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        歸納式教學(xué)法在物理化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

        2018-08-15 18:25:22常焱瑞張莉莉
        文理導(dǎo)航 2018年8期
        關(guān)鍵詞:物理化學(xué)課堂教學(xué)

        常焱瑞 張莉莉

        【摘 要】針對(duì)物理化學(xué)理論性強(qiáng),抽象概念多、公式繁瑣、學(xué)習(xí)和教學(xué)難度大的特點(diǎn),本文以南京大學(xué)第五版《物理化學(xué)》教材為例,結(jié)合課堂教學(xué)實(shí)踐,簡(jiǎn)要談?wù)剼w納式教學(xué)法在物理化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。歸納式教學(xué)有利于發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性,對(duì)章節(jié)內(nèi)容整體把握,使之形成一條完整的知識(shí)鏈,同時(shí)也鍛煉了學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力,激發(fā)靈感形成創(chuàng)造性的思維和發(fā)現(xiàn),有效提高物理化學(xué)課堂教學(xué)的效率。

        【關(guān)鍵詞】歸納式;物理化學(xué);課堂教學(xué)

        物理化學(xué)是從物質(zhì)的物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象的聯(lián)系入手,來(lái)探求化學(xué)變化基本規(guī)律的一門科學(xué),簡(jiǎn)言之,“用物理的手段研究化學(xué)的規(guī)律”,是化學(xué)化工學(xué)院各專業(yè)要求的專業(yè)必修課程,也是化學(xué)學(xué)科以及在分子層次上研究物質(zhì)變化的其他學(xué)科的理論基礎(chǔ),具有理論性強(qiáng)、抽象概念多、公式推理繁雜、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn),與化學(xué)其他基礎(chǔ)學(xué)科相比,無(wú)論是教還是學(xué),難度明顯加大。

        傳統(tǒng)的物理化學(xué)課堂教學(xué)以演繹法為主,在這種教學(xué)過(guò)程中,學(xué)生所接受的知識(shí)往往是以定論的形式呈現(xiàn)出來(lái)的普遍真理,學(xué)生所要做的就是接受而非質(zhì)疑,是利用這些原理、公式、定律去解決問題,而非發(fā)現(xiàn)問題,即使能夠理解概念、理論,大多也只是一堆枯燥的文字和公式,學(xué)生只能被動(dòng)接受。演繹法有利于提高學(xué)生的分析、解決問題的能力,但不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。而物理化學(xué)的教學(xué)本質(zhì)是不僅能使學(xué)生獲取解決問題所需要的基本概念、基本理論和基本的技能,更重要的是能夠培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。歸納式教學(xué)有利于發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性,對(duì)章節(jié)內(nèi)容整體把握,形成一條完整的知識(shí)鏈,同時(shí)也鍛煉了學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力,激發(fā)靈感形成創(chuàng)造性的思維和發(fā)現(xiàn),能夠有效的提高物理化學(xué)課堂教學(xué)的效率。本文以傅獻(xiàn)彩先生主編的《物理化學(xué)》第五版教材為例,結(jié)合課堂教學(xué)實(shí)踐,簡(jiǎn)要談?wù)剼w納式教學(xué)法在物理化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。

        1.理清章節(jié)脈絡(luò),抓住主要矛盾

        作為教學(xué)活動(dòng)的媒介,教材對(duì)教學(xué)活動(dòng)具有重要的導(dǎo)向作用,然而傳統(tǒng)的教科書編寫幾乎采用的都是演繹式,演繹的方法只能驗(yàn)證真理而不能發(fā)現(xiàn)真理,運(yùn)用演繹法培養(yǎng)起來(lái)的演繹思維,只能進(jìn)行模仿,而難以進(jìn)行創(chuàng)造。而在教學(xué)實(shí)際中,教師無(wú)需嚴(yán)格按照教材編寫順序講解,總體上以學(xué)生思維為導(dǎo)向,明確主線,順藤摸瓜,使學(xué)生循序漸進(jìn)的深入課堂,這有利于幫助學(xué)生形成思維的系統(tǒng)性,更好的達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

        以第三章“熱力學(xué)第二定律”內(nèi)容為例,本章一共分為17小節(jié),結(jié)合本校學(xué)生實(shí)際情況,除去帶星號(hào)的3節(jié),還需學(xué)習(xí)14節(jié)內(nèi)容,對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)內(nèi)容較為繁重。在新課學(xué)習(xí)之初,首先給學(xué)生展示本章脈絡(luò)(圖1)。

        本章內(nèi)容雖然較多,但實(shí)際上主要圍繞三大模塊(圖1),且三部分層層遞進(jìn),由分到總,其中第一模塊“狀態(tài)函數(shù)S、G、A的概念及變化值的計(jì)算”是本章重點(diǎn),主要涉及3.1-3.5,3.7-3.10,3.12,3.14共11小節(jié),可以說(shuō)是本章的核心內(nèi)容;第二模塊“過(guò)程可逆性的三大判據(jù)”實(shí)際上是對(duì)第一部分的總結(jié)和應(yīng)用,只有熟練掌握了各種過(guò)程中ΔS、ΔG、ΔA的計(jì)算方法,才有可能將其應(yīng)用于實(shí)際來(lái)判斷該過(guò)程是否自發(fā);第三模塊“熱力學(xué)基本方程式及其推論”是對(duì)熱力學(xué)第一、二定律的聯(lián)合應(yīng)用,講述熱力學(xué)的狀態(tài)函數(shù)內(nèi)能U、焓H、熵S、Helmholtz自由能A、Gibbs自由能G、壓力p、溫度T和體積V之間的關(guān)系,是對(duì)前兩章的總結(jié)。

        理清章節(jié)思路后,課堂講授無(wú)需嚴(yán)格按照教材編寫順序。可首先講解熵的引入(3.1-3.4)、接著熵變的計(jì)算(3.7)、熵增加原理(3.5)、熵的微觀意義(3.8和3.9),最后通過(guò)熱力學(xué)第三定律引入規(guī)定熵這個(gè)概念(3.14),至此,熵函數(shù)的內(nèi)容全部講授完畢,遵循由易到難,由宏觀到微觀,既容易理解又幫助區(qū)分。接下來(lái)是有關(guān)Helmholtz自由能和Gibbs自由能的概念和ΔG的計(jì)算(3.10、3.12),然后進(jìn)行“過(guò)程可逆性的判據(jù)”(3.11),對(duì)前一部分內(nèi)容的小結(jié)有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)中整體把握。最后是“熱力學(xué)基本方程及其推論”,具體涉及教材的3.6和3.13節(jié),將熱力學(xué)第一定律和第二定律聯(lián)合應(yīng)用,幫助學(xué)生總結(jié)和回顧熱力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容,更加有利于培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)、科學(xué)的思維。

        與此類似的本教材第四章“多組分系統(tǒng)熱力學(xué)及其在溶液中的應(yīng)用”章節(jié)脈絡(luò)見圖2。此處不再一一贅述。

        2.總結(jié)歸納,由此及彼

        以第三章的熱力學(xué)基本關(guān)系式及其推論為例,說(shuō)明在課堂講授中如何應(yīng)用總結(jié)歸納的方法幫助學(xué)生快速有效的記憶相關(guān)公式。

        本小節(jié)公式多達(dá)20個(gè),以Maxwell關(guān)系式尤為繁瑣難記:

        (2.1) (2.2)

        (2.3) (2.4)

        但若掌握了熱力學(xué)四個(gè)基本關(guān)系式:

        不難發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律:

        其中同號(hào)為正,異號(hào)為負(fù)。如公式2.5中T、p分別為偏微分dS、dV的系數(shù),且兩項(xiàng)的符號(hào)相反,套用公式2.9,即可得到公式2.1。其余公式可請(qǐng)讀者自行試之。

        3.順藤摸瓜,理清來(lái)龍去脈

        以第十章“電解與極化作用”中超電勢(shì)的計(jì)算為例,在教學(xué)過(guò)程中,總有同學(xué)混淆陰陽(yáng)兩極的超電勢(shì)。實(shí)際上,只要深刻理解“極化作用使陰極電勢(shì)更負(fù),陽(yáng)極電勢(shì)更正”和“超電勢(shì)是指電極電勢(shì)超出平衡態(tài)的差值,其結(jié)果總為正值”這兩句話,不難將二者區(qū)分開。

        極化作用后,陰極上電極電勢(shì)更負(fù),即φ(不可逆)<φ(可逆),故:

        (2.10)

        陽(yáng)極電極電勢(shì)更正,即φ(可逆)<φ(不可逆),故:

        (2.11)

        類似的還有熱力學(xué)中熵變的計(jì)算,熵變的計(jì)算公式多種多樣,且不同的過(guò)程使用不同的公式,因而也是教學(xué)中的難點(diǎn),但其實(shí)熵變所有的公式都來(lái)源于其定義式:

        ,其中Q■指的是可逆過(guò)程的熱

        如理想氣體的等溫可逆膨脹或壓縮過(guò)程:等溫pVT變化,理想氣體的內(nèi)能僅是溫度的函數(shù),所以內(nèi)能不變?chǔ)=0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W,且本身是可逆過(guò)程,無(wú)需另

        外設(shè)計(jì),有 ,

        所以熵變 。而對(duì)于理想氣體的等容變溫的可逆過(guò)程中,因?yàn)槭堑热葸^(guò)程,所以體積功W=0,Q=ΔU,根據(jù)pVT變化中

        即可得出 。

        以上只是筆者在教學(xué)實(shí)踐中的一點(diǎn)心得體會(huì),物理化學(xué)是一門博大精深的學(xué)科,如何教好、學(xué)好物理化學(xué),并將其靈活運(yùn)用于實(shí)際,還需在今后的教學(xué)中不斷摸索,總結(jié)提高。

        【參考文獻(xiàn)】

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        [3]徐光憲.我對(duì)素質(zhì)教育的認(rèn)識(shí)[J].大學(xué)化學(xué),2004.19(3):1-8

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        [5]歐曉霞,張鳳杰,那立艷.物理化學(xué)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[A].創(chuàng)新教育國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].2012

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