新舊動能轉換形式下物理化學教學改革的探索

張樹芹

(山東農業大學 化學與材料科學學院，山東 泰安 271018)

2018年1月，國務院批復山東建設新舊動能轉換綜合試驗區，這是十九大后獲批的首個區域性國家發展戰略，也是全國第一個以新舊動能轉換為主題的區域發展戰略，為山東高質量發展帶來了重大歷史機遇。2018年3月山東農業大學召開落實新舊動能轉換重大工程工作會議，全校上下進一步統一思想、提高認識，以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，全面貫徹落實黨的十九大精神，把落實新舊動能轉換重大工程作為加快學校內涵建設的重大機遇，推動學校思想再解放、改革再深入、工作再抓實，強優勢、補短板、重提升，奮力提速趕超 ，為我省新舊動能轉換提供智力支持與人才保障，為現代化強省建設貢獻“山農力量”。全體教師要立足本職崗位，結合教學科研實際，在實踐中磨煉意志、增強本領，在提高培養質量、增強科研 能力、提高社會服務水平上下功夫[1]。作為一名從事物理化學教學的教師，如何把新舊動能轉換貫徹到教學過程中？我們做了一些積極的嘗試。

1 精心設計教學內容

物理化學是從研究化學現象和物理現象之間的相互聯系入手，應用物理學的基本原理、實驗方法和必要的數學手段，從而探求化學變化中具有普遍性的基本規律的科學。物理化學是農林院校食品、農藥、生物工程和環境科學等專業學生的專業基礎課，對學生后續專業課的學習起承上啟下的作用。物理化學主要是為了解決生產實際和科學實驗中向化學提出的理論問題，揭示化學變化的本質，更好地駕馭化學，使之為生產實際服務[2]。

物理化學理論性比較強，教學過程中若能注意理論和實際相結合，使學生感到學有所用，從而可以激發起他們的學習興趣。

物理化學化學熱力學中講到熱機效率這一概念時結合中國的鐵路發展經歷具體闡述了新舊動能轉換的必要性和重要性。中國的鐵路發展經歷了從蒸汽機車、內燃機車、電力機車到磁懸浮列車、動車組的發展。蒸汽機車的熱效率太低，其總效率一般只有8%；煤水消耗量很大，且對環境污染較大，因此，在現代鐵路運輸中，蒸汽機車已被其他新型機車所取代。中國鐵路從1958年開始制造內燃機車，東風型機車是最早投入批量生產的機型。在生產內燃機車的同時，中國還先后從美國、德國等國家進口了不同數量的內燃機車，隨著鐵路高速化和重載化進程的加快，正在進一步研究設計、開發與之相適應的內燃機型。內燃機車的熱效率可達30%左右，但內燃機車最大的缺點是對大氣和環境的污染，而逐漸向電力過渡。電力機車具有功率大、過載能力強、牽引力大、速度快、整備作業時間短、維修量少、運營費用低、便于實現多機牽引、能采用再生制動以及節約能量等優點[3]。如今，走向“高鐵時代”的中國鐵路，正大力發展電氣化鐵路。這種理論聯系實際的教學方法學生聽起來更有興趣，對教學內容的理解也更深刻。

物理化學講到電化學一章關于電池的內容時，增加新能源電池的相關內容。(1)金屬氫化物鎳蓄電池是一種常見的新能源電池，通常被安裝于電動車上，其工作過程中產生的電壓一般為1.2V。同時，金屬氫化物鎳蓄電池負極活性物質使用的是無毒無害的稀土合金及TiNi合金貯氫材料。(2)鋰離子蓄電池最常用于手機等電子設備中，是一種二次電池，能夠進行多次充電、反復使用。鋰離子蓄電池工作過程中，鋰離子在電池正極與負極之間的來回移動；同時，在電池放電過程中，鋰離子也能夠在正負電極之間來回移動，不斷的嵌入與脫嵌；而在充電過程中，鋰離子從正極脫嵌，通過電解質移動的負極，產生嵌入反應。鋰離子電池在使用過程中也不會產生有毒有害的物質，為綠色環保型電池。(3)燃料電池在工作過程中，將燃料中的能量釋放出來，并進一步轉化為電能，也是市場上常見的一種新能源電池。燃料電池節能環保、能量轉化率高、容量大、比能量高、功率高、不用充電等。燃料電池成本高，目前應用最多的是飛船、國防、潛艇及燈塔等領域中。而實際上，在電動車的研發領域中，燃料電池也是非常理想的動力源之一。(4)太陽能電池主要是利用半導體硅、硒等作為原材料，通過特定的方式使其發生光電效應，將接收到的太陽光能轉化為電能，最終被應用到實際的生產、生活中。太陽能電池使用過程中不需要燃料，工作過程中產生的噪聲非常小，對環境不會產生任何的污染，能源轉化率非常高；此外，太陽能電池的維護工作也非常方便。太陽能電池就被廣泛地應用于國防、航天航空、工業生產、農業、通信及公共設施等眾多領域中。教學內容中增加新舊電池的比較以及電池的未來趨勢[4]。在能源制約、環境污染等大背景下，我國政府把發展新能源汽車作為解決能源及環境問題、實現可持續發展的重大舉措，各汽車生產企業也將新能源汽車作為搶占未來汽車產業制高點的重要戰略方向。在政府與企業的共同努力下，我國新能源汽車行業近幾年展現出良好的發展勢頭。目前新能源汽車科技攻關點在：1)電池技術；2)動力總成系統；3)電控系統。激發同學們的責任感和對課程內容的積極性，學有用武之地。

2 多媒體與傳統教學相結合

多媒體教學能夠將教學信息以圖形圖像、聲音、文字、動畫、視頻等直觀形象地呈現出來，改變了物理化學枯燥單調的局面，為物理化學教學增添了生機和活力，提高了學生的學習興趣。例如，可逆過程是熱力學部分抽象難理解的概念之一。多媒體的動態效果可以形象地表達出當外壓改變時系統體積的變化，以及系統與環境間交換體積功的大小，為可逆過程概念的順利提出和準確理解奠定了良好基礎，對于可逆熱機的效率最大也有了更進一步的理解，這樣就把新舊動能轉換與教學內容有機地結合。多媒體為物理化學教學插上了翅膀，彰顯了多媒體的魅力，分解了物理化學的難度[5-7]。