新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換形式下物理化學(xué)教學(xué)改革的探索

張樹芹

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，山東 泰安 271018)

2018年1月，國務(wù)院批復(fù)山東建設(shè)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換綜合試驗(yàn)區(qū)，這是十九大后獲批的首個(gè)區(qū)域性國家發(fā)展戰(zhàn)略，也是全國第一個(gè)以新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換為主題的區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略，為山東高質(zhì)量發(fā)展帶來了重大歷史機(jī)遇。2018年3月山東農(nóng)業(yè)大學(xué)召開落實(shí)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換重大工程工作會(huì)議，全校上下進(jìn)一步統(tǒng)一思想、提高認(rèn)識(shí)，以習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo)，全面貫徹落實(shí)黨的十九大精神，把落實(shí)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換重大工程作為加快學(xué)校內(nèi)涵建設(shè)的重大機(jī)遇，推動(dòng)學(xué)校思想再解放、改革再深入、工作再抓實(shí)，強(qiáng)優(yōu)勢、補(bǔ)短板、重提升，奮力提速趕超 ，為我省新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換提供智力支持與人才保障，為現(xiàn)代化強(qiáng)省建設(shè)貢獻(xiàn)“山農(nóng)力量”。全體教師要立足本職崗位，結(jié)合教學(xué)科研實(shí)際，在實(shí)踐中磨煉意志、增強(qiáng)本領(lǐng)，在提高培養(yǎng)質(zhì)量、增強(qiáng)科研 能力、提高社會(huì)服務(wù)水平上下功夫[1]。作為一名從事物理化學(xué)教學(xué)的教師，如何把新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換貫徹到教學(xué)過程中？我們做了一些積極的嘗試。

1 精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容

物理化學(xué)是從研究化學(xué)現(xiàn)象和物理現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系入手，應(yīng)用物理學(xué)的基本原理、實(shí)驗(yàn)方法和必要的數(shù)學(xué)手段，從而探求化學(xué)變化中具有普遍性的基本規(guī)律的科學(xué)。物理化學(xué)是農(nóng)林院校食品、農(nóng)藥、生物工程和環(huán)境科學(xué)等專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，對學(xué)生后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)起承上啟下的作用。物理化學(xué)主要是為了解決生產(chǎn)實(shí)際和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中向化學(xué)提出的理論問題，揭示化學(xué)變化的本質(zhì)，更好地駕馭化學(xué)，使之為生產(chǎn)實(shí)際服務(wù)[2]。

物理化學(xué)理論性比較強(qiáng)，教學(xué)過程中若能注意理論和實(shí)際相結(jié)合，使學(xué)生感到學(xué)有所用，從而可以激發(fā)起他們的學(xué)習(xí)興趣。

物理化學(xué)化學(xué)熱力學(xué)中講到熱機(jī)效率這一概念時(shí)結(jié)合中國的鐵路發(fā)展經(jīng)歷具體闡述了新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的必要性和重要性。中國的鐵路發(fā)展經(jīng)歷了從蒸汽機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)車、電力機(jī)車到磁懸浮列車、動(dòng)車組的發(fā)展。蒸汽機(jī)車的熱效率太低，其總效率一般只有8%；煤水消耗量很大，且對環(huán)境污染較大，因此，在現(xiàn)代鐵路運(yùn)輸中，蒸汽機(jī)車已被其他新型機(jī)車所取代。中國鐵路從1958年開始制造內(nèi)燃機(jī)車，東風(fēng)型機(jī)車是最早投入批量生產(chǎn)的機(jī)型。在生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)車的同時(shí)，中國還先后從美國、德國等國家進(jìn)口了不同數(shù)量的內(nèi)燃機(jī)車，隨著鐵路高速化和重載化進(jìn)程的加快，正在進(jìn)一步研究設(shè)計(jì)、開發(fā)與之相適應(yīng)的內(nèi)燃機(jī)型。內(nèi)燃機(jī)車的熱效率可達(dá)30%左右，但內(nèi)燃機(jī)車最大的缺點(diǎn)是對大氣和環(huán)境的污染，而逐漸向電力過渡。電力機(jī)車具有功率大、過載能力強(qiáng)、牽引力大、速度快、整備作業(yè)時(shí)間短、維修量少、運(yùn)營費(fèi)用低、便于實(shí)現(xiàn)多機(jī)牽引、能采用再生制動(dòng)以及節(jié)約能量等優(yōu)點(diǎn)[3]。如今，走向“高鐵時(shí)代”的中國鐵路，正大力發(fā)展電氣化鐵路。這種理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)方法學(xué)生聽起來更有興趣，對教學(xué)內(nèi)容的理解也更深刻。

物理化學(xué)講到電化學(xué)一章關(guān)于電池的內(nèi)容時(shí)，增加新能源電池的相關(guān)內(nèi)容。(1)金屬氫化物鎳蓄電池是一種常見的新能源電池，通常被安裝于電動(dòng)車上，其工作過程中產(chǎn)生的電壓一般為1.2V。同時(shí)，金屬氫化物鎳蓄電池負(fù)極活性物質(zhì)使用的是無毒無害的稀土合金及TiNi合金貯氫材料。(2)鋰離子蓄電池最常用于手機(jī)等電子設(shè)備中，是一種二次電池，能夠進(jìn)行多次充電、反復(fù)使用。鋰離子蓄電池工作過程中，鋰離子在電池正極與負(fù)極之間的來回移動(dòng)；同時(shí)，在電池放電過程中，鋰離子也能夠在正負(fù)電極之間來回移動(dòng)，不斷的嵌入與脫嵌；而在充電過程中，鋰離子從正極脫嵌，通過電解質(zhì)移動(dòng)的負(fù)極，產(chǎn)生嵌入反應(yīng)。鋰離子電池在使用過程中也不會(huì)產(chǎn)生有毒有害的物質(zhì)，為綠色環(huán)保型電池。(3)燃料電池在工作過程中，將燃料中的能量釋放出來，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為電能，也是市場上常見的一種新能源電池。燃料電池節(jié)能環(huán)保、能量轉(zhuǎn)化率高、容量大、比能量高、功率高、不用充電等。燃料電池成本高，目前應(yīng)用最多的是飛船、國防、潛艇及燈塔等領(lǐng)域中。而實(shí)際上，在電動(dòng)車的研發(fā)領(lǐng)域中，燃料電池也是非常理想的動(dòng)力源之一。(4)太陽能電池主要是利用半導(dǎo)體硅、硒等作為原材料，通過特定的方式使其發(fā)生光電效應(yīng)，將接收到的太陽光能轉(zhuǎn)化為電能，最終被應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)、生活中。太陽能電池使用過程中不需要燃料，工作過程中產(chǎn)生的噪聲非常小，對環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生任何的污染，能源轉(zhuǎn)化率非常高；此外，太陽能電池的維護(hù)工作也非常方便。太陽能電池就被廣泛地應(yīng)用于國防、航天航空、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)、通信及公共設(shè)施等眾多領(lǐng)域中。教學(xué)內(nèi)容中增加新舊電池的比較以及電池的未來趨勢[4]。在能源制約、環(huán)境污染等大背景下，我國政府把發(fā)展新能源汽車作為解決能源及環(huán)境問題、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重大舉措，各汽車生產(chǎn)企業(yè)也將新能源汽車作為搶占未來汽車產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)的重要戰(zhàn)略方向。在政府與企業(yè)的共同努力下，我國新能源汽車行業(yè)近幾年展現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭。目前新能源汽車科技攻關(guān)點(diǎn)在：1)電池技術(shù)；2)動(dòng)力總成系統(tǒng)；3)電控系統(tǒng)。激發(fā)同學(xué)們的責(zé)任感和對課程內(nèi)容的積極性，學(xué)有用武之地。

2 多媒體與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合

多媒體教學(xué)能夠?qū)⒔虒W(xué)信息以圖形圖像、聲音、文字、動(dòng)畫、視頻等直觀形象地呈現(xiàn)出來，改變了物理化學(xué)枯燥單調(diào)的局面，為物理化學(xué)教學(xué)增添了生機(jī)和活力，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，可逆過程是熱力學(xué)部分抽象難理解的概念之一。多媒體的動(dòng)態(tài)效果可以形象地表達(dá)出當(dāng)外壓改變時(shí)系統(tǒng)體積的變化，以及系統(tǒng)與環(huán)境間交換體積功的大小，為可逆過程概念的順利提出和準(zhǔn)確理解奠定了良好基礎(chǔ)，對于可逆熱機(jī)的效率最大也有了更進(jìn)一步的理解，這樣就把新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換與教學(xué)內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合。多媒體為物理化學(xué)教學(xué)插上了翅膀，彰顯了多媒體的魅力，分解了物理化學(xué)的難度[5-7]。