在《物理化學(xué)》教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維

陸振歡 劉勇平 張哲

【摘要】《物理化學(xué)》是用物理、數(shù)學(xué)的理論及實(shí)驗(yàn)方法來研究化學(xué)中最基本的規(guī)律和理論的學(xué)科，其中包含了許多公式。大多數(shù)的公式都是由一個(gè)或者幾個(gè)根源性的理論或公式進(jìn)過嚴(yán)密的邏輯推導(dǎo)而得到的。本文是在物理化學(xué)的教學(xué)過程中總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)，提出了在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維的一些思路。

【關(guān)鍵詞】物理化學(xué) 培養(yǎng)邏輯思維 教學(xué)改革

【中圖分類號(hào)】G632 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）12-0131-01

《物理化學(xué)》是一門面向環(huán)境、材料、化學(xué)、生物等專業(yè)大學(xué)生的綜合性化學(xué)基礎(chǔ)課程。這門學(xué)科概括的說是用物理、數(shù)學(xué)的理論及實(shí)驗(yàn)方法來研究化學(xué)中最基本的規(guī)律和理論。其應(yīng)用和引出了很多物理概念，使用了很多數(shù)學(xué)推導(dǎo)，得到了許多公式。通過這些公式就可以解決物理、化學(xué)變化過程的問題?！耙胄赂拍睢焙汀巴茖?dǎo)公式”貫穿著物理化學(xué)的大部分內(nèi)容。因此，這是一門邏輯性很強(qiáng)的學(xué)科[1]。本文就是總結(jié)了在物理化學(xué)課程的教學(xué)過程中的一些經(jīng)驗(yàn)，提出了在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維的思路。

一、物理化學(xué)課程內(nèi)容縱觀

以目前大學(xué)本科中常用的物理化學(xué)課本來看，章節(jié)內(nèi)容基本一致。以天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編，高等教育出版社出版的《物理化學(xué)》第五版為例，總共分為12章[2]。拋開大部分專業(yè)不講的《量子力學(xué)基礎(chǔ)》《統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)初步》可以分為三部分內(nèi)容：化學(xué)熱力學(xué)（6章）、化學(xué)動(dòng)力學(xué)（1章）、應(yīng)用（3章）。應(yīng)用部分中的《電化學(xué)》一章也會(huì)涉及熱力學(xué)知識(shí)?？梢娀瘜W(xué)熱力學(xué)內(nèi)容占居了大部分的課時(shí)。因此，化學(xué)熱力學(xué)內(nèi)容之間具有的邏輯聯(lián)系性，就使物理化學(xué)的大部分內(nèi)容之間具有密切的關(guān)聯(lián)。

由第一章《氣體PVT關(guān)系》開始，講述了如何計(jì)算體積功；體積功的計(jì)算就直接應(yīng)用在第二章《熱力學(xué)第一定律》里，計(jì)算中的功（W），由這開始引入計(jì)算熱（Q）所需要的定壓熱容Cp，定容熱容Cv，同時(shí)定義了焓（H）；在第三章《熱力學(xué)第二定律》中引入了熵（S），再結(jié)合熱力學(xué)第一定律和焓的定義式定義了亥姆霍茲函數(shù)（A）、吉布斯函數(shù)（G），并應(yīng)用熱力學(xué)第一定律、W的計(jì)算及Q的計(jì)算來計(jì)算S、A、G，最后綜合起來，導(dǎo)出了如熱力學(xué)基本方程等等許多狀態(tài)函數(shù)間的關(guān)系式，這些關(guān)系式將在后面的章節(jié)中有著重要的應(yīng)用。比如《多組分系統(tǒng)熱力學(xué)》中的重點(diǎn)內(nèi)容化學(xué)勢(shì)的計(jì)算應(yīng)用了熱力學(xué)基本方程；《化學(xué)平衡》中的范特霍夫方程就應(yīng)用了吉布斯-亥姆霍茲方程；《相平衡》應(yīng)用了拉烏爾定律、亨利定律；《電化學(xué)》中電池電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算應(yīng)用了G、H的定義式和化學(xué)勢(shì)的計(jì)算。

可見，公式推導(dǎo)式的邏輯思維一直貫穿著《物理化學(xué)》這門課程。因此，教師可以在課程的教學(xué)過程中，多次的引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)公式推導(dǎo)，在這過程中不斷的鍛煉學(xué)生邏輯思維。

二、教學(xué)講述示例

以純理想氣體化學(xué)勢(shì)計(jì)算為例。

純理想氣體B在溫度T下，由標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)pθ變至壓強(qiáng)p，其終態(tài)化學(xué)勢(shì)計(jì)算式為

①

根據(jù)化學(xué)勢(shì)的定義式得

即②

所以問題就可以轉(zhuǎn)變成吉布斯函數(shù)的計(jì)算了，

③

其中標(biāo)準(zhǔn)值 可以由手冊(cè)得到，而 的值

則由熱力學(xué)基本方程 ，其中過程溫度不變（即

dT=0）可得，再代入理想氣體狀態(tài)方程的變形式

即可得到以下計(jì)算式：

④

將④帶入③，再聯(lián)合①②式即可得到純理想氣體化學(xué)勢(shì)的計(jì)算公式：

⑤

該計(jì)算公式就是一步一步的代入了此前學(xué)到的內(nèi)容，推演得到的。

在實(shí)際授課的推導(dǎo)過程中，要盡量使學(xué)生主動(dòng)思考，引導(dǎo)學(xué)生自己推導(dǎo)出結(jié)果。學(xué)生才能對(duì)公式記憶深刻，達(dá)到培養(yǎng)其邏輯思考能力的目的。

三、 教學(xué)改革思路

本文在物理化學(xué)課程的教學(xué)過程中總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)，提出了在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維的一些思路。

1.在物理化學(xué)的教學(xué)過程中，講解到某章節(jié)的關(guān)鍵性公式時(shí)，就可以對(duì)該公式進(jìn)行類似本文示例的推導(dǎo)精講。通過提問式教學(xué)、隨堂練習(xí)題等方式，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考推導(dǎo)公式。通過在教學(xué)中多次訓(xùn)練學(xué)生自主的推演公式，從而培養(yǎng)其邏輯思維能力。

2.在得到關(guān)鍵公式后，使用圖示法，與學(xué)生一起分析不同條件或者變化過程中，各函數(shù)的不同之處，總結(jié)出適用于不同條件或者變化過程的公式。從而培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。

3.在實(shí)際教學(xué)過程中，可以針對(duì)內(nèi)容靈活調(diào)整推導(dǎo)方式。如本文示例使用的方式是先給出關(guān)鍵等式，再逐個(gè)推導(dǎo)式中各量的計(jì)算式；也可以先給出結(jié)果公式，再由結(jié)果逆推至最根源的公式或定律；還可以選擇由最根本的公式或定律推導(dǎo)出結(jié)果公式的方式。以培養(yǎng)學(xué)生多角度的思維方式。

4.在教學(xué)時(shí)，可以打破課本對(duì)章節(jié)內(nèi)容的限定。在推導(dǎo)過程中，將用相同關(guān)鍵公式推導(dǎo)得到的不同公式或相似的公式，放到一起對(duì)比。這樣既有利于記憶，又鍛煉學(xué)生發(fā)散思維。

四、結(jié)束語

教學(xué)應(yīng)該以培養(yǎng)學(xué)生的能力為根本目標(biāo)。通過物理化學(xué)的課程教學(xué)，在一次次地公式推導(dǎo)過程中，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，既提高課堂效果，又培養(yǎng)了學(xué)生的邏輯思維能力，最終促進(jìn)了學(xué)生的素質(zhì)教育。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉長久，李延偉，劉勇平. 《物理化學(xué)》精品課程建設(shè)的教學(xué)改革探索與實(shí)踐[J]. 高教論壇. 2010，（1）： 21-22.

[2]天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編，物理化學(xué)[M]. 第五版. 北京：高等教育出版社，2009.

基金項(xiàng)目：

感謝廣西高等教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目（2013JGA151）的支持。