燕 音，阿里木江·艾拜都拉，帕提曼·尼扎木丁

(1 喀什大學化學與環(huán)境科學學院，新疆 喀什 844006；2 新疆大學化學化工學院，新疆 烏魯木齊 830046)

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少數(shù)民族地區(qū)大學化學熱力學部分的教與學

燕 音1，阿里木江·艾拜都拉1，帕提曼·尼扎木丁2

(1 喀什大學化學與環(huán)境科學學院，新疆 喀什 844006；2 新疆大學化學化工學院，新疆 烏魯木齊 830046)

以喀什大學為例，從化學專業(yè)本科民、漢族學生學習《物理化學》課程過程中，化學熱力學部分的教學現(xiàn)狀和存在的問題出發(fā)，分析問題產(chǎn)生的原因。針對存在的問題，在教學中結合學生生活中的實例，提高學生學習興趣；同時采取模塊化教學，歸納整理了化學熱力學中理想氣體、相變和化學反應各個過程適用的公式，便于教學過程中學生認識和理解，取得了一定的教學效果。

喀什大學；化學熱力學；理想氣體；相變；化學反應；公式

物理化學作為四大化學之一，是高校諸多化學及相關專業(yè)本科生的一門專業(yè)基礎課，它橫跨數(shù)、理、化三大學科，是化學和物理學的交叉邊緣學科，學生在學習這門課程的時候，既要學習涉及化工過程和開發(fā)新過程的必備知識，為專業(yè)課的學習奠定理論基礎，又要學習分析、歸納、演繹、推理等科學方法，獲得數(shù)學運算、圖解分析和實驗操作的嚴格訓練[1]。物理化學課程理論性強，概念抽象，公式多且有其特定的使用條件，教與學的難度都非常大?；瘜W熱力學是物理化學中最早發(fā)展起來的一個分支學科, 構成物理化學的三大理論支柱之一[2]。目前，本科物理化學教材中化學熱力學部分所占比重較大，在歷年的教學中發(fā)現(xiàn)，學生對這部分知識的掌握并理想，究其原因，重要的一條是這部分內(nèi)容公式多、狀態(tài)多，并且各公式之間互相聯(lián)系十分類似，因而記憶時特別容易混淆，從而導致理解和應用的障礙。

本文以地處祖國邊陲的喀什大學化學專業(yè)為例，分析少數(shù)民族地區(qū)物理化學課程中化學熱力學部分的教學現(xiàn)狀及問題，分析原因，為了在教學中讓學生對不同過程適用公式有較為清晰地認識和理解，本文從教學內(nèi)容出發(fā)，針對不同的熱力學過程，總結了各過程適用的公式，取得了較好的教學效果。

1 化學熱力學部分教學的現(xiàn)狀和問題

1.1 學生基礎知識薄弱

喀什大學位于新疆喀什市，前身為喀什師范學院，是一所民漢合校、以少數(shù)民族學生為主的高校，生源主要來自邊遠的鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村，錄取分數(shù)線遠低于其他兄弟院校。鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村學校師資力量薄弱，造成學生對化學基礎知識的學習和掌握，既不夠扎實又缺乏一定的系統(tǒng)性和完整性。同時，沒有養(yǎng)成良好的學習習慣，進入大學后，雖然對無機化學、有機化學等課程進行了系統(tǒng)的學習，但是由于基礎知識掌握不牢固，部分學生畏難怕險，對物理化學課程心存恐懼。

1.2 化學熱力學部分難度大，易混淆

物理化學課程使用國家級規(guī)劃教材南京大學傅獻彩等編著的《物理化學》第五版教材，對少數(shù)民族學生施行全面漢語授課，由于物理化學課程獨具典型的學科特點，加之學生漢語基礎差，學科基礎較薄弱，使部分學生感到學習困難。同時，熱力學部分是公認的物理化學課程中難學的部分，一是對熱力學的一些概念和理論感到難于理解；二是對熱力學理論精髓的把握，尤其是對各種熱力學條件下熱力學函數(shù)的計算及其應用的把握朦朦朧朧[3]，很多學生在學習了一段時間化學熱力學內(nèi)容后反映：課堂講授內(nèi)容都能聽懂，但課下學習比較吃力，對理論知識的理解似是而非，很多同學無法單獨完成課后習題。

2 化學熱力學部分教學改革的措施和實施

2.1 樹立學習信心，提高學生學習興趣

如何在教學中激發(fā)學生的學習興趣，喚醒學生的求知欲，是保證物理化學課堂教學質(zhì)量的關鍵因素[4]。學不好物理化學的原因主要是學習態(tài)度不端正、學習方法不當或付出的努力不夠造成的。通過引導和鼓勵，使學生消除畏難心理，樹立起學好物理化學的信心。在教學過程中，結合新疆本地特色，精心設問，大膽類比，通過通俗易懂的例證，讓學生輕松掌握理論知識的同時，提高學生學習物理化學的興趣。例如在解釋“因為ΔU=QV, ΔH=Qp,所以QV、Qp是特定條件下的狀態(tài)函數(shù)”[5]時，給學生舉例：十個甜瓜和十個西瓜，數(shù)值相等，并且都是瓜，但能不能說甜瓜就是西瓜呢？通過這個淺顯易懂的類比讓學生理解ΔU與QV，ΔH與Qp只是數(shù)值相等而本質(zhì)不同，所以QV、Qp不是特定條件下的狀態(tài)函數(shù)。解釋熱力學第三定律[5]：“在0 K時，任何完整晶體的熵等于零?！睘榱吮阌趯W生理解完整晶體，先復習熵的概念：熵是體系混亂度的量度，熵值小的狀態(tài)對應比較有序的狀態(tài)；熵值大的狀態(tài)對應比較混亂的狀態(tài)。設問：熵等于零的狀態(tài)是什么樣的狀態(tài)呢？非常有序的狀態(tài)。進一步例證非常有序的狀態(tài)：星球大戰(zhàn)電影中大批機器人出廠的場景，每個機器人都長得一樣，相鄰機器人之間的間隔都一樣，從任何角度看機器人排列都非常整齊。通過設問、例證加深學生對熵的統(tǒng)計意義和熱力學第三定律的理解。

2.2 采用模塊式教學法，幫助學生理順知識脈絡

模塊式教學法主要是通過從點到面的網(wǎng)絡化知識模塊的建立過程，來實現(xiàn)教學目標。該法不僅適合新課內(nèi)容的教學，也特別適合知識點歸納、章節(jié)復習及課程的系統(tǒng)復習[6]。如學習完有關熱力學函數(shù)的計算時，針對學生對各個熱力學過程界定不清，公式適用范圍混亂問題，可分別歸納出各種熱力學函數(shù)如體積功等的求算途徑、使用的公式以及它們之間的定量關系。本文將熱力學第一定律和第二定律部分中涉及的熱力學過程主要分為：理想氣體過程、相變過程和化學反應過程，在這三大類基本過程的基礎上，將不同的過程條件下由熱力學基本公式派生出的熱力學公式進行分類[5,7-8]。

2.2.1 理想氣體過程

將理想氣體物理狀態(tài)變化過程分為等溫過程、等壓或等容的變溫過程及絕熱過程三個一級過程，每個一級過程又分為幾個相應的二級過程，見表1。

表1 理想氣體相關過程公式

續(xù)表1

絕熱過程(一般為p、T、V三個量都變)Q=0W=ΔU=nCVm(T2-T1)ΔH=nCpm(T2-T1)=ΔU+Δ(pV)=ΔU+nRΔT絕熱可逆過程γ=Cp/Cv,pVγ=常數(shù),p1-γTγ=常數(shù),TVγ-1=常數(shù),ΔS=QRT=0W=ΔU=nRγ-1(T2-T1)=nCVm(T2-T1)ΔH=nCpm(T2-T1)=ΔU+nRΔTΔG=ΔH-nSθm(T2-T1),ΔA=ΔU-nSθm(T2-T1)等外壓絕熱不可逆過程ΔH=0W=-p外(V2-V1)=nCVm(T2-T1)ΔS=nCVmlnT2T1+RTlnV2V1=nCpmlnT2T1+RTlnp2p1絕熱自由膨脹(不可逆)Q=0,W=0 ∴ΔU=0 ∴T不變 ∴ΔH=0 ∴此過程與等溫自由膨脹相同

從相同始態(tài)經(jīng)等溫可逆膨脹、自由膨脹、恒外壓等溫膨脹、絕熱自由膨脹至相同外壓(或體積)可達到相同的終態(tài)，所有狀態(tài)函數(shù)的改變量相同，所以公式ΔG=ΔH-(T2S2-T1S1) 、ΔA=ΔU-(T2S2-T1S1)用得較少。

2.2.2 相變過程

相變過程一般在等溫等壓的條件下進行，可把相變過程分為可逆相變(即在融沸點等正常相變點發(fā)生的相變過程)及不可逆相變，見表2。

表2 相變過程相關公式

等壓條件下發(fā)生的不可逆相變的計算也可以推廣到任何不可逆相變，通過設計過程的思路，將之與相關可逆相變建立聯(lián)系，將一個不可逆過程拆分成若干簡單過程，分別進行計算。

2.2.3 化學反應過程

化學反應過程分為298K、pθ下化學反應過程、pθ、任意溫度下等溫反應過程及pθ、非等溫反應過程，見表3。

表3 化學反應過程相關公式

表3首先介紹了如何計算298K、pθ下化學反應過程中相關狀態(tài)函數(shù)，繼而推廣到pθ、任意溫度下等溫反應狀態(tài)函數(shù)計算，學生在學會這兩個過程相關計算的基礎上，再次進行推廣至pθ、非等溫反應。表2及表3體現(xiàn)了學習物理化學過程中，一個非常重要的處理熱力學問題的能力——設計過程。

3 教學改革的幾點成效

通過上述措施和對策的實施，感到學生學習興趣有了明顯的提高，教學效果有了明顯改善，學生的專業(yè)知識較之前扎實了。歷年物理化學理論課程教學過程中，在進行熱力學學習之前就將該表格發(fā)給學生，讓學生在學習過程中逐漸認識不同的過程及適用公式，對理解不同過程和明確公式使用條件有一定的輔助作用，受到了學生的好評，在為學生以后其它課程的學習奠定了良好基礎。近幾年，喀什大學化學專業(yè)民、漢班級物理化學上冊期末考試成績合格率均在90%以上，優(yōu)秀率達10%。

4 結 語

作為一名物理化學教師，應當積極思考如何在物理化學教學寓教于樂，注重思維方法、學習方法的傳授，不斷提高自身素質(zhì)，積極挖掘課程資源，鉆研教材；平時應注意搜集素材，在適當時候在課堂上引入生產(chǎn)生活實例或?qū)W科前沿，通過設問、類比等方法，運用生動的語言，激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和解決實際問題能力，提高課堂教學效果。

[1] 胡愛珠,楊建平,仇丹,等.培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維能力的物理化學教學探討[J]. 寧波工程學院學報,2012,24(2):97-100.

[2] A G Whittakerm, A R Mount, M R Heal.Physical Chemistry[M].Bios Scientific Publishers Limited, 2001: 27.

[3] 劉光燦. 物理化學中化學熱力學的教與學[J]. 中國校外教育,2011(12):174-175.

[4] 湯宏偉,鄭立慶,白建峰. 物理化學教學中激發(fā)學生學習興趣的幾點嘗試[J]. 安陽工學院學報,2010(04):103-104.

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[6] 張保安. 物理化學教學中激發(fā)學生學習興趣的方法和體會[J]. 新課程研究(中旬刊),2009(08):87-89.

[7] Peter Atkins,Julio De Paula.Atkins’ Physical Chemistry(seventh edition) [M].高等教育出版社,2007:56-201.

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Teaching Reform and Practical Exploration in Chemical Thermodynamics of Physical Chemistry Course in Ethnic Minority Area University

YANYin1,ALIMUJIANAbaydulla1,PATIMANizamidin2

(1 College of Chemistry and Environmental Science, Kashgar University, Xinjiang Kashgar 844006; 2 College of Chemistry and Chemical Engineering, Xinjiang University, Xinjiang Urumqi 830046, China)

The problems existing in chemical thermodynamics teaching of physical chemistry course of Kashgar University were analyzed, and how to reform it was discussed in several aspects. In view of the existing problems, the practical examples in the progress of teaching were combined to improve students’ interest in learning.At the same time, adopted modular teaching and all related formulae in the ideal gas, phase transformation and chemical reaction process were summarized, hoped it will be convenient for students to comprehensive and grip.

Kashgar University; chemical thermodynamics; ideal gas; phase transformation; chemical reaction; formulae

燕音(1979-)，女，講師，主要從事物理化學教育。

O642.1

A

1001-9677(2016)021-0162-04