提高物理化學(xué)課堂教學(xué)效果的幾點(diǎn)體會(huì)

楊風(fēng)霞 連照勛

(河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 河南新鄉(xiāng) 453003)

本文對(duì)于在物理化學(xué)課堂教學(xué)中，如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)素質(zhì)教育和培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力，從而提高教學(xué)效果，談?wù)劰P者的一些做法和體會(huì)。

1 精心設(shè)問(wèn)

俗話說(shuō)“授人以魚(yú)不如授人以漁”，所以，我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中始終堅(jiān)持學(xué)習(xí)的目的在于激發(fā)學(xué)生如何去思考與創(chuàng)造，而不僅僅是學(xué)會(huì)推導(dǎo)一個(gè)公式，完成一種計(jì)算。物理化學(xué)教師可以設(shè)置一系列與課程內(nèi)容有關(guān)的實(shí)際問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)深入分析、廣泛討論等方式來(lái)解決這些問(wèn)題。這樣可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，不僅使學(xué)生學(xué)到有關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，還有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力、自學(xué)能力和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力[1]。下面通過(guò)一個(gè)實(shí)例對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明。

金剛石和石墨都是由碳元素構(gòu)成的，但性質(zhì)卻很不同。金剛石非常堅(jiān)硬，屬稀缺資源，鉆石就是由天然金剛石通過(guò)精細(xì)打磨制成。鉆石有很多面，每個(gè)面都能反射光，這使鉆石在光照下會(huì)璀璨奪目；而石墨層與層之間的結(jié)構(gòu)卻不緊密，容易相對(duì)滑動(dòng)，石墨導(dǎo)電導(dǎo)熱性很好，質(zhì)地松軟，屬于廉價(jià)物品，常用作導(dǎo)電導(dǎo)熱材料。

問(wèn)題設(shè)置如下：

根據(jù)熱力學(xué)知識(shí)回答：(1) 298K，標(biāo)準(zhǔn)壓力下，廉價(jià)的石墨能否變成昂貴稀有的金剛石？(2) 用加熱或加壓的方法能否使石墨變成金剛石？計(jì)算轉(zhuǎn)變條件。

解：

ΔS總=ΔS體+ΔS環(huán)=-3.363-6.34=-9.70(J·mol-1·K-1)<0

所以，在298K及p?下，石墨不能變成金剛石。

(2) 要想使石墨變成金剛石，在p?下，應(yīng)有：

由于無(wú)法達(dá)到如此低的溫度，所以不能通過(guò)改變溫度使石墨變成金剛石。

p=1.53×109Pa

即在298K時(shí)，至少需要1.53×109Pa高壓才能使石墨變成金剛石。

此問(wèn)題可作如下延伸：除了熵判據(jù)外，還可以用哪個(gè)判據(jù)來(lái)判斷？怎樣提高轉(zhuǎn)變速率？工業(yè)上怎樣使石墨變成金剛石？

還可以用吉布斯函數(shù)判據(jù)來(lái)判斷。在298K定壓下，有：

所以，在298K及p?下，石墨不能變成金剛石。

根據(jù)動(dòng)力學(xué)知識(shí)，我們知道溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以可通過(guò)升高溫度來(lái)提高轉(zhuǎn)變速率。由于石墨變成金剛石的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，故升高溫度有利于該反應(yīng)進(jìn)行。工業(yè)上正是通過(guò)高溫高壓的方法使石墨變成金剛石的。

2 類比法

在課堂講授中，應(yīng)及時(shí)對(duì)知識(shí)進(jìn)行總結(jié)，可以采用類比法，將一些相關(guān)重要內(nèi)容放在一起總結(jié)、比較，找出規(guī)律，以便于學(xué)生掌握和復(fù)習(xí)。

2.1 公式類比

比如相平衡熱力學(xué)中的克-克方程：

化學(xué)平衡熱力學(xué)中的范特霍夫方程：

化學(xué)動(dòng)力學(xué)中的阿倫尼烏斯方程：

上述3個(gè)方程具有類似的形式。當(dāng)講授其中之一時(shí)可相應(yīng)回顧另外兩個(gè)，聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行記憶，以便于掌握。仔細(xì)對(duì)比相平衡和化學(xué)平衡熱力學(xué)中的克-克方程及范特霍夫方程，可以發(fā)現(xiàn)克-克方程其實(shí)可以看作是范特霍夫方程的特例，只不過(guò)這時(shí)反應(yīng)物和生成物是一種物質(zhì)，比如H2O(l)→H2O(g)，設(shè)平衡時(shí)水蒸氣的壓力為p，則有：

化學(xué)反應(yīng)熱相應(yīng)地變成了蒸發(fā)熱(升華熱)，這時(shí)克-克方程和范特霍夫方程是一致的。還可以設(shè)計(jì)綜合習(xí)題來(lái)練習(xí)公式的應(yīng)用，并加強(qiáng)記憶。比如：雞蛋中主要成分卵白蛋白的熱變作用為一級(jí)反應(yīng)，Ea=85kJ·mol-1。在海平面的沸水中煮熟一個(gè)蛋需要10min，在海拔2213m高的山頂上的壓力為0.774p?，求在山頂上的沸水中煮熟一個(gè)蛋需多長(zhǎng)時(shí)間？已知水的氣化熱為2.278kJ·g-1。在解該題時(shí)，同時(shí)要用到克-克方程和阿倫尼烏斯方程，解題思路是：用克-克方程求出水在2213m的高山上的沸點(diǎn)→用阿倫尼烏斯方程求出水在兩個(gè)溫度下的速率常數(shù)之比→利用一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的特點(diǎn)，雞蛋煮熟(反應(yīng)程度相同)時(shí)，反應(yīng)時(shí)間與速率常數(shù)成反比→求出在高山上煮蛋需要的時(shí)間。

2.2 模型的類比

理想模型是人們?cè)诳茖W(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上運(yùn)用抽象思維的能力，撇開(kāi)次要因素，純化主要因素，建立起來(lái)的高度抽象的理想客體，建立這個(gè)理想客體的方法即理想模型法。理想模型法是物理化學(xué)中常用的研究方法，比如理想氣體和理想液態(tài)混合物都是理想模型的表現(xiàn)形式。下面列表比較一下兩個(gè)概念(表1)。

表1 理想氣體和理想液態(tài)混合物兩個(gè)模型的類比

從表1可知，這兩個(gè)模型的特征及化學(xué)勢(shì)類似，性質(zhì)相同。當(dāng)講授其中之一時(shí)可相應(yīng)回顧另外一個(gè)，聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行記憶，以便于掌握。實(shí)際上，這兩個(gè)模型中的理想氣體混合物可以看作是理想液態(tài)混合物的特例，所以它們具有相同的性質(zhì)。

2.3 概念類比

2.4 判據(jù)類比

熱力學(xué)中判斷一個(gè)過(guò)程自發(fā)進(jìn)行的方向和限度有多個(gè)判據(jù)，比如熵判據(jù)、赫姆霍茲函數(shù)判據(jù)、吉布斯函數(shù)判據(jù)和化學(xué)勢(shì)判據(jù)。講完幾個(gè)判據(jù)后，可以進(jìn)行小結(jié)，比較它們的適用條件，使學(xué)生加深印象、方便應(yīng)用。

3 引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)

由于物理化學(xué)課程知識(shí)點(diǎn)多，公式條件多，知識(shí)的邏輯性強(qiáng)、關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，因此，在學(xué)完一章后，學(xué)生可能會(huì)感覺(jué)一頭霧水，做習(xí)題時(shí)不知該從何下手。我們的經(jīng)驗(yàn)是，在開(kāi)始講授一章內(nèi)容前，先列出本章的基本要求及重點(diǎn)、難點(diǎn)，內(nèi)容講授完畢后，讓學(xué)生對(duì)本章內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，并畫(huà)出本章的知識(shí)結(jié)構(gòu)框圖。這樣學(xué)生就會(huì)對(duì)本章內(nèi)容進(jìn)行回顧、復(fù)習(xí)，尋找各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系，下次上復(fù)習(xí)課時(shí)，教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行提問(wèn)，然后進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。這樣答對(duì)的學(xué)生更具有成就感，沒(méi)有答對(duì)的學(xué)生也會(huì)有深刻的印象，通過(guò)知識(shí)結(jié)構(gòu)框圖加固了腦子里知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)系，做習(xí)題時(shí)就不會(huì)無(wú)從下手。

4 簡(jiǎn)介學(xué)科新成就

在教學(xué)中適當(dāng)介紹本學(xué)科的最新成就及發(fā)展前景，將其與我們熟悉的背景知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)設(shè)問(wèn)、講解，可大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)的興趣。

比如在講熱力學(xué)第二定律時(shí)，可以引入非平衡態(tài)熱力學(xué)知識(shí)，簡(jiǎn)介耗散結(jié)構(gòu)理論，提出以下問(wèn)題：生命體的熵怎么計(jì)算？熵與生命有何關(guān)系？發(fā)燒和中暑與熵有何關(guān)系？從熱力學(xué)角度看，怎樣治療發(fā)燒和中暑？再比如，在講到潤(rùn)濕問(wèn)題時(shí)，列舉荷葉具有“出污泥而不染”的特性，即具有自清潔功能，為什么它具有這種功能呢？具有這種超疏水結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品能給我們帶來(lái)什么好處？在講臨界點(diǎn)及二氧化碳相圖時(shí)，介紹超臨界流體的應(yīng)用，設(shè)問(wèn)怎樣才能使人們?nèi)粘Ｊ褂玫氖秤糜秃途陀址判南阄队旨兡?？隨著生活水平的提高，我們有越來(lái)越多的衣服要干洗，但干洗劑卻可能對(duì)人體健康造成一定程度的損害，怎樣能使干洗后的衣服又干凈又放心呢？在講授膠體化學(xué)時(shí)，可先簡(jiǎn)介熱門的納米材料科學(xué)，設(shè)問(wèn)怎樣使防曬化妝品防曬時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)皮膚刺激性小呢？怎樣使浴缸、墻壁、地板磚既光亮又具有抗菌除臭、防污自潔性能？怎樣使衣服的布料夏天涼爽而冬天暖和呢？在講電化學(xué)時(shí)，先簡(jiǎn)介燃料電池，設(shè)問(wèn)有沒(méi)有完全綠色、環(huán)保的電池？怎樣使電池源源不斷地對(duì)外放電，而且容量不受體積和質(zhì)量的限制？它的工作原理是什么？通過(guò)上述事例，在教學(xué)中不斷滲透前沿科學(xué)，不僅能使物理化學(xué)教學(xué)富有生命力、感染力與時(shí)代感，而且能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)現(xiàn)代科研的向往，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索精神。

總之，作為一名物理化學(xué)教師，要不斷提高自身素質(zhì)，積極挖掘課程資源，鉆研教材；平時(shí)應(yīng)注意搜集素材，在適當(dāng)時(shí)候在課堂上引入生產(chǎn)生活實(shí)例或?qū)W科前沿，通過(guò)設(shè)問(wèn)、類比等方法，運(yùn)用生動(dòng)的語(yǔ)言，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題能力，提高課堂教學(xué)效果。

[1] 張志斌.大學(xué)化學(xué),2006,21(5):13