物理化學(xué)習(xí)題課教學(xué)的探究*

劉建莊，謝 輝，王悅輝，雷雪峰

(電子科技大學(xué)中山學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣東 中山 528402)

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物理化學(xué)習(xí)題課教學(xué)的探究*

劉建莊，謝 輝，王悅輝，雷雪峰

(電子科技大學(xué)中山學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣東 中山 528402)

針對(duì)目前物理化學(xué)學(xué)科本身的特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀，分析了課程教學(xué)中普遍存在的主要問題及物理化學(xué)習(xí)題課的重要性。從內(nèi)容的總結(jié)與歸納，明確基本概念，循序漸進(jìn)進(jìn)行選題，設(shè)置應(yīng)用型習(xí)題討論課等方面闡述如何構(gòu)筑習(xí)題課教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)模式與方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)的主觀能動(dòng)性，從而達(dá)到提高提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升物理化學(xué)習(xí)題課教學(xué)效果的目的。

物理化學(xué)； 習(xí)題； 學(xué)習(xí)興趣

作為四大基礎(chǔ)化學(xué)課程之一，物理化學(xué)具有內(nèi)容廣泛、學(xué)科交叉性強(qiáng)的特點(diǎn)。同時(shí)，由于該課程公式繁多，應(yīng)用條件苛刻等原因，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到不小的困難。特別是在解答物理化學(xué)習(xí)題的過程中，很多學(xué)生要么不知如何下手，要么因?qū)栴}條件理解不深，誤用了不合適的公式而導(dǎo)致解題錯(cuò)誤[1-4]。要解決這一問題，一方面要求教師在理論課的教學(xué)過程中將內(nèi)容合理分配與組織，利用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法使學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解更加深入；而另一方面就是通過習(xí)題課的方式將課程內(nèi)容進(jìn)行合理的歸納與總結(jié)，使學(xué)生對(duì)物理化學(xué)課程內(nèi)容形成一個(gè)整體架構(gòu)，加強(qiáng)對(duì)課程中各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的掌握與應(yīng)用，最終達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的目的。如何上好物理化學(xué)習(xí)題課，以達(dá)到加強(qiáng)與鞏固物理化學(xué)理論的教學(xué)效果，這對(duì)教師教學(xué)內(nèi)容的選擇與組織，教學(xué)過程中所用的教學(xué)方法以及引導(dǎo)學(xué)生思維行為的能力是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)[5]。針對(duì)上述問題，本文將從如下幾個(gè)方面探討上好物理化學(xué)習(xí)題課的有效途徑。

1 對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行合理的總結(jié)與歸納

物理化學(xué)習(xí)題數(shù)量繁多，在解題過程中首先要學(xué)會(huì)對(duì)課程各部分內(nèi)容習(xí)題進(jìn)行歸納與分類，然后提煉出各類問題的解決方法與途徑，達(dá)到舉一反三、觸類旁通的目的。

對(duì)于有關(guān)熱力學(xué)第一，第二定律的內(nèi)容而言，其習(xí)題的解答方法可以總結(jié)為物質(zhì)的三種變化，即單純PVT變化；相變化及其化學(xué)變化。對(duì)于這三種變化類型中Q、W、ΔU、ΔH、ΔS、ΔG、ΔA等函數(shù)的計(jì)算，其中只有Q和W是途徑函數(shù)，與變化過程相關(guān)。而其它都是狀態(tài)函數(shù)，只與始末態(tài)溫度有關(guān)，因此解題過程中只要抓住始末態(tài)溫度這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，問題就可以迎刃而解。典型習(xí)題如例1：

例1：將0.8 mol，300 K，200 kPa的某理想氣體絕熱壓縮到1000 kPa,此過程系統(tǒng)得功4988.4J。已知該理想氣體在300 K,200 kPa時(shí)的摩爾熵Sm=205.0 J·K-1·mol-1,平均定壓摩爾熱。試求過程中ΔU、ΔH、ΔS、ΔG、ΔA。

而對(duì)于與化學(xué)平衡相關(guān)的習(xí)題類型可以歸納為兩類，即平衡常數(shù)的計(jì)算和平衡組成的計(jì)算[6-7]。該部分內(nèi)容的解題思路離不開四步法則：(1)寫出正確的化學(xué)反應(yīng)方程式；(2)列出反應(yīng)體系中各物質(zhì)的初始濃度；(3)列出平衡體系中各物質(zhì)的濃度；(4)代入相應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式中求解或者根據(jù)平衡常數(shù)的定義來求解。典型習(xí)題如例2：

至于電化學(xué)中有關(guān)熱力學(xué)函數(shù)求解，無論題型如何變化，都要抓住兩個(gè)重要參數(shù)[1]：電化學(xué)反應(yīng)中的得失電子數(shù)目(Z)及溫度系數(shù)(?E/?T)P，所有的類似問題都是圍繞這兩個(gè)參數(shù)來展開的。典型習(xí)題如例3：

例3：求298 K時(shí)，下列電池的溫度系數(shù)，并計(jì)算可逆放電的熱效應(yīng)：

2 明確基本概念

物理化學(xué)中存在著諸多的基本概念，而對(duì)這些概念的定義是非常嚴(yán)格和與明確的。如果學(xué)生不注意到相關(guān)的限定條件，就很容易發(fā)生混淆。以例4為例：

例4：下列表達(dá)式中，代表偏摩爾量的是 ( )

以上習(xí)題的主要目的在于考察學(xué)生對(duì)偏摩爾量和化學(xué)勢(shì)[7]這兩個(gè)概念的理解，也是很多學(xué)生容易出錯(cuò)的題型。但如果學(xué)生能知曉偏摩爾量定義的限定條件：“恒溫、恒壓及除組分B以外其余各組分的量均保持不變”，就可以得到正確答案。

例5：1mol理想氣體在等溫下通過：(1)可逆膨脹;(2)真空膨脹，體積增加到10倍，分別求其熵變。

對(duì)于類似于例5的習(xí)題，其關(guān)鍵在于掌握熵的基本概念，根據(jù)定義式ds=?Qr/T,熵變等于可逆過程中進(jìn)行的熱交換量除以溫度，結(jié)合熵為狀態(tài)函數(shù)的特點(diǎn)，就可得知兩條途徑中的熵變是等同的。

3 遵循循序漸進(jìn)的選題原則

在習(xí)題課的教學(xué)過程中，一方面要堅(jiān)持以基礎(chǔ)題型為根本，以此能加深及鞏固學(xué)生對(duì)基本概念及規(guī)律的理解與掌握，而另一方面要注意遵循循序漸進(jìn)的原則，在基礎(chǔ)題型上作進(jìn)一步延伸，通過由易到難、逐步推進(jìn)的方式，讓學(xué)生能充分運(yùn)用所學(xué)概念及規(guī)律解決各種難度的題型[7]。典型習(xí)題如例6、例7：

例6：5mol水在373.15K,101.325kPa下汽化為水蒸氣，已知該條件下的汽化焓ΔvapHm=4.06×104J·mol-1，求過程的ΔvapS。

例6和例7都是相變化過程中焓變和熵變的求算題型。不同點(diǎn)在于例6是可逆相變過程，根據(jù)可逆相變過程熵變的定義公式，可根據(jù)該可逆過程中的汽化焓非常容易地得到熵變的結(jié)果。而例7是不可逆相變過程，該題可以在例6的基礎(chǔ)上，借助狀態(tài)函數(shù)法，在不可逆相變過程始末態(tài)間設(shè)計(jì)一系列包含可逆相變及無相變可逆途徑，再利用相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來進(jìn)行計(jì)算即可。并在此基礎(chǔ)上，還可以延伸到求隔離體系的熵變問題。如此層層深入，一環(huán)套一環(huán)，難度逐步上升，學(xué)生也能跟上解題思路，達(dá)到完全掌握該類題型的目的。

4 設(shè)立應(yīng)用型習(xí)題，組織討論課

將物理化學(xué)理論與實(shí)際生活中應(yīng)用的問題相結(jié)合，不僅能使學(xué)生學(xué)以致用，提高學(xué)習(xí)物理化學(xué)的興趣，同時(shí)也加深了對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解。而通過小組討論的方式來解決問題，能增強(qiáng)師生間的互動(dòng)與交流，也鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。教師可根據(jù)每章內(nèi)容及章節(jié)之間的聯(lián)系來提出一些與實(shí)際生活相關(guān)的一些問題作為應(yīng)用型習(xí)題課的主題[3]，如根據(jù)稀溶液依數(shù)性的時(shí)候提出高速公路解凍為什么要撒鹽？靜脈注射時(shí)為什么只能使用一定濃度的生理鹽水？為什么菜湯喝起來比開水燙。根據(jù)表面化學(xué)的特點(diǎn)提出為什么防雨布可以防雨？根據(jù)表面活性劑的特點(diǎn)提出洗衣服的基本原理是什么？農(nóng)藥噴灑為什么要用到表面活性劑？根據(jù)膠體化學(xué)的內(nèi)容提出江河入海處三角洲是怎樣形成的？溶膠-凝膠法基本原理及應(yīng)用有哪些？等等。教師可以讓學(xué)生查找相關(guān)問題，也可以教師自己擬定相應(yīng)問題，并將其分配給學(xué)生去課后準(zhǔn)備，查閱資料，制作好相應(yīng)的PPT講解內(nèi)容，然后在專門的討論課上進(jìn)行講述，最后由教師進(jìn)行總結(jié)。

5 結(jié) 論

適當(dāng)組織物理化學(xué)習(xí)題課，可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的認(rèn)知與應(yīng)用能力，要達(dá)到理想的教學(xué)效果，關(guān)鍵在于教師對(duì)課程內(nèi)容的組織、整合能力及教學(xué)方法。實(shí)踐證明，通過習(xí)題課的講授，學(xué)生對(duì)抽象的概念及規(guī)律有了更深入的理解，學(xué)習(xí)興趣也有了較大提高，主觀能動(dòng)性、創(chuàng)造性也得到了進(jìn)一步釋放。

[1] 屈景年,聶雪,李俊年,等.物理化學(xué)習(xí)題課教學(xué)新方法[J].衡陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2011,32(3): 137-140.

[2] 褚玉婷,石文艷,朱雪梅,等.應(yīng)用化學(xué)專業(yè)物理化學(xué)課程教學(xué)改革探討[J].廣州化工，2015,43(7): 211-212.

[3] 趙東江,徐麗英,馬松艷． 食品專業(yè)物理化學(xué)教學(xué)改革探索[J]． 廣東化工，2010，37(12): 163-164．

[4] 楊冬,楊百勤,蘇秀霞,等． 物理化學(xué)教學(xué)方法改革探索[J]． 科教文匯，2012(10):115-116．

[5] 朱昌五.《物理化學(xué)》習(xí)題課教學(xué)的一點(diǎn)嘗試[J]，徐州師范學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，1988(2): 142-146.

[6] 劉燕,李文超,劉茹,等.物理化學(xué)與生產(chǎn)生活應(yīng)用實(shí)例[J].山東化工，2014,43(3): 177-179.

[7] 天津大學(xué)物理化學(xué)教研室.物理化學(xué)[M].5版，北京：高等教育出版社，2012: 106,153-158,114-117.

Exploration on Exercise Class of Physical Chemistry*

LIUJian-zhuang,XIEHui,WANGYue-hui,LEIXue-feng

(Department of Chemistry and Biology, University of Electronic Science and Technology of China Zhongshan Institute, Guangdng Zhongshan 528402, China)

From the characteristics of physical chemistry itself and the existing situation, the main problems and importance of exercise class during the teaching process were elaborated.Some ideas and suggestions were also proposed, including the summarization on curricular content, clarification on basic concepts, problem selection step by step and setting practical discussion sessions through constructing the teaching contents, reforming the teaching mode and methods, and mobilizing the initiative to study physical chemistry, to optimize the effect of exercise class and improve learning interest.

Physical Chemistry; exercise; learning interest

電子科技大學(xué)中山學(xué)院質(zhì)量工程建設(shè)項(xiàng)目(JXTD201503、JY201612)。

劉建莊(1973-)女，碩士，講師，多年從事物理化學(xué)教學(xué)。

謝輝(1976-)，男，博士，副教授，主要研究方向?yàn)楣δ懿牧稀?/p>

C642.1

A

1001-9677(2016)019-0209-02