物理化學“實例化”教學模式的研究*

宋江鋒，胡拖平，安富強，酒紅芳，陳志萍

(中北大學理學院化學系，山西　太原　030051)

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物理化學“實例化”教學模式的研究*

宋江鋒，胡拖平，安富強，酒紅芳，陳志萍

(中北大學理學院化學系，山西太原030051)

物理化學課程內(nèi)容體系繁多、理論性強、概念抽象，導致學生學習難度大，積極性不高。為解決上述問題，作者特提出物理化學“實例化”教學模式，并提出實例化教學模式的六種途徑：(1) 抽象概念的關聯(lián)化、具體化；(2)要注重物理化學中的近似處理；(3)與實驗內(nèi)容相結(jié)合；(4)與科研實踐相結(jié)合；(5)與企業(yè)實際結(jié)合；(6)與日常生活相結(jié)合。通過“實例化”教學有助于讓學生實現(xiàn)物理化學理論、已學知識、實踐形成有效關聯(lián)，使抽象知識更加容易理解、學習及應用。

物理化學； 教學模式；實例化；學習興趣

物理化學是利用物理的原理和方法來探討化學過程中基本規(guī)律和基本原理的一門學科，是高等學?；瘜W教育的骨干課程[1-4]。物理化學涉及熱力學、動力學、化學平衡、相平衡、界面化學、膠體化學及量子力學和統(tǒng)計熱力學等內(nèi)容，是化學與化工、材料、成型加工、制藥、火炸藥、生物等學科的理論基礎，其重要性是不容置疑的。在我們學校學習物理化學的專業(yè)主要集中在材料學院，化工與環(huán)境學院以及理學院化學學科部。物理化學的學時從40學時到104學時，各個專業(yè)分布不同?，F(xiàn)如今，物理化學的教學模式主要采用的是講授式教學法，它重在教師講解，但是物理化學內(nèi)容體系繁多、理論性強、概念抽象、數(shù)據(jù)處理麻煩，同時涉及高等數(shù)學的相關知識，導致學生普遍反映該課程難懂，難學，課本知識和實際缺乏聯(lián)系，學生學習積極性不高，從而給學生的學習造成了很大難度。再考慮到開課時學生所具備的化學背景偏薄弱，導致物理化學的教和學十分困難?；谝陨系姆治觯覀兲岢隽宋锢砘瘜W“實例化”教學模式的教學方法。實例化教學模式的目的是把物理化學理論和實際存在的基礎概念、相關課程實驗內(nèi)容、科學研究、企業(yè)生產(chǎn)及日常生活實踐相聯(lián)系進而使得知識易于理解的一種教學模式。通過這種實例化教學模式讓學生了解知識學習的整體性和應用性，從而提高學習的積極性。如何有效實施“實例化”教學模式，我們主要從以下七種途徑進行分析、探索。

1　抽象概念的關聯(lián)化、具體化

抽象概念的關聯(lián)化，是把物理化學知識和實際生活中已有的概念進行對比、聯(lián)系，從而實現(xiàn)物理化學抽象概念的關聯(lián)化、具體化和實際化，從而把抽象的物理化學概念轉(zhuǎn)化成易懂的、具有實例的概念。由于物理化學課程固有的抽象性，一些核心概念的教學，還在采用抽象定義、數(shù)學公式、數(shù)值計算的模式，使得相關的概念、理論無法真正為學生所理解。因此，教師必須選取有利于學生理解和掌握的知識結(jié)構(gòu)和表達方式進行講述。例如，狀態(tài)是熱力學中的一個重要概念，但是狀態(tài)非常抽象，但是如果我們把狀態(tài)比作數(shù)學上坐標點，而描述狀態(tài)函數(shù)的物理量比作描述數(shù)學坐標，這樣就有效地把狀態(tài)進行關聯(lián)化。利用這樣的關聯(lián)可以有效的分清過程和途徑的區(qū)別；再如，熱力學能的概念，它不僅是“物理化學”教學的一個重點，還是物理化學教學的一個難點，熱力學能的絕對值不可求，但是相對值可求，熱力學能的這種特點非常類似我們所說的海拔高度，絕對海拔不可求，但是相對海拔可以知道。又如，化學勢的概念，這個概念定義非常抽象，在講這個概念時，我們可以先設問：“水為什么從高處流向低處?”，學生定會回答因為高處的水勢能高，勢能越高的物體越不穩(wěn)定，這時抓住時機引入化學勢的概念，強調(diào)物理化學中的化學勢和以前所學習的勢能相似，化學勢越高的相和物質(zhì)也越不穩(wěn)定。因此，物質(zhì)在相轉(zhuǎn)變和化學反應中會從化學勢高的相自發(fā)向化學勢低的相進行轉(zhuǎn)移。在教學過程中應該注重概念和已經(jīng)建立的概念進行關聯(lián)，特別是生活常識，從而使得抽象概念簡單化、形象化。

有一些抽象的概念不能進行簡單的關聯(lián)，但是我們可以通過具體的例子實現(xiàn)抽象概念的具體化。比如偏摩爾量，在講述這個概念時，我們可以通過簡單實驗來引入偏摩爾量的概念，比如，當一定量的水與乙醇進行混合時，混合前液體的體積之和與混合后液體的總體積存在偏差，即液體混合物的體積不再具有簡單的加和性，也就是摩爾體積在混合體系中不能使用，這樣便產(chǎn)生了偏摩爾體積的概念。以此類推，讓學生了解系統(tǒng)的廣度性質(zhì)都具有這樣的特點，從而把各種偏摩爾量引入到課堂中，但是系統(tǒng)的強度性質(zhì)不存在偏摩爾量概念。

2　注重物理化學中的近似處理

物理化學教學過程中，總是存在一些假想態(tài)或者理想態(tài)，讓學生覺得它太偏重理論，所學知識在實際中的應用會有很大的限制，從而產(chǎn)生厭學情緒。因此在實際教學中，要注重物理化學的近似處理，讓學生知道這些假想態(tài)涉及的概念、公式都可以在實際中用到。在教學過程中一定要引導學生理想態(tài)和實際狀態(tài)很近甚至可以說等價。比如說，理想氣體狀態(tài)方程只適用理想氣體，而范德化方程適用實際氣體，但是我們?nèi)ビ嬎阋恍└邏焊拇蠹s壓力的時候，可以采用理想氣體方程進行估算。再如，標準摩爾反應焓的標準態(tài)也是假想態(tài)，但是我們可以通過例子表明標準摩爾反應焓和實際摩爾反應焓相差很小，也可以做近似相等處理。通過近似處理，實現(xiàn)理論知識和實際相結(jié)合，增加知識理解和運用，有助于改善學生學習物理化學的興趣和積極性。

3　與實驗相結(jié)合

實驗是化學、化工、材料等專業(yè)重要的實踐課程，是傳授知識和技能、訓練科學方法和思維、培養(yǎng)科學精神和品德、全面實施實施實踐化教學模式最有效的形式之一。物理化學實驗能有效地驗證、加深所學物理化學理論。通過實驗內(nèi)容的結(jié)合，能有效地對以前所學知識、技能進行很好的回顧。通過氧彈式量熱計測定萘的燃燒熱的實驗，我們能夠?qū)W到很多概念：恒容封閉體系，燃燒焓，燃燒熱，恒容熱，恒壓熱，絕熱，熱傳遞等，同樣的，通過這些概念涉及到很多的公式如恒壓熱和恒容熱，焓變和熱力學能變，燃燒焓和反應焓，恒容熱和熱力學能變等關系式等。通過這些實驗學習，要把實驗內(nèi)容和課本教學內(nèi)容進行緊密聯(lián)系，關聯(lián)，實現(xiàn)教學和實驗內(nèi)容的一體化。

除了和物理化學實驗進行聯(lián)系，還要注重其他學科的實驗內(nèi)容進行關聯(lián)，實現(xiàn)知識的整體性，盡可能避免知識學習的碎片化?？梢試L試利用利用物理化學的相關理論進行分析和討論其他學科實驗中的實驗技術原理和實驗內(nèi)容。比如有機化學實驗中萃取實驗技能就可以通過化學勢的相關理論有效地解釋其作用原理；化工和化學專業(yè)中的精餾和蒸餾的基本原理可以通過相平衡的相關理論進行闡釋；通過這種知識的應用讓學生覺得物理化學和其他化學是相互關聯(lián)的，是有用途的，這種分析讓學生能體會到物理化學和相關學科知識的聯(lián)系，這樣有助于學生認識到學習物理化學重要性，從而有效地提高教學質(zhì)量。

4　與科研實踐相結(jié)合

現(xiàn)代大學生思維活躍，知識面廣，求知欲望強，也有很多大學生積極參加各種創(chuàng)新活動?？梢試L試把教學和科研內(nèi)容進行結(jié)合，讓學生知道本科所學知識并不過時，讓他們了解前沿科研領域的知識點仍舊是以本科知識為起點的。在這里我主要采用三種方法實現(xiàn)教學內(nèi)容和科研內(nèi)容的關聯(lián)。(1)從物理化學知識出發(fā)，設計科研難題。比如電極電勢，電極電勢反映了金屬離子氧化態(tài)得電子的能力，那么如何通過電極電勢如何能設計出同時析出的兩種金屬或多種金屬，實現(xiàn)均勻合金的制備。(2)選擇一些經(jīng)典學術難題引入課堂，結(jié)合物理化學知識進行解釋。比如納米材料的團聚和比表面積、比表面能的關系，通過這樣的討論和學習，讓學生領會到物化知識與科研很近，很有用途。(3)選擇適當?shù)目蒲袑嵗?名人)或者本校、院系老師的科研成果與物理化學教學結(jié)合起來。在講授表面現(xiàn)象時，就經(jīng)常提到江雷院士與他的疏水材料的研發(fā)。還經(jīng)常把本校的知名教授的學術研究引入到課堂中，讓學生感受到所學的物化知識并不是一些枯燥的公式和概念，而是活生生的現(xiàn)實。通過上述三種方法，讓學生意識到物理化學知識可以設計實驗，可以解釋實驗中問題，可以成就理想。通過這些“看得見，摸得著” 的科研實例與書中的理論結(jié)合，既吸引了學生的注意力，又增強了學生對物理化學知識在現(xiàn)代科研的應用，從而增加學習積極性和主動性。

5　與企業(yè)實際結(jié)合

將物理化學相關知識與企業(yè)生產(chǎn)實際相結(jié)合，物理化學與企業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的方式主要有兩種。(1)企業(yè)反應和實驗室反應的區(qū)別和聯(lián)系。通過對比學習，讓學生意識到企業(yè)生產(chǎn)中的反應及反應設備與實驗室實驗的區(qū)別和聯(lián)系，讓他們知道原理是相通的。比如在講相平衡中的精餾塔，分別講述精餾塔與氣液相圖的關系，同時還簡單介紹企業(yè)生產(chǎn)中的精餾塔裝置，讓學生深刻體會到盡管企業(yè)生產(chǎn)的實驗裝置更為龐大，復雜，但是核心的理論仍舊是我們所學習的理論，讓學生覺得自己所學物化知識在實際生活中有很大用途。(2)把企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)中的一些典型事例引入物理化學的課堂教學，利用物理化學的相關知識來分析其過程，這對學生真正理解物理化學的知識點，了解企業(yè)生產(chǎn)過程其實也很需要物理化學知識，從而培養(yǎng)學生應用理論知識解決實際問題的能力是非常有利的。如在講授“惰性氣體對化學平衡的影響”內(nèi)容時，課堂上筆者首先提出這樣一個問題：在合成氨工業(yè)生產(chǎn)中，要定時對原料氣放空，為什么?因是企業(yè)實際問題，學生興趣很濃，積極開動腦筋思考和討論，整個課堂變得異常活躍。(3)把工業(yè)化產(chǎn)品拿到課堂上，對其進行分析、討論，實現(xiàn)工業(yè)化產(chǎn)品和物理化學知識的關聯(lián)思考。比如汽車中防凍液為什么有加乙二醇，乙醇等物質(zhì)，它的原理是什么？通過這樣的工業(yè)化產(chǎn)品成分分析，分析其作用原理，實現(xiàn)物理化學知識的討論及應用。

6　與日常生活現(xiàn)象相結(jié)合

物理化學課程向來是以抽象的理論、復雜的推導和繁瑣的計算為特點。若在教學過程中從理論到理論，只注意基本概念的講解、數(shù)學推導及計算，學生會感到枯燥無味，產(chǎn)生厭學情緒。為了讓學生真正理解和掌握物理化學基本原理與知識精髓，筆者在課堂講授時，根據(jù)理論的邏輯性和內(nèi)容的關聯(lián)性，恰當?shù)囊肴粘Ｉ顚嵗?，激發(fā)學生的熱情和好奇，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析解決問題的能力。高壓鍋的使用與克-克方程的關系；“液滴、泡沫為什么總呈球形”；在大雪過后，環(huán)衛(wèi)工人為什么在大街上灑鹽水；在講膠體化學時，提到天空為什么是藍色的，朝霞晚霞為什么是紅色的?為什么水銀壓力計中水銀面為凸面而玻璃器皿中水的液面面為凹面”。通過這種理論與日常生活的結(jié)合，讓學生們感覺到物理化學知識不再是書本上的純理論的東西。而與我們的生活息息相關，使學生體會到生活中處處有“物理化學”，處處需要“物理化學”，促使學生在理論與實踐的聯(lián)系中理解和掌握知識，提高分析與解決問題的能力，同時可以活躍課堂氣氛，增強師生間的共鳴及學生的學習興趣，達到較好的教學效果。

7　結(jié)　語

通過上述實施方法，可以實現(xiàn)物理化學知識與實際進行結(jié)合，有利于知識的學習和認識，有利于激發(fā)學生學習的興趣，有利于所學知識的鞏固。

[1]木合塔爾·依米提，帕提古麗·依明．重新認識物理化學的地位和教學改革的必要性[J]．化工高等教育，2007(3):98-101．

[2]王周玉,蔣珍菊關于提高物理化學教學效果的幾點思考[J]. 高等教育研究 2009(4):55-56．

[3]伊廷鋒，金紅，朱彥榮，岳彩波，諸榮孫.工科專業(yè)物理化學教學提高學生學習興趣的幾點嘗試[J]. 化工高等教育，2010(2)：71-74．

[4]馬傳國，王亞珍，陳國華.對物理化學課程教學方法改革的初步探索[J]. 高教論壇,2010(5):31-33.

Research on the Close Collaboration between Theory and Instantiation in Physical Chemistry Teaching*

SONGJiang-feng,HUTuo-ping,ANFu-qiang,JIUHong-fang,CHENZhi-ping

(Department of Chemistry, College of Science, North University of China, Shanxi Taiyuan 030051, China)

It’s difficult to learn physical chemistry well for many college students due to many abstract concepts and widely theoretical knowledge in Physical Chemistry, which makes them afraid, bored, and confused. In order to solve the above-mentioned question, a new teaching pattern on the close collaboration between theory and instantiation in Physical Chemistry teaching was proposed, and can be fulfilled by the following six ways: the abstract concepts were simplified and concretized, the approximate treatments were widely applied in physical chemistry, the close collaboration between theory and experiments, the close collaboration between theory and the related researches, the close collaboration between theory and industry, the relation between theory and our daily lives. This kind of new teaching pattern helps the college students to better combine theory with practice, improves their interest and makes them work hard for physical chemistry.

Physical Chemistry; teaching pattern; instantiation; learning interest

中北大學教改項目(2015年)。

宋江鋒 (1978-)，男，副教授，碩導，博士。

A

1001-9677(2016)07-0192-03