物理化學(xué)概念教學(xué)探索

汪小華+蘇倡

【摘要】《物理化學(xué)》概念抽象難懂，為了使概念易教，易學(xué)，主要從三方面進(jìn)行概念教學(xué)方法探索，即關(guān)鍵詞解析法，案例分析法，點(diǎn)面結(jié)合法。

【關(guān)鍵詞】物理化學(xué)概念 關(guān)鍵詞解析法 案例分析法 點(diǎn)面結(jié)合法

【中圖分類號(hào)】O64-4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）30-0151-01

在傳統(tǒng)的《物理化學(xué)》教學(xué)中，往往注重計(jì)算，概念剖析較少，但概念在搭建學(xué)科教學(xué)體系中至關(guān)重要，精準(zhǔn)地把握科學(xué)概念對(duì)學(xué)科認(rèn)識(shí)和學(xué)生抽象概括能力甚至智力發(fā)展都非常重要[1-4]。本文從多個(gè)方面探索《物理化學(xué)》概念教學(xué)的方法，力求將復(fù)雜概念簡(jiǎn)單化、具體化，讓物理化學(xué)概念易教易學(xué)，提高教學(xué)效果。

一、關(guān)鍵詞解析法

標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓是化學(xué)熱力學(xué)中的重要數(shù)據(jù)，但學(xué)生由于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的概念缺乏理解，在應(yīng)用時(shí)往往出錯(cuò)，比如計(jì)算化學(xué)反應(yīng)焓變時(shí)，漏乘系數(shù)，分不清使用條件等。

“通俗講解法”[5]無(wú)法用來(lái)理解標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，因?yàn)槠涓拍顬椋涸跍囟葹門的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，由穩(wěn)定相態(tài)的單質(zhì)生成化學(xué)計(jì)量數(shù)為1的β相態(tài)的化合物B，該生成反應(yīng)的焓變[6]。概念中嵌套多個(gè)俗語(yǔ)，只有抓住這些俗語(yǔ)才能全面地掌握概念。

因此，我們可以抓四個(gè)關(guān)鍵詞解讀。第一，“標(biāo)準(zhǔn)態(tài)”，即氣體、固體、溶液分別如何規(guī)定？[6]第二，“穩(wěn)定相態(tài)的單質(zhì)”。單質(zhì)因聚集態(tài)（如氣、液、固）的不同而不同，因同素異形體而不同。該選取哪一種呢？相同條件下，最穩(wěn)定的那種，如298.15K、Pθ下氧的單質(zhì)中，氣態(tài)最穩(wěn)定，而碳的同素異形體中，石墨從熱力學(xué)上最穩(wěn)定。當(dāng)然，規(guī)定為穩(wěn)定相態(tài)的單質(zhì)，其標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為零[6，7]。第三，“生成反應(yīng)”說(shuō)明此概念的內(nèi)涵屬于某一個(gè)特定反應(yīng)的焓變，如查表得到ΔfHm（H2O，g，298.15K）=-241.8kJ·mol-1表示由特定的反應(yīng)H2（g）+1/2O2（g）=H2O（g）在298.15K，標(biāo)態(tài)下測(cè)出ΔrHm=-241.8kJ·mol-1定義為H2O（g）的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。第四，“摩爾”表示反應(yīng)進(jìn)度為1摩爾，即生成反應(yīng)中，生成物H2O（g）的系數(shù)為1。

二、案例分析法

《物理化學(xué)》中一些抽象的概念若用數(shù)學(xué)方法去推導(dǎo)，容易乏味，可采取舉例分析的方法。Gibbs相律描述了相平衡系統(tǒng)中獨(dú)立變量數(shù)，揭示了多相平衡物質(zhì)的自由度、相數(shù)和組分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系（F=C-P+2），若進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)往往更加難理解。因此，在抓關(guān)鍵詞教學(xué)的基礎(chǔ)上，舉例講解概念。如，一密閉抽空容器中有CaCO3（s）分解反應(yīng)：CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）求此系統(tǒng)的自由度？解答：根據(jù)組分?jǐn)?shù)C=物質(zhì)數(shù)S -獨(dú)立化學(xué)反應(yīng)數(shù)R-獨(dú)立的限制條件R?可得：S=3，R=1，R?=0，則 C=S-R-R?=3-1=2，相數(shù)P=3，則自由度F=C-P+2=2-3+2=1。這說(shuō)明，對(duì)于CaCO3（s）分解達(dá)到平衡后，要維持三相系統(tǒng)平衡，能獨(dú)立改變的變量數(shù)只有1個(gè)，這個(gè)變量可以是溫度、壓力（即CO2的分壓）或者組分的濃度中的任意一個(gè)。教學(xué)中，先讓學(xué)生對(duì)概念有整體的認(rèn)識(shí)，再?gòu)陌咐蟹治銮蠼猓詈髮?duì)求解的結(jié)果進(jìn)行物理意義的闡述和概念的回歸，既增強(qiáng)學(xué)生的信心，又讓復(fù)雜概念更易掌握。

三、點(diǎn)面結(jié)合法

《物理化學(xué)》中狀態(tài)函數(shù)的概念在熱力學(xué)教學(xué)中貫穿始終，如果這個(gè)“點(diǎn)”沒(méi)明白，整個(gè)“面”將受影響。如何在教學(xué)中，由點(diǎn)及面，點(diǎn)面結(jié)合是概念教學(xué)的關(guān)鍵。

狀態(tài)函數(shù)的概念為表示系統(tǒng)狀態(tài)性質(zhì)的物理量，其特征描述為當(dāng)系統(tǒng)從某一狀態(tài)分別經(jīng)過(guò)不同的途徑變到另一狀態(tài)時(shí)，狀態(tài)函數(shù)的改變量只取決于系統(tǒng)的始態(tài)和終態(tài)，而與變化途徑無(wú)關(guān)。如果這樣介紹狀態(tài)函數(shù)很難讓學(xué)生理解其特點(diǎn)。采用舉例法效果較好，如考察壓力P是否屬于狀態(tài)函數(shù)。設(shè)計(jì)兩種不同的途徑（途徑a，一步加壓；途徑b，先加壓再減壓）從始態(tài)到末態(tài)，計(jì)算出壓力的改變量。

根據(jù)圖1，途徑a壓力的改變量ΔPa=202.6-101.3=101.3 KPa，途徑b壓力的改變量ΔPb=（1013-101.3）+（202.6-1013）=101.3KPa，由于ΔPa=ΔPb，說(shuō)明壓力P屬于狀態(tài)函數(shù)。其次，在講解同類型概念時(shí)進(jìn)行合理關(guān)聯(lián)，如在蓋斯定律的講解時(shí)關(guān)聯(lián)狀態(tài)函數(shù)的特征，可得出其本質(zhì)是因?yàn)殪适菭顟B(tài)函數(shù)，焓變的數(shù)值只與始態(tài)與終態(tài)有關(guān)，而與所經(jīng)歷的過(guò)程無(wú)關(guān)。最后，對(duì)具有狀態(tài)函數(shù)進(jìn)行匯總。如熱力學(xué)能（U）、焓（H）、熵（S）、吉布斯自由能（G）都是狀態(tài)函數(shù)，他們都可以用蓋斯定律的思想進(jìn)行分析和認(rèn)知。

四、結(jié)語(yǔ)

學(xué)會(huì)理解課程中的概念好似找到了“打開寶藏的鑰匙”。抓關(guān)鍵詞讓冗長(zhǎng)的概念變得簡(jiǎn)短，目標(biāo)可見(jiàn)地剖析關(guān)鍵詞掌握概念；微觀、抽象的概念通過(guò)實(shí)例使之宏觀化、具體化；概念本身的講解要為全局服務(wù)，由點(diǎn)及面延伸概念，避免為講概念而講概念。總之，教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生多角度多方法地分析概念，提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[7]同濟(jì)大學(xué)普通化學(xué)及無(wú)機(jī)化學(xué)教研室.普通化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2004：1-5.

作者簡(jiǎn)介：

汪小華，1982年8月，女，碩士研究生，講師，同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院，從事化學(xué)課程教學(xué)，催化加氫方面的研究。