宋江鋒，胡拖平，安富強(qiáng)，酒紅芳，陳志萍

(中北大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系，山西　太原　030051)

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物理化學(xué)“實(shí)例化”教學(xué)模式的研究*

宋江鋒，胡拖平，安富強(qiáng)，酒紅芳，陳志萍

(中北大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系，山西太原030051)

物理化學(xué)課程內(nèi)容體系繁多、理論性強(qiáng)、概念抽象，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)難度大，積極性不高。為解決上述問(wèn)題，作者特提出物理化學(xué)“實(shí)例化”教學(xué)模式，并提出實(shí)例化教學(xué)模式的六種途徑：(1) 抽象概念的關(guān)聯(lián)化、具體化；(2)要注重物理化學(xué)中的近似處理；(3)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相結(jié)合；(4)與科研實(shí)踐相結(jié)合；(5)與企業(yè)實(shí)際結(jié)合；(6)與日常生活相結(jié)合。通過(guò)“實(shí)例化”教學(xué)有助于讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)物理化學(xué)理論、已學(xué)知識(shí)、實(shí)踐形成有效關(guān)聯(lián)，使抽象知識(shí)更加容易理解、學(xué)習(xí)及應(yīng)用。

物理化學(xué)； 教學(xué)模式；實(shí)例化；學(xué)習(xí)興趣

物理化學(xué)是利用物理的原理和方法來(lái)探討化學(xué)過(guò)程中基本規(guī)律和基本原理的一門學(xué)科，是高等學(xué)?；瘜W(xué)教育的骨干課程[1-4]。物理化學(xué)涉及熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、化學(xué)平衡、相平衡、界面化學(xué)、膠體化學(xué)及量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)等內(nèi)容，是化學(xué)與化工、材料、成型加工、制藥、火炸藥、生物等學(xué)科的理論基礎(chǔ)，其重要性是不容置疑的。在我們學(xué)校學(xué)習(xí)物理化學(xué)的專業(yè)主要集中在材料學(xué)院，化工與環(huán)境學(xué)院以及理學(xué)院化學(xué)學(xué)科部。物理化學(xué)的學(xué)時(shí)從40學(xué)時(shí)到104學(xué)時(shí)，各個(gè)專業(yè)分布不同?，F(xiàn)如今，物理化學(xué)的教學(xué)模式主要采用的是講授式教學(xué)法，它重在教師講解，但是物理化學(xué)內(nèi)容體系繁多、理論性強(qiáng)、概念抽象、數(shù)據(jù)處理麻煩，同時(shí)涉及高等數(shù)學(xué)的相關(guān)知識(shí)，導(dǎo)致學(xué)生普遍反映該課程難懂，難學(xué)，課本知識(shí)和實(shí)際缺乏聯(lián)系，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，從而給學(xué)生的學(xué)習(xí)造成了很大難度。再考慮到開(kāi)課時(shí)學(xué)生所具備的化學(xué)背景偏薄弱，導(dǎo)致物理化學(xué)的教和學(xué)十分困難?；谝陨系姆治?，我們提出了物理化學(xué)“實(shí)例化”教學(xué)模式的教學(xué)方法。實(shí)例化教學(xué)模式的目的是把物理化學(xué)理論和實(shí)際存在的基礎(chǔ)概念、相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、科學(xué)研究、企業(yè)生產(chǎn)及日常生活實(shí)踐相聯(lián)系進(jìn)而使得知識(shí)易于理解的一種教學(xué)模式。通過(guò)這種實(shí)例化教學(xué)模式讓學(xué)生了解知識(shí)學(xué)習(xí)的整體性和應(yīng)用性，從而提高學(xué)習(xí)的積極性。如何有效實(shí)施“實(shí)例化”教學(xué)模式，我們主要從以下七種途徑進(jìn)行分析、探索。

1　抽象概念的關(guān)聯(lián)化、具體化

抽象概念的關(guān)聯(lián)化，是把物理化學(xué)知識(shí)和實(shí)際生活中已有的概念進(jìn)行對(duì)比、聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)物理化學(xué)抽象概念的關(guān)聯(lián)化、具體化和實(shí)際化，從而把抽象的物理化學(xué)概念轉(zhuǎn)化成易懂的、具有實(shí)例的概念。由于物理化學(xué)課程固有的抽象性，一些核心概念的教學(xué)，還在采用抽象定義、數(shù)學(xué)公式、數(shù)值計(jì)算的模式，使得相關(guān)的概念、理論無(wú)法真正為學(xué)生所理解。因此，教師必須選取有利于學(xué)生理解和掌握的知識(shí)結(jié)構(gòu)和表達(dá)方式進(jìn)行講述。例如，狀態(tài)是熱力學(xué)中的一個(gè)重要概念，但是狀態(tài)非常抽象，但是如果我們把狀態(tài)比作數(shù)學(xué)上坐標(biāo)點(diǎn)，而描述狀態(tài)函數(shù)的物理量比作描述數(shù)學(xué)坐標(biāo)，這樣就有效地把狀態(tài)進(jìn)行關(guān)聯(lián)化。利用這樣的關(guān)聯(lián)可以有效的分清過(guò)程和途徑的區(qū)別；再如，熱力學(xué)能的概念，它不僅是“物理化學(xué)”教學(xué)的一個(gè)重點(diǎn)，還是物理化學(xué)教學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)，熱力學(xué)能的絕對(duì)值不可求，但是相對(duì)值可求，熱力學(xué)能的這種特點(diǎn)非常類似我們所說(shuō)的海拔高度，絕對(duì)海拔不可求，但是相對(duì)海拔可以知道。又如，化學(xué)勢(shì)的概念，這個(gè)概念定義非常抽象，在講這個(gè)概念時(shí)，我們可以先設(shè)問(wèn)：“水為什么從高處流向低處?”，學(xué)生定會(huì)回答因?yàn)楦咛幍乃畡?shì)能高，勢(shì)能越高的物體越不穩(wěn)定，這時(shí)抓住時(shí)機(jī)引入化學(xué)勢(shì)的概念，強(qiáng)調(diào)物理化學(xué)中的化學(xué)勢(shì)和以前所學(xué)習(xí)的勢(shì)能相似，化學(xué)勢(shì)越高的相和物質(zhì)也越不穩(wěn)定。因此，物質(zhì)在相轉(zhuǎn)變和化學(xué)反應(yīng)中會(huì)從化學(xué)勢(shì)高的相自發(fā)向化學(xué)勢(shì)低的相進(jìn)行轉(zhuǎn)移。在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該注重概念和已經(jīng)建立的概念進(jìn)行關(guān)聯(lián)，特別是生活常識(shí)，從而使得抽象概念簡(jiǎn)單化、形象化。

有一些抽象的概念不能進(jìn)行簡(jiǎn)單的關(guān)聯(lián)，但是我們可以通過(guò)具體的例子實(shí)現(xiàn)抽象概念的具體化。比如偏摩爾量，在講述這個(gè)概念時(shí)，我們可以通過(guò)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)來(lái)引入偏摩爾量的概念，比如，當(dāng)一定量的水與乙醇進(jìn)行混合時(shí)，混合前液體的體積之和與混合后液體的總體積存在偏差，即液體混合物的體積不再具有簡(jiǎn)單的加和性，也就是摩爾體積在混合體系中不能使用，這樣便產(chǎn)生了偏摩爾體積的概念。以此類推，讓學(xué)生了解系統(tǒng)的廣度性質(zhì)都具有這樣的特點(diǎn)，從而把各種偏摩爾量引入到課堂中，但是系統(tǒng)的強(qiáng)度性質(zhì)不存在偏摩爾量概念。

2　注重物理化學(xué)中的近似處理

物理化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，總是存在一些假想態(tài)或者理想態(tài)，讓學(xué)生覺(jué)得它太偏重理論，所學(xué)知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用會(huì)有很大的限制，從而產(chǎn)生厭學(xué)情緒。因此在實(shí)際教學(xué)中，要注重物理化學(xué)的近似處理，讓學(xué)生知道這些假想態(tài)涉及的概念、公式都可以在實(shí)際中用到。在教學(xué)過(guò)程中一定要引導(dǎo)學(xué)生理想態(tài)和實(shí)際狀態(tài)很近甚至可以說(shuō)等價(jià)。比如說(shuō)，理想氣體狀態(tài)方程只適用理想氣體，而范德化方程適用實(shí)際氣體，但是我們?nèi)ビ?jì)算一些高壓釜的大約壓力的時(shí)候，可以采用理想氣體方程進(jìn)行估算。再如，標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)也是假想態(tài)，但是我們可以通過(guò)例子表明標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓和實(shí)際摩爾反應(yīng)焓相差很小，也可以做近似相等處理。通過(guò)近似處理，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)和實(shí)際相結(jié)合，增加知識(shí)理解和運(yùn)用，有助于改善學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)的興趣和積極性。

3　與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

實(shí)驗(yàn)是化學(xué)、化工、材料等專業(yè)重要的實(shí)踐課程，是傳授知識(shí)和技能、訓(xùn)練科學(xué)方法和思維、培養(yǎng)科學(xué)精神和品德、全面實(shí)施實(shí)施實(shí)踐化教學(xué)模式最有效的形式之一。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行У仳?yàn)證、加深所學(xué)物理化學(xué)理論。通過(guò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的結(jié)合，能有效地對(duì)以前所學(xué)知識(shí)、技能進(jìn)行很好的回顧。通過(guò)氧彈式量熱計(jì)測(cè)定萘的燃燒熱的實(shí)驗(yàn)，我們能夠?qū)W到很多概念：恒容封閉體系，燃燒焓，燃燒熱，恒容熱，恒壓熱，絕熱，熱傳遞等，同樣的，通過(guò)這些概念涉及到很多的公式如恒壓熱和恒容熱，焓變和熱力學(xué)能變，燃燒焓和反應(yīng)焓，恒容熱和熱力學(xué)能變等關(guān)系式等。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，要把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和課本教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行緊密聯(lián)系，關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的一體化。

除了和物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行聯(lián)系，還要注重其他學(xué)科的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的整體性，盡可能避免知識(shí)學(xué)習(xí)的碎片化?？梢試L試?yán)美梦锢砘瘜W(xué)的相關(guān)理論進(jìn)行分析和討論其他學(xué)科實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)技術(shù)原理和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。比如有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中萃取實(shí)驗(yàn)技能就可以通過(guò)化學(xué)勢(shì)的相關(guān)理論有效地解釋其作用原理；化工和化學(xué)專業(yè)中的精餾和蒸餾的基本原理可以通過(guò)相平衡的相關(guān)理論進(jìn)行闡釋；通過(guò)這種知識(shí)的應(yīng)用讓學(xué)生覺(jué)得物理化學(xué)和其他化學(xué)是相互關(guān)聯(lián)的，是有用途的，這種分析讓學(xué)生能體會(huì)到物理化學(xué)和相關(guān)學(xué)科知識(shí)的聯(lián)系，這樣有助于學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)物理化學(xué)重要性，從而有效地提高教學(xué)質(zhì)量。

4　與科研實(shí)踐相結(jié)合

現(xiàn)代大學(xué)生思維活躍，知識(shí)面廣，求知欲望強(qiáng)，也有很多大學(xué)生積極參加各種創(chuàng)新活動(dòng)?？梢試L試把教學(xué)和科研內(nèi)容進(jìn)行結(jié)合，讓學(xué)生知道本科所學(xué)知識(shí)并不過(guò)時(shí)，讓他們了解前沿科研領(lǐng)域的知識(shí)點(diǎn)仍舊是以本科知識(shí)為起點(diǎn)的。在這里我主要采用三種方法實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容和科研內(nèi)容的關(guān)聯(lián)。(1)從物理化學(xué)知識(shí)出發(fā)，設(shè)計(jì)科研難題。比如電極電勢(shì)，電極電勢(shì)反映了金屬離子氧化態(tài)得電子的能力，那么如何通過(guò)電極電勢(shì)如何能設(shè)計(jì)出同時(shí)析出的兩種金屬或多種金屬，實(shí)現(xiàn)均勻合金的制備。(2)選擇一些經(jīng)典學(xué)術(shù)難題引入課堂，結(jié)合物理化學(xué)知識(shí)進(jìn)行解釋。比如納米材料的團(tuán)聚和比表面積、比表面能的關(guān)系，通過(guò)這樣的討論和學(xué)習(xí)，讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)到物化知識(shí)與科研很近，很有用途。(3)選擇適當(dāng)?shù)目蒲袑?shí)例(名人)或者本校、院系老師的科研成果與物理化學(xué)教學(xué)結(jié)合起來(lái)。在講授表面現(xiàn)象時(shí)，就經(jīng)常提到江雷院士與他的疏水材料的研發(fā)。還經(jīng)常把本校的知名教授的學(xué)術(shù)研究引入到課堂中，讓學(xué)生感受到所學(xué)的物化知識(shí)并不是一些枯燥的公式和概念，而是活生生的現(xiàn)實(shí)。通過(guò)上述三種方法，讓學(xué)生意識(shí)到物理化學(xué)知識(shí)可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，可以解釋實(shí)驗(yàn)中問(wèn)題，可以成就理想。通過(guò)這些“看得見(jiàn)，摸得著” 的科研實(shí)例與書(shū)中的理論結(jié)合，既吸引了學(xué)生的注意力，又增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)物理化學(xué)知識(shí)在現(xiàn)代科研的應(yīng)用，從而增加學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

5　與企業(yè)實(shí)際結(jié)合

將物理化學(xué)相關(guān)知識(shí)與企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，物理化學(xué)與企業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的方式主要有兩種。(1)企業(yè)反應(yīng)和實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)的區(qū)別和聯(lián)系。通過(guò)對(duì)比學(xué)習(xí)，讓學(xué)生意識(shí)到企業(yè)生產(chǎn)中的反應(yīng)及反應(yīng)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的區(qū)別和聯(lián)系，讓他們知道原理是相通的。比如在講相平衡中的精餾塔，分別講述精餾塔與氣液相圖的關(guān)系，同時(shí)還簡(jiǎn)單介紹企業(yè)生產(chǎn)中的精餾塔裝置，讓學(xué)生深刻體會(huì)到盡管企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)裝置更為龐大，復(fù)雜，但是核心的理論仍舊是我們所學(xué)習(xí)的理論，讓學(xué)生覺(jué)得自己所學(xué)物化知識(shí)在實(shí)際生活中有很大用途。(2)把企業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的一些典型事例引入物理化學(xué)的課堂教學(xué)，利用物理化學(xué)的相關(guān)知識(shí)來(lái)分析其過(guò)程，這對(duì)學(xué)生真正理解物理化學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，了解企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程其實(shí)也很需要物理化學(xué)知識(shí)，從而培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力是非常有利的。如在講授“惰性氣體對(duì)化學(xué)平衡的影響”內(nèi)容時(shí)，課堂上筆者首先提出這樣一個(gè)問(wèn)題：在合成氨工業(yè)生產(chǎn)中，要定時(shí)對(duì)原料氣放空，為什么?因是企業(yè)實(shí)際問(wèn)題，學(xué)生興趣很濃，積極開(kāi)動(dòng)腦筋思考和討論，整個(gè)課堂變得異?；钴S。(3)把工業(yè)化產(chǎn)品拿到課堂上，對(duì)其進(jìn)行分析、討論，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化產(chǎn)品和物理化學(xué)知識(shí)的關(guān)聯(lián)思考。比如汽車中防凍液為什么有加乙二醇，乙醇等物質(zhì)，它的原理是什么？通過(guò)這樣的工業(yè)化產(chǎn)品成分分析，分析其作用原理，實(shí)現(xiàn)物理化學(xué)知識(shí)的討論及應(yīng)用。

6　與日常生活現(xiàn)象相結(jié)合

物理化學(xué)課程向來(lái)是以抽象的理論、復(fù)雜的推導(dǎo)和繁瑣的計(jì)算為特點(diǎn)。若在教學(xué)過(guò)程中從理論到理論，只注意基本概念的講解、數(shù)學(xué)推導(dǎo)及計(jì)算，學(xué)生會(huì)感到枯燥無(wú)味，產(chǎn)生厭學(xué)情緒。為了讓學(xué)生真正理解和掌握物理化學(xué)基本原理與知識(shí)精髓，筆者在課堂講授時(shí)，根據(jù)理論的邏輯性和內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性，恰當(dāng)?shù)囊肴粘Ｉ顚?shí)例，激發(fā)學(xué)生的熱情和好奇，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析解決問(wèn)題的能力。高壓鍋的使用與克-克方程的關(guān)系；“液滴、泡沫為什么總呈球形”；在大雪過(guò)后，環(huán)衛(wèi)工人為什么在大街上灑鹽水；在講膠體化學(xué)時(shí)，提到天空為什么是藍(lán)色的，朝霞晚霞為什么是紅色的?為什么水銀壓力計(jì)中水銀面為凸面而玻璃器皿中水的液面面為凹面”。通過(guò)這種理論與日常生活的結(jié)合，讓學(xué)生們感覺(jué)到物理化學(xué)知識(shí)不再是書(shū)本上的純理論的東西。而與我們的生活息息相關(guān)，使學(xué)生體會(huì)到生活中處處有“物理化學(xué)”，處處需要“物理化學(xué)”，促使學(xué)生在理論與實(shí)踐的聯(lián)系中理解和掌握知識(shí)，提高分析與解決問(wèn)題的能力，同時(shí)可以活躍課堂氣氛，增強(qiáng)師生間的共鳴及學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到較好的教學(xué)效果。

7　結(jié)　語(yǔ)

通過(guò)上述實(shí)施方法，可以實(shí)現(xiàn)物理化學(xué)知識(shí)與實(shí)際進(jìn)行結(jié)合，有利于知識(shí)的學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，有利于所學(xué)知識(shí)的鞏固。

[1]木合塔爾·依米提，帕提古麗·依明．重新認(rèn)識(shí)物理化學(xué)的地位和教學(xué)改革的必要性[J]．化工高等教育，2007(3):98-101．

[2]王周玉,蔣珍菊關(guān)于提高物理化學(xué)教學(xué)效果的幾點(diǎn)思考[J]. 高等教育研究 2009(4):55-56．

[3]伊廷鋒，金紅，朱彥榮，岳彩波，諸榮孫.工科專業(yè)物理化學(xué)教學(xué)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的幾點(diǎn)嘗試[J]. 化工高等教育，2010(2)：71-74．

[4]馬傳國(guó)，王亞珍，陳國(guó)華.對(duì)物理化學(xué)課程教學(xué)方法改革的初步探索[J]. 高教論壇,2010(5):31-33.

Research on the Close Collaboration between Theory and Instantiation in Physical Chemistry Teaching*

SONGJiang-feng,HUTuo-ping,ANFu-qiang,JIUHong-fang,CHENZhi-ping

(Department of Chemistry, College of Science, North University of China, Shanxi Taiyuan 030051, China)

It’s difficult to learn physical chemistry well for many college students due to many abstract concepts and widely theoretical knowledge in Physical Chemistry, which makes them afraid, bored, and confused. In order to solve the above-mentioned question, a new teaching pattern on the close collaboration between theory and instantiation in Physical Chemistry teaching was proposed, and can be fulfilled by the following six ways: the abstract concepts were simplified and concretized, the approximate treatments were widely applied in physical chemistry, the close collaboration between theory and experiments, the close collaboration between theory and the related researches, the close collaboration between theory and industry, the relation between theory and our daily lives. This kind of new teaching pattern helps the college students to better combine theory with practice, improves their interest and makes them work hard for physical chemistry.

Physical Chemistry; teaching pattern; instantiation; learning interest

中北大學(xué)教改項(xiàng)目(2015年)。

宋江鋒 (1978-)，男，副教授，碩導(dǎo)，博士。

A

1001-9677(2016)07-0192-03