王森林，陳亦琳，楊衛(wèi)華

（華僑大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，福建 廈門 361021）

【學(xué)法指導(dǎo)】

物理化學(xué)教學(xué)中激發(fā)工科學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的方法

王森林，陳亦琳，楊衛(wèi)華

（華僑大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，福建 廈門 361021）

根據(jù)工科物理化學(xué)課程和學(xué)生的特點(diǎn)：物理化學(xué)理論性強(qiáng)、邏輯思維性強(qiáng)、抽象概念多等，討論了激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)興趣的方法。因此，如何在課堂上將物理化學(xué)講授的生動、形象，激發(fā)工科學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣就顯得特別重要。我們應(yīng)從提高思想認(rèn)識和提高教學(xué)內(nèi)容、方法和手段的“趣味”性兩大方面著手來激發(fā)和培養(yǎng)工科學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)的興趣。

工科學(xué)生；物理化學(xué)；本科教學(xué)

物理化學(xué)課程是化學(xué)化工類專業(yè)的一門重要學(xué)科基礎(chǔ)課程，也是學(xué)好后續(xù)專業(yè)課的必要準(zhǔn)備。由于物理化學(xué)是在前人大量實(shí)驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析、綜合和歸納，從而得到很多的各種定律理論及公式，所以歷來的化學(xué)化工類學(xué)生都對之望而生畏。盡管物理化學(xué)公式多、概念多、模型多，但是很多知識源于物理的原理和實(shí)驗(yàn)，而且經(jīng)常用高等數(shù)學(xué)為工具進(jìn)行推導(dǎo)和演算?？傊?，該課程理論性強(qiáng)，邏輯思維性強(qiáng)，抽象概念多，因此，如何在課堂上將物理化學(xué)講授的生動、形象，激發(fā)工科學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣就顯得尤為重要了。興趣是最好的老師，學(xué)生有了興趣，教師才能較好的指導(dǎo)。我校涉及工科的化學(xué)化工類本科專業(yè)主要有：應(yīng)用化學(xué)、高分子科學(xué)與工程、化學(xué)工程與工藝、環(huán)境工程等。以下是我們在課堂教學(xué)活動中，關(guān)于如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的一些方法。

一、提出問題法

提出問題，引發(fā)學(xué)生思考。進(jìn)行探究式教學(xué)是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的重要手段。例如講授“Carnot循環(huán)”一節(jié)時(shí)，可從Carter小時(shí)候觀察奶奶燒開水，看到水在鍋里沸騰將鍋蓋頂起來，受此啟發(fā)，長大后Carter發(fā)明了蒸汽機(jī)。一種工作在高溫?zé)嵩矗ㄥ仩t內(nèi)水蒸汽）與低溫?zé)嵩矗諝猓┲g，源源不斷地將高溫?zé)嵩次盏臒徂D(zhuǎn)變?yōu)楣Σ⒉糠譄崃總鬟f給低溫?zé)嵩矗渥畲笮适嵌嗌伲üI(yè)上能提高生產(chǎn)效率）？然后聯(lián)系前面講過的可逆過程特點(diǎn)（系統(tǒng)膨脹對環(huán)境做最大功，壓縮得到最小功），引出Carnot循環(huán)。

又例，講授偏摩爾量時(shí)，理想混合物如苯（A）和甲苯（B），沒有體積效應(yīng)，即Vmix=nAV*mA+nBV*mB，而真實(shí)混合物如水（A）和乙醇（B），具有體積效應(yīng)，即Vmix≠nAV*mA+nBV*mB，為什么呢？這是由于兩種分子（A和B）的結(jié)構(gòu)和分子之間范德華相互作用力不同造成的。

二、例舉一些與講授知識緊密相關(guān)的自然現(xiàn)象或工業(yè)上的應(yīng)用

實(shí)踐是認(rèn)識的來源。認(rèn)識是主體對客體的能動性反應(yīng)，這種反應(yīng)只有在實(shí)踐中，在主體和客體的相互作用中才能完成實(shí)踐是認(rèn)識發(fā)展的動力。認(rèn)識產(chǎn)生于實(shí)踐的需要，實(shí)踐為認(rèn)識的發(fā)展提供日益完備的認(rèn)識工具，鍛煉和提高人的認(rèn)識能力。例如，講授“Henry”一節(jié)前，舉例啤酒、碳酸飲料開瓶后，大量氣泡從瓶口溢出，問學(xué)生為什么？講授“Raoult”一節(jié)前，舉例為什么海水在低于0℃結(jié)冰？“表面物理化學(xué)”一章涉及許多自然現(xiàn)象或應(yīng)用，例如，講授“表面張力”一節(jié)前，可舉例為什么水滴自動形成球形？可從以下兩個(gè)角度進(jìn)行解釋，若形成不規(guī)則形狀，則各處的曲率不同，附加壓力不同，不穩(wěn)定；形成球形表面積最小，則表面吉布斯自由能最小。講授“附加壓力及Kelvin公式”一節(jié)前，可舉例如下：人工降雨；干旱的稻田土壤龜裂，在縫隙里比較濕潤；香菇干在梅雨季節(jié)若沒有密封包裝，則容易受潮；等等。Kelvin公式可以解釋兩種重要的現(xiàn)象：（1）毛細(xì)凝聚現(xiàn)象：在多孔固體表面，水蒸汽被吸附時(shí)，在細(xì)孔道內(nèi)彎曲液面上的蒸汽壓比平液面上小，容易發(fā)生凝聚。例如，干香菇在梅雨季節(jié)很容易受潮；多孔性結(jié)構(gòu)的物質(zhì)如活性碳、硅膠等常作為干燥劑；泥土中孔道和縫隙常常保持潮濕狀態(tài)；等等。（2）亞穩(wěn)狀態(tài)的存在：例如過飽和溶液、過熱液體、過冷液體、過飽和蒸汽等亞穩(wěn)現(xiàn)象。亞穩(wěn)狀態(tài)在熱力學(xué)上不穩(wěn)定，在動力學(xué)上卻能保持暫時(shí)穩(wěn)定的狀態(tài)。講授“固體表面吸附”一節(jié)前，可舉例活性炭用于蔗糖汁脫色制白沙糖。

三、例舉一些與講授知識緊密相關(guān)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)是一種實(shí)踐，它是感性的，而理論是理性的。從感性上升到理論是邏輯必然，是認(rèn)識更加深入的過程。理論指導(dǎo)實(shí)踐，反過來實(shí)踐或應(yīng)用推動理論的發(fā)展。從生動、鮮活的實(shí)踐提煉上升到理論是認(rèn)識的飛躍。例如，講授“熱化學(xué)—等壓熱效應(yīng)與等容熱效應(yīng)”一節(jié)前，講述氧彈量熱器測量物質(zhì)燃燒熱—等容熱效應(yīng)，如何換算為等壓熱效應(yīng)？從Gay-Lussac-Joule實(shí)驗(yàn)講授理想氣體熱力學(xué)能變和焓變，從Joule-Thomson實(shí)驗(yàn)講授實(shí)際氣體的熱力學(xué)能變和焓變及其節(jié)流膨脹的應(yīng)用，從鉍—鎘相圖的步冷曲線測量實(shí)驗(yàn)講述簡單的低共融二元相圖等。

四、類比法

類比推理是一種重要的思維手段，類比教學(xué)法對于引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)、幫助學(xué)生理解抽象的事物和概念、發(fā)展學(xué)生的求異性思維以及培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性具有重要意義。類比教學(xué)法在課堂教學(xué)中被廣泛運(yùn)用，形式多樣，但是類比教學(xué)的運(yùn)用也有一定的局限性，類比的運(yùn)用要適度，不能盲目依賴。例如，講授“電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)”一節(jié)時(shí)，將離子導(dǎo)體與金屬導(dǎo)體進(jìn)行相應(yīng)的對比講述，讓學(xué)生對這兩種導(dǎo)體的特點(diǎn)、影響導(dǎo)體電阻的因素等有明確的認(rèn)識。再比如，可以提問學(xué)生，電化學(xué)反應(yīng)其實(shí)也是一種氧化還原反應(yīng)，那么，這種氧化還原反應(yīng)與普通的氧化還原反應(yīng)有何區(qū)別？引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)過思考后加深對電極反應(yīng)的認(rèn)識。

五、講述科學(xué)家的生平故事，特別是他們的科學(xué)精神

講述科學(xué)家的生平故事，可激勵(lì)學(xué)生以他們?yōu)榘駱?，勇攀科學(xué)高峰。涉及的物理化學(xué)家主要有：Carnot、Joule、Clausius、Gibbs、Helmholtz、Claperon、Faraday、Nernst、Arrhenius等。比如在講Ag|AgCl電極時(shí)，可以講周公度先生的一個(gè)親身經(jīng)歷。周先生早年在北大做實(shí)驗(yàn)助理教師時(shí)制備Ag|AgCl電極，第一次制備時(shí)發(fā)現(xiàn)電極上有一個(gè)黑點(diǎn)，他一開始認(rèn)為可能是實(shí)驗(yàn)操作問題，然后重新做，結(jié)果第二次還有，這時(shí)，他認(rèn)為這可能不是實(shí)驗(yàn)操作的問題，而是有相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生。于是，周先生對電極上的黑點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一個(gè)文獻(xiàn)中還沒有報(bào)道過的晶體結(jié)構(gòu)，并將研究結(jié)果發(fā)表在國際相關(guān)主流學(xué)術(shù)期刊上，該研究成果奠定了其在國內(nèi)結(jié)構(gòu)化學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)軍地位。經(jīng)過這一事例可以教育學(xué)生要善于發(fā)現(xiàn)問題，并勇于解決問題。這一點(diǎn)不僅可以教書，而且還可以育人。

六、學(xué)生課堂練習(xí)法

講授氣體混合物中各組分的化學(xué)勢——理想氣體及其混合物的化學(xué)勢時(shí)，先讓學(xué)生做以下例題。

計(jì)算1.0mol理想氣體在等溫下從標(biāo)準(zhǔn)壓力P⊙變化到任意壓力P化學(xué)勢的變化。

標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：在T、P⊙的純理想氣體。以上就是化學(xué)勢表示式。

七、介紹科技前沿法

教師在教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的新發(fā)展，把一些與課程有聯(lián)系的最新科技進(jìn)展穿插在理論的講授中，學(xué)生通常對這部分比較感興趣，既拓展了學(xué)生的科學(xué)視野，也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如教授“化學(xué)電源”一節(jié)，除了介紹教材上列舉的蓄電池（如鉛酸、金屬氫化物—鎳電池等）和燃料電池，還補(bǔ)充介紹了目前廣泛使用的鋰離子電池。隨著全球礦物能源的日益減少和環(huán)境問題的日益突出，對于新能源的利用和研發(fā)越來越重要，因此特別介紹了鋰離子動力電池和超級電容器作為替代轎車傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的能源動力，可達(dá)到減少環(huán)境污染和減少對石油的依賴。

八、提問學(xué)生法

對于比較容易和簡單的講授內(nèi)容，可采用此法。一方面可提出下面講課的內(nèi)容，另一方面可檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況。例如講授“Hess定律”一節(jié)時(shí)，可以提問學(xué)生：Hess定律的內(nèi)容是什么？Hess定律在什么條件下成立？等問題。

此外，還有先講結(jié)論法、歸納法、演繹法等?？傊?，要根據(jù)授課內(nèi)容來選擇合適的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的方法。讓學(xué)生感到物理化學(xué)重要（是其他化學(xué)基礎(chǔ)課程的理論基礎(chǔ)）、有用（工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用，解析自然現(xiàn)象等）、形象而不抽象，達(dá)到學(xué)生自覺和主動學(xué)習(xí)的目的，從而促進(jìn)學(xué)生掌握物理化學(xué)知識。

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課題資助：華僑大學(xué)校級教學(xué)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目——工科物理化學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)（201100380）

G642.0

A

1674-9324（2014）45-0197-03

王森林（1962-），男，福建晉江人，博士，教授，材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長，研究方向：應(yīng)用電化學(xué)。