在《物理化學》教學中培養學生的邏輯思維

陸振歡 劉勇平 張哲

【摘要】《物理化學》是用物理、數學的理論及實驗方法來研究化學中最基本的規律和理論的學科，其中包含了許多公式。大多數的公式都是由一個或者幾個根源性的理論或公式進過嚴密的邏輯推導而得到的。本文是在物理化學的教學過程中總結了經驗，提出了在教學中培養學生邏輯思維的一些思路。

【關鍵詞】物理化學 培養邏輯思維 教學改革

【中圖分類號】G632 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）12-0131-01

《物理化學》是一門面向環境、材料、化學、生物等專業大學生的綜合性化學基礎課程。這門學科概括的說是用物理、數學的理論及實驗方法來研究化學中最基本的規律和理論。其應用和引出了很多物理概念，使用了很多數學推導，得到了許多公式。通過這些公式就可以解決物理、化學變化過程的問題。“引入新概念”和“推導公式”貫穿著物理化學的大部分內容。因此，這是一門邏輯性很強的學科[1]。本文就是總結了在物理化學課程的教學過程中的一些經驗，提出了在教學中培養學生的邏輯思維的思路。

一、物理化學課程內容縱觀

以目前大學本科中常用的物理化學課本來看，章節內容基本一致。以天津大學物理化學教研室編，高等教育出版社出版的《物理化學》第五版為例，總共分為12章[2]。拋開大部分專業不講的《量子力學基礎》《統計熱力學初步》可以分為三部分內容：化學熱力學（6章）、化學動力學（1章）、應用（3章）。應用部分中的《電化學》一章也會涉及熱力學知識。可見化學熱力學內容占居了大部分的課時。因此，化學熱力學內容之間具有的邏輯聯系性，就使物理化學的大部分內容之間具有密切的關聯。

由第一章《氣體PVT關系》開始，講述了如何計算體積功；體積功的計算就直接應用在第二章《熱力學第一定律》里，計算中的功（W），由這開始引入計算熱（Q）所需要的定壓熱容Cp，定容熱容Cv，同時定義了焓（H）；在第三章《熱力學第二定律》中引入了熵（S），再結合熱力學第一定律和焓的定義式定義了亥姆霍茲函數（A）、吉布斯函數（G），并應用熱力學第一定律、W的計算及Q的計算來計算S、A、G，最后綜合起來，導出了如熱力學基本方程等等許多狀態函數間的關系式，這些關系式將在后面的章節中有著重要的應用。比如《多組分系統熱力學》中的重點內容化學勢的計算應用了熱力學基本方程；《化學平衡》中的范特霍夫方程就應用了吉布斯-亥姆霍茲方程；《相平衡》應用了拉烏爾定律、亨利定律；《電化學》中電池電動勢的計算應用了G、H的定義式和化學勢的計算。

可見，公式推導式的邏輯思維一直貫穿著《物理化學》這門課程。因此，教師可以在課程的教學過程中，多次的引導學生進公式推導，在這過程中不斷的鍛煉學生邏輯思維。

二、教學講述示例

以純理想氣體化學勢計算為例。

純理想氣體B在溫度T下，由標準壓強pθ變至壓強p，其終態化學勢計算式為

①

根據化學勢的定義式得

即②

所以問題就可以轉變成吉布斯函數的計算了，

③

其中標準值 可以由手冊得到，而 的值

則由熱力學基本方程 ，其中過程溫度不變（即

dT=0）可得，再代入理想氣體狀態方程的變形式

即可得到以下計算式：

④

將④帶入③，再聯合①②式即可得到純理想氣體化學勢的計算公式：

⑤

該計算公式就是一步一步的代入了此前學到的內容，推演得到的。

在實際授課的推導過程中，要盡量使學生主動思考，引導學生自己推導出結果。學生才能對公式記憶深刻，達到培養其邏輯思考能力的目的。

三、 教學改革思路

本文在物理化學課程的教學過程中總結了經驗，提出了在教學中培養學生邏輯思維的一些思路。

1.在物理化學的教學過程中，講解到某章節的關鍵性公式時，就可以對該公式進行類似本文示例的推導精講。通過提問式教學、隨堂練習題等方式，引導學生主動思考推導公式。通過在教學中多次訓練學生自主的推演公式，從而培養其邏輯思維能力。

2.在得到關鍵公式后，使用圖示法，與學生一起分析不同條件或者變化過程中，各函數的不同之處，總結出適用于不同條件或者變化過程的公式。從而培養學生的發散思維。

3.在實際教學過程中，可以針對內容靈活調整推導方式。如本文示例使用的方式是先給出關鍵等式，再逐個推導式中各量的計算式；也可以先給出結果公式，再由結果逆推至最根源的公式或定律；還可以選擇由最根本的公式或定律推導出結果公式的方式。以培養學生多角度的思維方式。

4.在教學時，可以打破課本對章節內容的限定。在推導過程中，將用相同關鍵公式推導得到的不同公式或相似的公式，放到一起對比。這樣既有利于記憶，又鍛煉學生發散思維。

四、結束語

教學應該以培養學生的能力為根本目標。通過物理化學的課程教學，在一次次地公式推導過程中，引導學生主動思考，既提高課堂效果，又培養了學生的邏輯思維能力，最終促進了學生的素質教育。

參考文獻：

[1]劉長久，李延偉，劉勇平. 《物理化學》精品課程建設的教學改革探索與實踐[J]. 高教論壇. 2010，（1）： 21-22.

[2]天津大學物理化學教研室編，物理化學[M]. 第五版. 北京：高等教育出版社，2009.

基金項目：

感謝廣西高等教育教學改革工程項目（2013JGA151）的支持。