歸納式教學(xué)法在物理化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

常焱瑞 張莉莉

【摘 要】針對(duì)物理化學(xué)理論性強(qiáng)，抽象概念多、公式繁瑣、學(xué)習(xí)和教學(xué)難度大的特點(diǎn)，本文以南京大學(xué)第五版《物理化學(xué)》教材為例，結(jié)合課堂教學(xué)實(shí)踐，簡要談?wù)剼w納式教學(xué)法在物理化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。歸納式教學(xué)有利于發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，對(duì)章節(jié)內(nèi)容整體把握，使之形成一條完整的知識(shí)鏈，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力，激發(fā)靈感形成創(chuàng)造性的思維和發(fā)現(xiàn)，有效提高物理化學(xué)課堂教學(xué)的效率。

【關(guān)鍵詞】歸納式；物理化學(xué)；課堂教學(xué)

物理化學(xué)是從物質(zhì)的物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象的聯(lián)系入手，來探求化學(xué)變化基本規(guī)律的一門科學(xué)，簡言之，“用物理的手段研究化學(xué)的規(guī)律”，是化學(xué)化工學(xué)院各專業(yè)要求的專業(yè)必修課程，也是化學(xué)學(xué)科以及在分子層次上研究物質(zhì)變化的其他學(xué)科的理論基礎(chǔ)，具有理論性強(qiáng)、抽象概念多、公式推理繁雜、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，與化學(xué)其他基礎(chǔ)學(xué)科相比，無論是教還是學(xué)，難度明顯加大。

傳統(tǒng)的物理化學(xué)課堂教學(xué)以演繹法為主，在這種教學(xué)過程中，學(xué)生所接受的知識(shí)往往是以定論的形式呈現(xiàn)出來的普遍真理，學(xué)生所要做的就是接受而非質(zhì)疑，是利用這些原理、公式、定律去解決問題，而非發(fā)現(xiàn)問題，即使能夠理解概念、理論，大多也只是一堆枯燥的文字和公式，學(xué)生只能被動(dòng)接受。演繹法有利于提高學(xué)生的分析、解決問題的能力，但不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。而物理化學(xué)的教學(xué)本質(zhì)是不僅能使學(xué)生獲取解決問題所需要的基本概念、基本理論和基本的技能，更重要的是能夠培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。歸納式教學(xué)有利于發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，對(duì)章節(jié)內(nèi)容整體把握，形成一條完整的知識(shí)鏈，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力，激發(fā)靈感形成創(chuàng)造性的思維和發(fā)現(xiàn)，能夠有效的提高物理化學(xué)課堂教學(xué)的效率。本文以傅獻(xiàn)彩先生主編的《物理化學(xué)》第五版教材為例，結(jié)合課堂教學(xué)實(shí)踐，簡要談?wù)剼w納式教學(xué)法在物理化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。

1.理清章節(jié)脈絡(luò)，抓住主要矛盾

作為教學(xué)活動(dòng)的媒介，教材對(duì)教學(xué)活動(dòng)具有重要的導(dǎo)向作用，然而傳統(tǒng)的教科書編寫幾乎采用的都是演繹式，演繹的方法只能驗(yàn)證真理而不能發(fā)現(xiàn)真理，運(yùn)用演繹法培養(yǎng)起來的演繹思維，只能進(jìn)行模仿，而難以進(jìn)行創(chuàng)造。而在教學(xué)實(shí)際中，教師無需嚴(yán)格按照教材編寫順序講解，總體上以學(xué)生思維為導(dǎo)向，明確主線，順藤摸瓜，使學(xué)生循序漸進(jìn)的深入課堂，這有利于幫助學(xué)生形成思維的系統(tǒng)性，更好的達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

以第三章“熱力學(xué)第二定律”內(nèi)容為例，本章一共分為17小節(jié)，結(jié)合本校學(xué)生實(shí)際情況，除去帶星號(hào)的3節(jié)，還需學(xué)習(xí)14節(jié)內(nèi)容，對(duì)初學(xué)者來說內(nèi)容較為繁重。在新課學(xué)習(xí)之初，首先給學(xué)生展示本章脈絡(luò)（圖1）。

本章內(nèi)容雖然較多，但實(shí)際上主要圍繞三大模塊（圖1），且三部分層層遞進(jìn)，由分到總，其中第一模塊“狀態(tài)函數(shù)S、G、A的概念及變化值的計(jì)算”是本章重點(diǎn)，主要涉及3.1-3.5，3.7-3.10，3.12，3.14共11小節(jié)，可以說是本章的核心內(nèi)容；第二模塊“過程可逆性的三大判據(jù)”實(shí)際上是對(duì)第一部分的總結(jié)和應(yīng)用，只有熟練掌握了各種過程中ΔS、ΔG、ΔA的計(jì)算方法，才有可能將其應(yīng)用于實(shí)際來判斷該過程是否自發(fā)；第三模塊“熱力學(xué)基本方程式及其推論”是對(duì)熱力學(xué)第一、二定律的聯(lián)合應(yīng)用，講述熱力學(xué)的狀態(tài)函數(shù)內(nèi)能U、焓H、熵S、Helmholtz自由能A、Gibbs自由能G、壓力p、溫度T和體積V之間的關(guān)系，是對(duì)前兩章的總結(jié)。

理清章節(jié)思路后，課堂講授無需嚴(yán)格按照教材編寫順序?？墒紫戎v解熵的引入（3.1-3.4）、接著熵變的計(jì)算（3.7）、熵增加原理（3.5）、熵的微觀意義（3.8和3.9），最后通過熱力學(xué)第三定律引入規(guī)定熵這個(gè)概念（3.14），至此，熵函數(shù)的內(nèi)容全部講授完畢，遵循由易到難，由宏觀到微觀，既容易理解又幫助區(qū)分。接下來是有關(guān)Helmholtz自由能和Gibbs自由能的概念和ΔG的計(jì)算（3.10、3.12），然后進(jìn)行“過程可逆性的判據(jù)”（3.11），對(duì)前一部分內(nèi)容的小結(jié)有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)中整體把握。最后是“熱力學(xué)基本方程及其推論”，具體涉及教材的3.6和3.13節(jié)，將熱力學(xué)第一定律和第二定律聯(lián)合應(yīng)用，幫助學(xué)生總結(jié)和回顧熱力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，更加有利于培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)、科學(xué)的思維。

與此類似的本教材第四章“多組分系統(tǒng)熱力學(xué)及其在溶液中的應(yīng)用”章節(jié)脈絡(luò)見圖2。此處不再一一贅述。

2.總結(jié)歸納，由此及彼

以第三章的熱力學(xué)基本關(guān)系式及其推論為例，說明在課堂講授中如何應(yīng)用總結(jié)歸納的方法幫助學(xué)生快速有效的記憶相關(guān)公式。

本小節(jié)公式多達(dá)20個(gè)，以Maxwell關(guān)系式尤為繁瑣難記：

（2.1） （2.2）

（2.3） （2.4）

但若掌握了熱力學(xué)四個(gè)基本關(guān)系式：

不難發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：

其中同號(hào)為正，異號(hào)為負(fù)。如公式2.5中T、p分別為偏微分dS、dV的系數(shù)，且兩項(xiàng)的符號(hào)相反，套用公式2.9，即可得到公式2.1。其余公式可請(qǐng)讀者自行試之。

3.順藤摸瓜，理清來龍去脈

以第十章“電解與極化作用”中超電勢(shì)的計(jì)算為例，在教學(xué)過程中，總有同學(xué)混淆陰陽兩極的超電勢(shì)。實(shí)際上，只要深刻理解“極化作用使陰極電勢(shì)更負(fù)，陽極電勢(shì)更正”和“超電勢(shì)是指電極電勢(shì)超出平衡態(tài)的差值，其結(jié)果總為正值”這兩句話，不難將二者區(qū)分開。

極化作用后，陰極上電極電勢(shì)更負(fù)，即φ（不可逆）<φ（可逆），故：

（2.10）

陽極電極電勢(shì)更正，即φ（可逆）<φ（不可逆），故：

（2.11）

類似的還有熱力學(xué)中熵變的計(jì)算，熵變的計(jì)算公式多種多樣，且不同的過程使用不同的公式，因而也是教學(xué)中的難點(diǎn)，但其實(shí)熵變所有的公式都來源于其定義式：

，其中Q■指的是可逆過程的熱

如理想氣體的等溫可逆膨脹或壓縮過程：等溫pVT變化，理想氣體的內(nèi)能僅是溫度的函數(shù)，所以內(nèi)能不變?chǔ)=0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W，且本身是可逆過程，無需另

外設(shè)計(jì)，有 ，

所以熵變 。而對(duì)于理想氣體的等容變溫的可逆過程中，因?yàn)槭堑热葸^程，所以體積功W=0，Q=ΔU，根據(jù)pVT變化中

即可得出 。

以上只是筆者在教學(xué)實(shí)踐中的一點(diǎn)心得體會(huì)，物理化學(xué)是一門博大精深的學(xué)科，如何教好、學(xué)好物理化學(xué)，并將其靈活運(yùn)用于實(shí)際，還需在今后的教學(xué)中不斷摸索，總結(jié)提高。

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