以熱力學(xué)第一定律為例談大學(xué)化學(xué)課程教學(xué)的設(shè)計

李兆 曹靜 王永鋒 王亞楠

摘要：文章以熱力學(xué)第一定律為例，說明大學(xué)化學(xué)課程教學(xué)中的教學(xué)設(shè)計，教師引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)化學(xué)的概念，引出化學(xué)需要解決的三個問題，通過做功和熱傳遞的比較，讓學(xué)生在老師的引導(dǎo)下討論外界對系統(tǒng)同時傳熱和做功時應(yīng)如何計算。從教學(xué)目的、教學(xué)方法及教學(xué)過程三個方面進(jìn)行了探討和分析，以期提高大學(xué)化學(xué)課程教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：熱力學(xué)第一定律;教學(xué)設(shè)計;大學(xué)化學(xué)

中圖分類號：O6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9324（2020）21-0311-02

一、前言

大學(xué)化學(xué)在西安航空學(xué)院材料工程學(xué)院屬于一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是材料科學(xué)與工程、材料成型及控制工程兩個專業(yè)的必修課。本課程自2016年開設(shè)以來，分別為材料科學(xué)與工程專業(yè)、材料成型及控制工程專業(yè)共計14個行政班、600余人進(jìn)行了授課。該課選用的教材是高等教育出版社出版的《大學(xué)化學(xué)》，教材符合西安航空學(xué)院應(yīng)用型人才培養(yǎng)理念，教學(xué)效果良好。在大學(xué)化學(xué)課程教學(xué)中，熱力學(xué)是非常重要的一部分內(nèi)容，熱力學(xué)第一定律是熱力學(xué)的基礎(chǔ)，而且在眾多方面有廣泛的應(yīng)用，作者近年來一直進(jìn)行大學(xué)化學(xué)課程的教學(xué)和研究，在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對于熱力學(xué)部分的掌握并不是太理想，而熱力學(xué)部分又是該課程后續(xù)部分的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，因此本文以熱力學(xué)第一定律為例淺談大學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)的設(shè)計，以期提高應(yīng)用型本科教學(xué)效果。

二、教學(xué)思想及目的

教師是整個課堂不可或缺的一部分，但是教師不僅僅是講授知識，而且還要做到和學(xué)生最大限度地溝通和交流，只有這樣，才能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。作為青年教師，在第一次講授大學(xué)化學(xué)課程中，無法完全融入課堂，和學(xué)生的互動不太完善。隨著教學(xué)經(jīng)驗的豐富，作者認(rèn)為教師的主要角色是課堂秩序的維護(hù)者、答疑者、輔導(dǎo)者、幫助者、咨詢者、引導(dǎo)者等。教師不僅要指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會本課的知識和技術(shù)，還要培養(yǎng)學(xué)生的思維方法，引導(dǎo)學(xué)生掌握一定的學(xué)習(xí)方法，養(yǎng)成自主探究的精神風(fēng)貌，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生“學(xué)會”“會學(xué)”“樂學(xué)”。從“知行合一”思想出發(fā)，讓學(xué)生在實踐中、在探究中、在解決問題及完成任務(wù)的過程中掌握知識和技術(shù)，將書本上的、教師講的知識內(nèi)化為自己的認(rèn)知。在本節(jié)教學(xué)中，教學(xué)目的包括如下四點(diǎn)：（1）理解和掌握物體跟外界做功和熱傳遞的過程W、Q、ΔU的物理意義;（2）理解熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q;（3）會用ΔU=W+Q分析和計算問題;（4）學(xué)習(xí)化學(xué)家勤奮的精神，掌握歸納問題的方法。

三、教學(xué)方法

在熱力學(xué)第一定律的教學(xué)過程中，作者采用的教學(xué)方法主要是：通過做功和熱傳遞的比較，讓學(xué)生在老師的引導(dǎo)下討論外界對系統(tǒng)同時傳熱和做功時應(yīng)如何計算。引導(dǎo)學(xué)生歸納熱力學(xué)第一定律。通過習(xí)題進(jìn)行鞏固。引導(dǎo)學(xué)生理解表達(dá)式中各物理量正負(fù)的意義。一定要對功和熱的正負(fù)做好取舍和判斷。

同時結(jié)合本節(jié)教材的特點(diǎn)，為了突出重點(diǎn)、突破難點(diǎn)，教學(xué)中采用互動探究式的教學(xué)方法，使學(xué)生參與到教學(xué)活動中，教師在適當(dāng)?shù)臅r候進(jìn)行點(diǎn)撥和小結(jié)。通過用定量計算的例題講解及課件展示來加深大家對知識的理解。提倡發(fā)現(xiàn)法，鼓勵學(xué)生開展基于資源的自主、探究、合作學(xué)習(xí)。培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、自學(xué)能力、探究能力、合作能力和問題解決能力。使學(xué)生的學(xué)習(xí)由“模仿型”學(xué)習(xí)向“創(chuàng)造型”學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，把知識轉(zhuǎn)化為能力，促進(jìn)有效的學(xué)習(xí)。

四、教學(xué)過程

在整個教學(xué)過程中，首先通過回顧上節(jié)課重點(diǎn)內(nèi)容—化學(xué)的四大分支學(xué)科，引出化學(xué)中熱力學(xué)的重要性。以I2（g）+ H2（g）==2HI（g）;ΔH=-9.48 kJ /mol 為例，引導(dǎo)學(xué)生討論一個化學(xué)反應(yīng)由物質(zhì)變化和能量變化兩部分構(gòu)成。

其次，引導(dǎo)學(xué)生理解并掌握在研究化學(xué)反應(yīng)的過程中必然會發(fā)生的三個問題，分別是：在哪些物質(zhì)之間能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在哪些物質(zhì)之間不能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)？如果反應(yīng)能夠進(jìn)行，就要知道反應(yīng)將進(jìn)行到什么程度？反應(yīng)過程中能量變化關(guān)系如何以及是否伴隨有熱效應(yīng)？

再次，提出熱力學(xué)能的概念：系統(tǒng)內(nèi)所有微觀粒子的全部能量之和，也稱內(nèi)能。用U表示，U是狀態(tài)函數(shù)。以一個封閉系統(tǒng)為例，熱力學(xué)能U1，從環(huán)境吸收熱Q，得功W，變到狀態(tài)2，熱力學(xué)能U2。畫出實際變化過程。具體過程如下：

熱力學(xué)第一定律示意圖

最后應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)熱力學(xué)第一定律：一個熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。同時再次強(qiáng)調(diào)其表達(dá)式：ΔU = Q +W。

五、結(jié)論

化學(xué)是一門基礎(chǔ)學(xué)科，大學(xué)化學(xué)是材料類專業(yè)的一門必修課，熱力學(xué)部分的學(xué)習(xí)可讓學(xué)生為后續(xù)學(xué)習(xí)材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料熱力學(xué)等專業(yè)核心課程打下基礎(chǔ)。本文以熱力學(xué)第一定律為例，從教學(xué)目的、教學(xué)方法及教學(xué)過程三個方面進(jìn)行了探討和分析，以期培養(yǎng)具有分析能力、創(chuàng)新能力的人才，為應(yīng)用型本科教學(xué)提供了新的思路。

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Abstract： This paper takes the ?First Law of Thermodynamics as an example to illustrate the teaching design of College Chemistry. Teachers guide students to review the concepts in the course， and put forward three problems that need to be solved in chemistry. By comparing work and heat transfer， students are guided to discuss how to calculate the externally transferred heat and work of the system. This article discusses and analyzes from teaching purposes， teaching methods and teaching process in order to improve the teaching effect of College Chemistry.

Key words： First Law of Thermodynamics; teaching design; College Chemistry