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        淺談物理化學(xué)教學(xué)中的“點線串聯(lián)法”

        2017-03-22 10:51:15趙樸素宋潔李喬琦
        教育教學(xué)論壇 2017年12期
        關(guān)鍵詞:基本概念物理化學(xué)邏輯推理

        趙樸素+宋潔+李喬琦

        摘要:本文介紹了“點線串聯(lián)法”在物理化學(xué)不同層次教學(xué)中的應(yīng)用情況.此法可幫助學(xué)生掌握物理化學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性和邏輯性,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率.

        關(guān)鍵詞:物理化學(xué);教學(xué)過程;基本概念;邏輯推理

        中圖分類號:G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)12-0200-02

        物理化學(xué)是化學(xué)類相關(guān)專業(yè)的一門基礎(chǔ)主干課程,其中涉及諸多抽象概念和煩瑣公式及其推導(dǎo),因而許多學(xué)生不喜歡物理化學(xué)[1-3].另外,隨著物化課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的不斷深入,研究對象的涵蓋范圍越來越大,而教師又不注重講解各章節(jié)研究內(nèi)容之間的聯(lián)系.這時,學(xué)生就會感覺學(xué)習(xí)內(nèi)容零散,沒有主線,以致學(xué)習(xí)毫無重點和樂趣.那么,如何在教學(xué)過程中幫助學(xué)生們知曉所學(xué)知識內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相關(guān)性、完整性、系統(tǒng)性和邏輯性,并快速記憶所學(xué)知識,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物化的興趣,就成為物化教師需要思考的問題.針對上述問題,筆者采用以下的“點線串聯(lián)法”加以解決.

        一、各章節(jié)內(nèi)容之間的“點線串聯(lián)法”

        對于師范類學(xué)生,我們選用傅獻(xiàn)彩先生等編著的《物理化學(xué)》[4]作為主要參考教材進(jìn)行授課.由于課時限制,“統(tǒng)計熱力學(xué)”一章不講.然而,在多年的授課過程中,我們發(fā)現(xiàn),學(xué)生們都是孤立地學(xué)習(xí)各章內(nèi)容,對于各個章節(jié)之間的聯(lián)系模糊不清,因而,教學(xué)效果欠佳.為此,對于化學(xué)熱力學(xué)部分,我們從緒論課開始,在各章講授的過程中,帶領(lǐng)學(xué)生們認(rèn)真閱讀教材目錄,然后,以各章內(nèi)容的研究對象為“點”,以研究對象之間的相互拓展關(guān)系為“線”,將各章內(nèi)容串聯(lián)起來,讓學(xué)生們明白所學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性,從而抓住主要綱目,做到綱舉目張.

        二、單個章節(jié)中相關(guān)內(nèi)容之間的“點線串聯(lián)法”

        對于單個章節(jié)中相關(guān)內(nèi)容之間,我們也經(jīng)常使用“點線串聯(lián)法”.比如,“多組分系統(tǒng)熱力學(xué)及其在溶液中的應(yīng)用”一章中,化學(xué)勢的表達(dá)式涉及理想氣體及其混合物、非理性氣體混合物、理想液態(tài)混合物中任一組分、理想稀溶液中任一組分以及非理想液態(tài)混合物中各組分,這些內(nèi)容對于剛接觸到“化學(xué)勢”概念的學(xué)生來說,頭緒紛繁復(fù)雜,公式一個接一個,不知道應(yīng)該如何記憶.此時,我們使用“點線串聯(lián)法”,幫助學(xué)生理清思路,找出各個公式間的關(guān)系進(jìn)行學(xué)習(xí)和記憶.這

        4.理想稀溶液中,溶劑A服從Raoult定律,所以,溶劑A的化學(xué)勢表達(dá)式等同于理想液態(tài)混合物中化合物

        三、單個章節(jié)中某個知識點的“點線串聯(lián)法”

        物化教材的每個章節(jié)都含有多個知識點,有些知識點既是重點也是難點,此時的教學(xué)方法就變得很關(guān)鍵.例如,在講第三章“幾個熱力學(xué)函數(shù)間的關(guān)系”一節(jié)時,其中的4個“基本公式”、8個“對應(yīng)系數(shù)關(guān)系”和4個“Maxwell關(guān)系式”(也是教師們常說的“484公式”)在后續(xù)的證明題中很重要,需要學(xué)生們牢記.但是,許多學(xué)生看到偏微分方程就恐懼,因此,大多數(shù)同學(xué)都是死記硬背這些關(guān)系式,這種做法不僅學(xué)習(xí)難度大,而且學(xué)習(xí)效果差.這時,我們選用“點線串聯(lián)法”教學(xué),就可以幫助學(xué)生輕松學(xué)會推導(dǎo)并記住這些關(guān)系式.我們以第一個基本公式dU=TdS-pdV為“點”,以焓H、亥姆霍茲函數(shù)A和吉布斯自由能G的定義,以及狀態(tài)函數(shù)的全微分性質(zhì)為“線”,將其他所有的基本公式和Maxwell關(guān)系式輕松獲得.

        例如,首先掌握第一個基本公式dU=TdS-pdV的推導(dǎo):

        對于單組分系統(tǒng),根據(jù)熱力學(xué)第一定律dU=δQ+δW,在一個不做非體積功的可逆過程中,δQ=TdS,δW=-pdV,所以,dU=TdS-pdV.以此公式為“點”.

        然后,因為H=U+pV,且dH=dU+pdV+Vdp,所以 dH=TdS+Vdp

        同理,因為A=U-TS,G=H-TS,且dA=dU-TdS-SdT,dG=dH-TdS-SdT,可以得到:dA=-SdT-pdV和dG=-SdT+Vdp.

        搞懂了熱力學(xué)4個基本關(guān)系式的推導(dǎo),繼續(xù)以dU=TdS-pdV為例,就可以掌握8個對應(yīng)系數(shù)關(guān)系和4個Maxwell關(guān)系式的由來.

        第一步,對于基本關(guān)系式dU=TdS-pdV,它的2個對應(yīng)系數(shù)關(guān)系式推導(dǎo)如下:

        第三步,用類似的方法可以推導(dǎo)獲得其他6個對應(yīng)系數(shù)關(guān)系式和3個Maxwell關(guān)系式.

        至此,“484公式”全部得到.這個“點線串聯(lián)法”的所有過程,并不需要學(xué)生死記硬背,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率,有效地降低了其恐懼心理.

        總之,在整個物理化學(xué)教學(xué)過程中,為了貫徹對教材內(nèi)容“少而精和博而通”的教學(xué)思想,需要教師不斷地進(jìn)行教學(xué)方法研究.筆者的“點線串聯(lián)法”內(nèi)涵也有待進(jìn)一步地挖掘和完善.

        參考文獻(xiàn):

        [1]陳益山.物理化學(xué)教學(xué)改革探索:整合課堂內(nèi)外教學(xué)[J].化學(xué)教育,2015,36(2):19-22.

        [2]趙慧平,陳嶸.淺談物理化學(xué)教學(xué)過程中的愈講愈“精”[J].化學(xué)教育,2014,35(4):12-15.

        [3]李學(xué)峰,趙艷茹.案例法在物理化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].大學(xué)化學(xué),2012,27(5):14-16.

        [4]傅獻(xiàn)彩,沈文霞,姚天揚,侯文華.物理化學(xué)[M].第5版.北京:高等教育出版社,2005.

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