化學(xué)熱力學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)研究

張晶晶

摘 要：化學(xué)熱力學(xué)是一種非常有用的基礎(chǔ)理論，在大學(xué)化學(xué)中占有重要地位。本文以化學(xué)熱力學(xué)為研究對(duì)象，通過(guò)分析教學(xué)對(duì)象、教學(xué)內(nèi)容，研究教學(xué)問(wèn)題，來(lái)更好地進(jìn)行教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)，方便學(xué)生更好地接受新知識(shí)，從而達(dá)到較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：化學(xué)熱力學(xué) 教學(xué)設(shè)計(jì)

1 教學(xué)對(duì)象分析

學(xué)生來(lái)源不同，所學(xué)習(xí)的教材版本不同，其中以人教版教材使用最為廣泛。學(xué)生在中學(xué)化學(xué)中已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)熱力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，此外，在大學(xué)物理的學(xué)習(xí)中也已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)熱力學(xué)的相關(guān)概念定理，知道熱力學(xué)基本定律的內(nèi)容，了解了其在生產(chǎn)實(shí)踐中的相關(guān)應(yīng)用，會(huì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算，具有一定的知識(shí)儲(chǔ)備。這些都有利于教師根據(jù)人的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律來(lái)開(kāi)展教學(xué)，由淺入深、由已知到未知來(lái)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，以便學(xué)生能夠更加容易接受新的概念知識(shí)。

2 教學(xué)內(nèi)容分析

化學(xué)熱力學(xué)知識(shí)在《大學(xué)化學(xué)》[1]第二篇“化學(xué)反應(yīng)的基本規(guī)律”中進(jìn)行講授，包括四部分。第一部分介紹了化學(xué)熱力學(xué)的基本概念，包括系統(tǒng)與環(huán)境、系統(tǒng)的性質(zhì)和狀態(tài)、過(guò)程和途徑、狀態(tài)函數(shù)。第二部分介紹了熱力學(xué)第一定律，包括熱力學(xué)能、熱和功、熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。第三部分介紹了焓與化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，包括焓、化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)、蓋斯定律、化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的計(jì)算。第四部分介紹了化學(xué)反應(yīng)的方向，包括自發(fā)過(guò)程、熱力學(xué)第二定律、熵、化學(xué)反應(yīng)的熵變、吉布斯函數(shù)和化學(xué)反應(yīng)的方向。

3 教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

在課題導(dǎo)入時(shí)，可以從學(xué)生以往的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)入手，設(shè)計(jì)以下問(wèn)題：什么是熱力學(xué)？什么是化學(xué)熱力學(xué)？化學(xué)熱力學(xué)的研究對(duì)象及其局限性是什么？化學(xué)熱力學(xué)與化學(xué)動(dòng)力學(xué)的區(qū)別在哪？采用提問(wèn)的方法讓學(xué)生思考，引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)思想的角度分析問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)思維。這樣可以引發(fā)學(xué)生思考，使學(xué)生更容易接受新的知識(shí)，從而引出課題化學(xué)熱力學(xué)。緊接著舉例說(shuō)明化學(xué)熱力學(xué)在航空航天及軍事上的應(yīng)用，來(lái)讓學(xué)生進(jìn)一步感知學(xué)習(xí)、研究化學(xué)熱力學(xué)的重要性。

此外，注意從學(xué)生熟悉的概念入手，由淺入深，方便學(xué)員接受新知。比如在講授狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)這一對(duì)新概念時(shí)，可以這樣來(lái)講授：一個(gè)體系的狀態(tài)是由它的一系列物理量所確定的。例如用來(lái)表明氣體狀態(tài)的物理量有P，V，T和n， 當(dāng)這些物理量都有確定值時(shí)，我們就說(shuō)該氣體體系處于一定的狀態(tài)。如果其中一個(gè)物理量發(fā)生改變，則體系的狀態(tài)就隨之而變。我們把這些決定體系狀態(tài)的物理量稱為狀態(tài)函數(shù)。用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)說(shuō)就是，系統(tǒng)的性質(zhì)和狀態(tài)間，存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，也就是說(shuō)存在著一定的函數(shù)關(guān)系。系統(tǒng)的每一個(gè)物理、化學(xué)性質(zhì)都是狀態(tài)的函數(shù)，簡(jiǎn)稱狀態(tài)函數(shù)。這樣通過(guò)學(xué)生熟悉的描述氣體狀態(tài)的各物理量入手，可以幫助學(xué)生理解復(fù)雜概念。并輔以練習(xí)，幫助學(xué)員鞏固理解所學(xué)習(xí)的新知識(shí)。

將易混淆的概念，進(jìn)行對(duì)比分析，幫助學(xué)員厘清概念本質(zhì)區(qū)別。比如，可以將標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓和標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓對(duì)比進(jìn)行分析，抓住其定義中的關(guān)鍵詞和不同點(diǎn)，對(duì)比進(jìn)行記憶。即標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓強(qiáng)調(diào)反應(yīng)物為最穩(wěn)定單質(zhì)以及生成物物質(zhì)的量為1mol，而標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓強(qiáng)調(diào)反應(yīng)物物質(zhì)的量為1mol以及反應(yīng)物完全燃燒（或完全氧化），這樣放一起對(duì)比清晰明了，學(xué)生也不易混淆，對(duì)概念的理解也會(huì)進(jìn)一步加深，可以讓學(xué)生主觀上進(jìn)行知識(shí)框架的建構(gòu)，形成整體的感知，而不是單調(diào)的機(jī)械記憶。

在講授化學(xué)反應(yīng)方向一節(jié)時(shí)，可通過(guò)比較熱力學(xué)第一定律和第二定律的研究方向，引發(fā)學(xué)生共鳴，從而引出主題。再舉例說(shuō)明日常生活中常見(jiàn)的一些自發(fā)過(guò)程，如熱總是會(huì)從高溫物體傳向低溫物體，直至溫度相同;水會(huì)自發(fā)地從高處流向低處;還有鋅置換硫酸銅這個(gè)反應(yīng)，由金屬活動(dòng)性順序表我們知道，鋅的活動(dòng)性順序在銅前面，可以將其從鹽溶液中置換出來(lái)，這個(gè)反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，不需要外加條件;此外，還有我們生活中常見(jiàn)的現(xiàn)象，鋼鐵放久了，表面會(huì)有一層鐵銹生成，這個(gè)過(guò)程也是自發(fā)地。像這種，在指定條件下，不需要外力作用就能夠自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程或者反應(yīng)，我們稱之為自發(fā)過(guò)程或自發(fā)反應(yīng)。這樣設(shè)計(jì)從學(xué)生熟知的生活現(xiàn)象入手，很自然的引出自發(fā)過(guò)程的定義。一切自發(fā)過(guò)程都具有確定的方向，那么，對(duì)于某一個(gè)化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，找到判斷自發(fā)過(guò)程方向的判據(jù)具有重要意義。緊接著舉例吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行，從而引起學(xué)生認(rèn)知沖突，設(shè)置好問(wèn)題情境，接著進(jìn)一步提問(wèn)：怎樣判斷化學(xué)反應(yīng)的方向呢？影響過(guò)程自發(fā)性的因素有兩種，我們?nèi)绾谓y(tǒng)一呢？這樣可以引起學(xué)生的思維發(fā)生碰撞主動(dòng)參與進(jìn)課堂中去，更好地理解知識(shí)，這時(shí)候再來(lái)總結(jié)影響自發(fā)過(guò)程的因素。然后從高中所學(xué)習(xí)過(guò)的熱力學(xué)第二定律及熱力學(xué)第三定律入手，進(jìn)而引出熵，熵增加原理，熵變，方便學(xué)生接受新的概念知識(shí)。在此基礎(chǔ)上，引出非常重要的狀態(tài)函數(shù)即吉布斯函數(shù)，之后再重點(diǎn)講解怎樣判斷化學(xué)反應(yīng)的方向及如何計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)吉布斯函數(shù)變。每一種計(jì)算方法后輔以練習(xí)，鞏固理解新知識(shí)，使學(xué)生能夠理清思緒，并將難以區(qū)分、易混淆的概念抓住要點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析記憶。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張煒.大學(xué)化學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

陸軍步兵學(xué)院 （江西省南昌市 330000）