物理化學教學中激發(fā)工科學生學習興趣的方法

王森林，陳亦琳，楊衛(wèi)華

（華僑大學 材料科學與工程學院應用化學系，福建 廈門 361021）

【學法指導】

物理化學教學中激發(fā)工科學生學習興趣的方法

王森林，陳亦琳，楊衛(wèi)華

（華僑大學 材料科學與工程學院應用化學系，福建 廈門 361021）

根據(jù)工科物理化學課程和學生的特點：物理化學理論性強、邏輯思維性強、抽象概念多等，討論了激發(fā)和培養(yǎng)學生學習物理化學興趣的方法。因此，如何在課堂上將物理化學講授的生動、形象，激發(fā)工科學生的學習興趣就顯得特別重要。我們應從提高思想認識和提高教學內容、方法和手段的“趣味”性兩大方面著手來激發(fā)和培養(yǎng)工科學生學習物理化學的興趣。

工科學生；物理化學；本科教學

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

一、提出問題法

提出問題，引發(fā)學生思考。進行探究式教學是提高學生學習興趣的重要手段。例如講授“Carnot循環(huán)”一節(jié)時，可從Carter小時候觀察奶奶燒開水，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。一種工作在高溫熱源（鍋爐內水蒸汽）與低溫熱源（空氣）之間，源源不斷地將高溫熱源吸收的熱轉變?yōu)楣Σ⒉糠譄崃總鬟f給低溫熱源，其最大效率是多少（工業(yè)上能提高生產效率）？然后聯(lián)系前面講過的可逆過程特點（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，理想混合物如苯（A）和甲苯（B），沒有體積效應，即Vmix=nAV*mA+nBV*mB，而真實混合物如水（A）和乙醇（B），具有體積效應，即Vmix≠nAV*mA+nBV*mB，為什么呢？這是由于兩種分子（A和B）的結構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的自然現(xiàn)象或工業(yè)上的應用

實踐是認識的來源。認識是主體對客體的能動性反應，這種反應只有在實踐中，在主體和客體的相互作用中才能完成實踐是認識發(fā)展的動力。認識產生于實踐的需要，實踐為認識的發(fā)展提供日益完備的認識工具，鍛煉和提高人的認識能力。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，問學生為什么？講授“Raoult”一節(jié)前，舉例為什么海水在低于0℃結冰？“表面物理化學”一章涉及許多自然現(xiàn)象或應用，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？可從以下兩個角度進行解釋，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）毛細凝聚現(xiàn)象：在多孔固體表面，水蒸汽被吸附時，在細孔道內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；多孔性結構的物質如活性碳、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)在熱力學上不穩(wěn)定，在動力學上卻能保持暫時穩(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的物理化學實驗

實驗是一種實踐，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，是認識更加深入的過程。理論指導實踐，反過來實踐或應用推動理論的發(fā)展。從生動、鮮活的實踐提煉上升到理論是認識的飛躍。例如，講授“熱化學—等壓熱效應與等容熱效應”一節(jié)前，講述氧彈量熱器測量物質燃燒熱—等容熱效應，如何換算為等壓熱效應？從Gay-Lussac-Joule實驗講授理想氣體熱力學能變和焓變，從Joule-Thomson實驗講授實際氣體的熱力學能變和焓變及其節(jié)流膨脹的應用，從鉍—鎘相圖的步冷曲線測量實驗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，類比教學法對于引發(fā)學生的學習動機、幫助學生理解抽象的事物和概念、發(fā)展學生的求異性思維以及培養(yǎng)學生學習的主動性具有重要意義。類比教學法在課堂教學中被廣泛運用，形式多樣，但是類比教學的運用也有一定的局限性，類比的運用要適度，不能盲目依賴。例如，講授“電解質溶液的電導”一節(jié)時，將離子導體與金屬導體進行相應的對比講述，讓學生對這兩種導體的特點、影響導體電阻的因素等有明確的認識。再比如，可以提問學生，電化學反應其實也是一種氧化還原反應，那么，這種氧化還原反應與普通的氧化還原反應有何區(qū)別？引導學生經過思考后加深對電極反應的認識。

五、講述科學家的生平故事，特別是他們的科學精神

講述科學家的生平故事，可激勵學生以他們?yōu)榘駱?，勇攀科學高峰。涉及的物理化學家主要有：Carnot、Joule、Clausius、Gibbs、Helmholtz、Claperon、Faraday、Nernst、Arrhenius等。比如在講Ag|AgCl電極時，可以講周公度先生的一個親身經歷。周先生早年在北大做實驗助理教師時制備Ag|AgCl電極，第一次制備時發(fā)現(xiàn)電極上有一個黑點，他一開始認為可能是實驗操作問題，然后重新做，結果第二次還有，這時，他認為這可能不是實驗操作的問題，而是有相關實驗現(xiàn)象產生。于是，周先生對電極上的黑點進行了詳細的結構分析，結果發(fā)現(xiàn)了一個文獻中還沒有報道過的晶體結構，并將研究結果發(fā)表在國際相關主流學術期刊上，該研究成果奠定了其在國內結構化學領域的領軍地位。經過這一事例可以教育學生要善于發(fā)現(xiàn)問題，并勇于解決問題。這一點不僅可以教書，而且還可以育人。

六、學生課堂練習法

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

計算1.0mol理想氣體在等溫下從標準壓力P⊙變化到任意壓力P化學勢的變化。

標準態(tài)：在T、P⊙的純理想氣體。以上就是化學勢表示式。

七、介紹科技前沿法

教師在教學過程中應當結合現(xiàn)代科學技術的新發(fā)展，把一些與課程有聯(lián)系的最新科技進展穿插在理論的講授中，學生通常對這部分比較感興趣，既拓展了學生的科學視野，也提高了學生的學習興趣。例如教授“化學電源”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)動機的能源動力，可達到減少環(huán)境污染和減少對石油的依賴。

八、提問學生法

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

此外，還有先講結論法、歸納法、演繹法等?？傊?，要根據(jù)授課內容來選擇合適的激發(fā)學生學習興趣的方法。讓學生感到物理化學重要（是其他化學基礎課程的理論基礎）、有用（工農業(yè)生產應用，解析自然現(xiàn)象等）、形象而不抽象，達到學生自覺和主動學習的目的，從而促進學生掌握物理化學知識。

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課題資助：華僑大學校級教學團隊項目——工科物理化學教學團隊（201100380）

G642.0

A

1674-9324（2014）45-0197-03

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