提高物理化學課堂教學效果的幾點體會

楊風霞 連照勛

(河南科技學院化學化工學院 河南新鄉 453003)

本文對于在物理化學課堂教學中，如何激發學生學習興趣，加強素質教育和培養創新意識，提高學生解決問題的能力，從而提高教學效果，談談筆者的一些做法和體會。

1 精心設問

俗話說“授人以魚不如授人以漁”，所以，我們在教學過程中始終堅持學習的目的在于激發學生如何去思考與創造，而不僅僅是學會推導一個公式，完成一種計算。物理化學教師可以設置一系列與課程內容有關的實際問題，引導學生通過深入分析、廣泛討論等方式來解決這些問題。這樣可以激發學生的學習興趣，促使學生主動學習，不僅使學生學到有關的基礎知識，還有利于培養學生的科學思維能力、自學能力和運用所學知識解決問題的能力[1]。下面通過一個實例對此進行說明。

金剛石和石墨都是由碳元素構成的，但性質卻很不同。金剛石非常堅硬，屬稀缺資源，鉆石就是由天然金剛石通過精細打磨制成。鉆石有很多面，每個面都能反射光，這使鉆石在光照下會璀璨奪目；而石墨層與層之間的結構卻不緊密，容易相對滑動，石墨導電導熱性很好，質地松軟，屬于廉價物品，常用作導電導熱材料。

問題設置如下：

根據熱力學知識回答：(1) 298K，標準壓力下，廉價的石墨能否變成昂貴稀有的金剛石？(2) 用加熱或加壓的方法能否使石墨變成金剛石？計算轉變條件。

解：

ΔS總=ΔS體+ΔS環=-3.363-6.34=-9.70(J·mol-1·K-1)<0

所以，在298K及p?下，石墨不能變成金剛石。

(2) 要想使石墨變成金剛石，在p?下，應有：

由于無法達到如此低的溫度，所以不能通過改變溫度使石墨變成金剛石。

p=1.53×109Pa

即在298K時，至少需要1.53×109Pa高壓才能使石墨變成金剛石。

此問題可作如下延伸：除了熵判據外，還可以用哪個判據來判斷？怎樣提高轉變速率？工業上怎樣使石墨變成金剛石？

還可以用吉布斯函數判據來判斷。在298K定壓下，有：

所以，在298K及p?下，石墨不能變成金剛石。

根據動力學知識，我們知道溫度越高，反應速率越快，所以可通過升高溫度來提高轉變速率。由于石墨變成金剛石的反應是吸熱反應，故升高溫度有利于該反應進行。工業上正是通過高溫高壓的方法使石墨變成金剛石的。

2 類比法

在課堂講授中，應及時對知識進行總結，可以采用類比法，將一些相關重要內容放在一起總結、比較，找出規律，以便于學生掌握和復習。

2.1 公式類比

比如相平衡熱力學中的克-克方程：

化學平衡熱力學中的范特霍夫方程：

化學動力學中的阿倫尼烏斯方程：

上述3個方程具有類似的形式。當講授其中之一時可相應回顧另外兩個，聯系起來進行記憶，以便于掌握。仔細對比相平衡和化學平衡熱力學中的克-克方程及范特霍夫方程，可以發現克-克方程其實可以看作是范特霍夫方程的特例，只不過這時反應物和生成物是一種物質，比如H2O(l)→H2O(g)，設平衡時水蒸氣的壓力為p，則有：

化學反應熱相應地變成了蒸發熱(升華熱)，這時克-克方程和范特霍夫方程是一致的。還可以設計綜合習題來練習公式的應用，并加強記憶。比如：雞蛋中主要成分卵白蛋白的熱變作用為一級反應，Ea=85kJ·mol-1。在海平面的沸水中煮熟一個蛋需要10min，在海拔2213m高的山頂上的壓力為0.774p?，求在山頂上的沸水中煮熟一個蛋需多長時間？已知水的氣化熱為2.278kJ·g-1。在解該題時，同時要用到克-克方程和阿倫尼烏斯方程，解題思路是：用克-克方程求出水在2213m的高山上的沸點→用阿倫尼烏斯方程求出水在兩個溫度下的速率常數之比→利用一級反應動力學的特點，雞蛋煮熟(反應程度相同)時，反應時間與速率常數成反比→求出在高山上煮蛋需要的時間。

2.2 模型的類比

理想模型是人們在科學實驗的基礎上運用抽象思維的能力，撇開次要因素，純化主要因素，建立起來的高度抽象的理想客體，建立這個理想客體的方法即理想模型法。理想模型法是物理化學中常用的研究方法，比如理想氣體和理想液態混合物都是理想模型的表現形式。下面列表比較一下兩個概念(表1)。

表1 理想氣體和理想液態混合物兩個模型的類比

從表1可知，這兩個模型的特征及化學勢類似，性質相同。當講授其中之一時可相應回顧另外一個，聯系起來進行記憶，以便于掌握。實際上，這兩個模型中的理想氣體混合物可以看作是理想液態混合物的特例，所以它們具有相同的性質。

2.3 概念類比

2.4 判據類比

熱力學中判斷一個過程自發進行的方向和限度有多個判據，比如熵判據、赫姆霍茲函數判據、吉布斯函數判據和化學勢判據。講完幾個判據后，可以進行小結，比較它們的適用條件，使學生加深印象、方便應用。

3 引導學生總結

由于物理化學課程知識點多，公式條件多，知識的邏輯性強、關聯性強，因此，在學完一章后，學生可能會感覺一頭霧水，做習題時不知該從何下手。我們的經驗是，在開始講授一章內容前，先列出本章的基本要求及重點、難點，內容講授完畢后，讓學生對本章內容進行總結，并畫出本章的知識結構框圖。這樣學生就會對本章內容進行回顧、復習，尋找各個知識點的聯系，下次上復習課時，教師對學生進行提問，然后進行點評。這樣答對的學生更具有成就感，沒有答對的學生也會有深刻的印象，通過知識結構框圖加固了腦子里知識點間的聯系，做習題時就不會無從下手。

4 簡介學科新成就

在教學中適當介紹本學科的最新成就及發展前景，將其與我們熟悉的背景知識聯系起來，通過設問、講解，可大大激發學生學習物理化學的興趣。

比如在講熱力學第二定律時，可以引入非平衡態熱力學知識，簡介耗散結構理論，提出以下問題：生命體的熵怎么計算？熵與生命有何關系？發燒和中暑與熵有何關系？從熱力學角度看，怎樣治療發燒和中暑？再比如，在講到潤濕問題時，列舉荷葉具有“出污泥而不染”的特性，即具有自清潔功能，為什么它具有這種功能呢？具有這種超疏水結構的產品能給我們帶來什么好處？在講臨界點及二氧化碳相圖時，介紹超臨界流體的應用，設問怎樣才能使人們日常使用的食用油和精油又放心香味又純呢？隨著生活水平的提高，我們有越來越多的衣服要干洗，但干洗劑卻可能對人體健康造成一定程度的損害，怎樣能使干洗后的衣服又干凈又放心呢？在講授膠體化學時，可先簡介熱門的納米材料科學，設問怎樣使防曬化妝品防曬時間長、對皮膚刺激性小呢？怎樣使浴缸、墻壁、地板磚既光亮又具有抗菌除臭、防污自潔性能？怎樣使衣服的布料夏天涼爽而冬天暖和呢？在講電化學時，先簡介燃料電池，設問有沒有完全綠色、環保的電池？怎樣使電池源源不斷地對外放電，而且容量不受體積和質量的限制？它的工作原理是什么？通過上述事例，在教學中不斷滲透前沿科學，不僅能使物理化學教學富有生命力、感染力與時代感，而且能增強學生對現代科研的向往，激發學生的學習興趣和探索精神。

總之，作為一名物理化學教師，要不斷提高自身素質，積極挖掘課程資源，鉆研教材；平時應注意搜集素材，在適當時候在課堂上引入生產生活實例或學科前沿，通過設問、類比等方法，運用生動的語言，激發學生學習興趣，培養學生的創新意識和解決實際問題能力，提高課堂教學效果。

[1] 張志斌.大學化學,2006,21(5):13