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物理化学V1.0:带你从本质角度学透物理化学

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2026-10-30 12:00:00
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今年决赛期间,我首次将浙江大学彭笑刚教授撰写的《物理化学教程》(为方便,下文均简称《教程》)用在物理化学的教学中来。在授课过程中,我学习彭笑刚教授从分子图像入手,严抓物理化学中所遇到的核心概念与物理模型,力求让学生真正理解公式背后的物理意义,而不是机械地套用与记忆。 那么我为什么在众多物理化学教材中,却唯独相中了这本书。先谈谈我对这本书的理解,在此之前,我也在一定程度上拜读了Atkins和fxc,但是这两本书都存在一个共同点就是,过于注重数学,与其说其是一本物理化学类教材,不如说它是数学物理在化学中的应用更为贴切。而且在热力学中,这两本书都更为关注物理中的热机学说,但是化学研究中,更为关注的是分子水平的微观图像,在这一尺度上,统计热力学反而更应在物理化学的学习中占据主要地位,当从统热的视角理解了分子图像之后,在日后将研究对象外延至宏观化学系统中时,才会显得游刃有余,这也就是我选择使用《物理化学教程》作为授课参考资料的主要原因。 彭笑刚教授的《教程》(以及此前广受好评的《物理化学讲义》)的一个核心思路,是把宏观化学的基本理论框架——热力学——建立在原子分子水平之上。传统教材受历史影响,保留了较多“热机时代”的痕迹,学生往往只会套公式计算,却缺乏“分子图像”,对基本原理的理解流于表面。彭教授的教材则另辟蹊径:先简述量子化学对单个原子、分子能级结构的处理,再利用统计热力学的基本原理,从量子化的能级出发,导出宏观系统的三个基石性概念——能量、熵、温度,以及一条基本定律——熵增加原理,从而建立起“分子图像的热力学”。 在我这一年教学过程中,物理化学这个模块给我带来的最大感悟就是,理解公式背后的本质远远比记住这些公式更加重要,不论是我自己在物理化学的学习中,还是我在给学生讲课的过程中,我都时刻在践行这一点。在每次开始给新的一批学生讲物理化学时,我每次提及的第一句话就是:“我讲物理化学你们唯一需要的数学基础就是高中数学和基础微积分,而书中那几百个物理化学公式,真正需要记忆的就只有那么几个,其他的都可以由这几个基本公式里推到得来。” 这本书的体系与国内传统教材差异较大,初期部分学生不适应,习惯了“定义—公式—例题”的模式,面对需要主动构建分子图像的学习方式感到吃力。这提醒我,推广这种教学理念需要配套的引导和过渡。但坚持一个月后,多数学生反馈:物理化学不再是杂乱公式的堆砌,而是一个逻辑自洽、图像清晰的统一理论。还有学生在与我聊天过程中直呼:“以前不理解的东西,听完课后完全理解了,像极了吃附魔金苹果。”——这样的反馈,是对教学者最大的慰藉。 彭笑刚教授在《物理化学讲义》后记中写道,他希望教材能“突破传统,耳目一新,开阔思维”。这次教学实践使我深刻认识到,一本好教材对教与学的巨大影响。物理化学并不遥远,也不神秘,它就存在于每一个分子的振动、每一次反应的碰撞之中。我们的任务,是帮助学生“看见”这个微妙的分子世界,进而真正掌握理解与改造这个世界的化学语言。今后,我将继续深入研读彭教授的著作,不断从中汲取营养,并综合自己新的理解与体会,把这种“图像化、模型化、定量化”的教学理念,更多地融入今后的教学中。
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