，找出共同点和关联性，既加深对物理化学本学科知识点的理解，也使学生对自然规律的普遍适用性有了更深入的认识。
　　三、问题是新理论的先导
　　任何理论都不可能具有终极的意义，永远不会是最后的定论。比如，表面现象中的几个吸附理论，就说明理论需要发展和完善。这种发展和完善，靠善于提出问题，提出新问题，从新的角度去看旧问题。提出问题是科学向前发展的第一步。在教学中，就一个理论与另一个理论的衔接关系，向学生指明：新问题和新想法是后续课理论的先导。如热力学第一定律解决了自然界一切事物变化过程的能量转化问题，那么我们应该马上想到事物的发展有没有方向和限度，这就是问题，由此就有了热力学第二定律，但有人将其错误地扩展到宇宙，去预言自然界的演化方向，结果得出令人可悲的结论：宇宙“热寂论”。自然界的演化方向到底是越来越有序还是越来越无序？这一问题的提出，导致一个划时代意义的理论即耗散结构理论的出现，由它统一了热力学第二定律和达尔文理论，解释了自然界的演化方向问题。
　　综上所述，以物理化学理论的发展为典范，注意培养学生创造性思维能力和提出问题的习惯十分重要。在逻辑思维的基础上发挥多元化的思维技巧，只有这样，才能使学生既有合理的知识结构，又有合理的能力结构，才能真正实现物理化学的教学目标标，才能真正满足现代社会对人才培养的需要。提出一个问题比解决一个问题更重要。解决一个问题靠技术，而提出一个问题要发挥人的想象力，它才是科学发展的源动力。
　　参考文献：
　　[1]傅献彩，沈文霞，姚天扬.物理化学(第五版)[M].北京：高等教育出版社，2006.
　　[2]国家教委社科司组编.自然辩证法概论(修订版)[M]．北京：高等教育出版社，2001.
　　基金项目：西北农林科技大学教学改革项目（JY0902082）。