淺談物理化學(xué)教學(xué)中的“點(diǎn)線串聯(lián)法”

趙樸素+宋潔+李喬琦

摘要：本文介紹了“點(diǎn)線串聯(lián)法”在物理化學(xué)不同層次教學(xué)中的應(yīng)用情況.此法可幫助學(xué)生掌握物理化學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性和邏輯性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率.

關(guān)鍵詞：物理化學(xué)；教學(xué)過(guò)程；基本概念；邏輯推理

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）12-0200-02

物理化學(xué)是化學(xué)類相關(guān)專業(yè)的一門基礎(chǔ)主干課程，其中涉及諸多抽象概念和煩瑣公式及其推導(dǎo)，因而許多學(xué)生不喜歡物理化學(xué)[1-3].另外，隨著物化課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的不斷深入，研究對(duì)象的涵蓋范圍越來(lái)越大，而教師又不注重講解各章節(jié)研究?jī)?nèi)容之間的聯(lián)系.這時(shí)，學(xué)生就會(huì)感覺(jué)學(xué)習(xí)內(nèi)容零散，沒(méi)有主線，以致學(xué)習(xí)毫無(wú)重點(diǎn)和樂(lè)趣.那么，如何在教學(xué)過(guò)程中幫助學(xué)生們知曉所學(xué)知識(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相關(guān)性、完整性、系統(tǒng)性和邏輯性，并快速記憶所學(xué)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物化的興趣，就成為物化教師需要思考的問(wèn)題.針對(duì)上述問(wèn)題，筆者采用以下的“點(diǎn)線串聯(lián)法”加以解決.

一、各章節(jié)內(nèi)容之間的“點(diǎn)線串聯(lián)法”

對(duì)于師范類學(xué)生，我們選用傅獻(xiàn)彩先生等編著的《物理化學(xué)》[4]作為主要參考教材進(jìn)行授課.由于課時(shí)限制，“統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”一章不講.然而，在多年的授課過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生們都是孤立地學(xué)習(xí)各章內(nèi)容，對(duì)于各個(gè)章節(jié)之間的聯(lián)系模糊不清，因而，教學(xué)效果欠佳.為此，對(duì)于化學(xué)熱力學(xué)部分，我們從緒論課開(kāi)始，在各章講授的過(guò)程中，帶領(lǐng)學(xué)生們認(rèn)真閱讀教材目錄，然后，以各章內(nèi)容的研究對(duì)象為“點(diǎn)”，以研究對(duì)象之間的相互拓展關(guān)系為“線”，將各章內(nèi)容串聯(lián)起來(lái)，讓學(xué)生們明白所學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性，從而抓住主要綱目，做到綱舉目張.

二、單個(gè)章節(jié)中相關(guān)內(nèi)容之間的“點(diǎn)線串聯(lián)法”

對(duì)于單個(gè)章節(jié)中相關(guān)內(nèi)容之間，我們也經(jīng)常使用“點(diǎn)線串聯(lián)法”.比如，“多組分系統(tǒng)熱力學(xué)及其在溶液中的應(yīng)用”一章中，化學(xué)勢(shì)的表達(dá)式涉及理想氣體及其混合物、非理性氣體混合物、理想液態(tài)混合物中任一組分、理想稀溶液中任一組分以及非理想液態(tài)混合物中各組分，這些內(nèi)容對(duì)于剛接觸到“化學(xué)勢(shì)”概念的學(xué)生來(lái)說(shuō)，頭緒紛繁復(fù)雜，公式一個(gè)接一個(gè)，不知道應(yīng)該如何記憶.此時(shí)，我們使用“點(diǎn)線串聯(lián)法”，幫助學(xué)生理清思路，找出各個(gè)公式間的關(guān)系進(jìn)行學(xué)習(xí)和記憶.這

4.理想稀溶液中，溶劑A服從Raoult定律，所以，溶劑A的化學(xué)勢(shì)表達(dá)式等同于理想液態(tài)混合物中化合物

三、單個(gè)章節(jié)中某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的“點(diǎn)線串聯(lián)法”

物化教材的每個(gè)章節(jié)都含有多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，有些知識(shí)點(diǎn)既是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，此時(shí)的教學(xué)方法就變得很關(guān)鍵.例如，在講第三章“幾個(gè)熱力學(xué)函數(shù)間的關(guān)系”一節(jié)時(shí)，其中的4個(gè)“基本公式”、8個(gè)“對(duì)應(yīng)系數(shù)關(guān)系”和4個(gè)“Maxwell關(guān)系式”（也是教師們常說(shuō)的“484公式”）在后續(xù)的證明題中很重要，需要學(xué)生們牢記.但是，許多學(xué)生看到偏微分方程就恐懼，因此，大多數(shù)同學(xué)都是死記硬背這些關(guān)系式，這種做法不僅學(xué)習(xí)難度大，而且學(xué)習(xí)效果差.這時(shí)，我們選用“點(diǎn)線串聯(lián)法”教學(xué)，就可以幫助學(xué)生輕松學(xué)會(huì)推導(dǎo)并記住這些關(guān)系式.我們以第一個(gè)基本公式dU=TdS-pdV為“點(diǎn)”，以焓H、亥姆霍茲函數(shù)A和吉布斯自由能G的定義，以及狀態(tài)函數(shù)的全微分性質(zhì)為“線”，將其他所有的基本公式和Maxwell關(guān)系式輕松獲得.

例如，首先掌握第一個(gè)基本公式dU=TdS-pdV的推導(dǎo)：

對(duì)于單組分系統(tǒng)，根據(jù)熱力學(xué)第一定律dU=δQ+δW，在一個(gè)不做非體積功的可逆過(guò)程中，δQ=TdS，δW=-pdV，所以，dU=TdS-pdV.以此公式為“點(diǎn)”.

然后，因?yàn)镠=U+pV，且dH=dU+pdV+Vdp，所以 dH=TdS+Vdp

同理，因?yàn)锳=U-TS，G=H-TS，且dA=dU-TdS-SdT，dG=dH-TdS-SdT，可以得到：dA=-SdT-pdV和dG=-SdT+Vdp.

搞懂了熱力學(xué)4個(gè)基本關(guān)系式的推導(dǎo)，繼續(xù)以dU=TdS-pdV為例，就可以掌握8個(gè)對(duì)應(yīng)系數(shù)關(guān)系和4個(gè)Maxwell關(guān)系式的由來(lái).

第一步，對(duì)于基本關(guān)系式dU=TdS-pdV，它的2個(gè)對(duì)應(yīng)系數(shù)關(guān)系式推導(dǎo)如下：

第三步，用類似的方法可以推導(dǎo)獲得其他6個(gè)對(duì)應(yīng)系數(shù)關(guān)系式和3個(gè)Maxwell關(guān)系式.

至此，“484公式”全部得到.這個(gè)“點(diǎn)線串聯(lián)法”的所有過(guò)程，并不需要學(xué)生死記硬背，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，有效地降低了其恐懼心理.

總之，在整個(gè)物理化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，為了貫徹對(duì)教材內(nèi)容“少而精和博而通”的教學(xué)思想，需要教師不斷地進(jìn)行教學(xué)方法研究.筆者的“點(diǎn)線串聯(lián)法”內(nèi)涵也有待進(jìn)一步地挖掘和完善.

參考文獻(xiàn)：

[1]陳益山.物理化學(xué)教學(xué)改革探索：整合課堂內(nèi)外教學(xué)[J].化學(xué)教育，2015，36（2）：19-22.

[2]趙慧平，陳嶸.淺談物理化學(xué)教學(xué)過(guò)程中的愈講愈“精”[J].化學(xué)教育，2014，35（4）：12-15.

[3]李學(xué)峰，趙艷茹.案例法在物理化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].大學(xué)化學(xué)，2012，27（5）：14-16.

[4]傅獻(xiàn)彩，沈文霞，姚天揚(yáng)，侯文華.物理化學(xué)[M].第5版.北京：高等教育出版社，2005.