以熱力學第一定律為例談大學化學課程教學的設計

李兆 曹靜 王永鋒 王亞楠

摘要：文章以熱力學第一定律為例，說明大學化學課程教學中的教學設計，教師引導學生復習化學的概念，引出化學需要解決的三個問題，通過做功和熱傳遞的比較，讓學生在老師的引導下討論外界對系統同時傳熱和做功時應如何計算。從教學目的、教學方法及教學過程三個方面進行了探討和分析，以期提高大學化學課程教學效果。

關鍵詞：熱力學第一定律;教學設計;大學化學

中圖分類號：O6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9324（2020）21-0311-02

一、前言

大學化學在西安航空學院材料工程學院屬于一門專業基礎課，是材料科學與工程、材料成型及控制工程兩個專業的必修課。本課程自2016年開設以來，分別為材料科學與工程專業、材料成型及控制工程專業共計14個行政班、600余人進行了授課。該課選用的教材是高等教育出版社出版的《大學化學》，教材符合西安航空學院應用型人才培養理念，教學效果良好。在大學化學課程教學中，熱力學是非常重要的一部分內容，熱力學第一定律是熱力學的基礎，而且在眾多方面有廣泛的應用，作者近年來一直進行大學化學課程的教學和研究，在教學過程中發現，學生對于熱力學部分的掌握并不是太理想，而熱力學部分又是該課程后續部分的基礎和關鍵，因此本文以熱力學第一定律為例淺談大學化學課堂教學的設計，以期提高應用型本科教學效果。

二、教學思想及目的

教師是整個課堂不可或缺的一部分，但是教師不僅僅是講授知識，而且還要做到和學生最大限度地溝通和交流，只有這樣，才能提高學生學習的積極性。作為青年教師，在第一次講授大學化學課程中，無法完全融入課堂，和學生的互動不太完善。隨著教學經驗的豐富，作者認為教師的主要角色是課堂秩序的維護者、答疑者、輔導者、幫助者、咨詢者、引導者等。教師不僅要指導學生學會本課的知識和技術，還要培養學生的思維方法，引導學生掌握一定的學習方法，養成自主探究的精神風貌，激發學生主動學習的積極性，使學生“學會”“會學”“樂學”。從“知行合一”思想出發，讓學生在實踐中、在探究中、在解決問題及完成任務的過程中掌握知識和技術，將書本上的、教師講的知識內化為自己的認知。在本節教學中，教學目的包括如下四點：（1）理解和掌握物體跟外界做功和熱傳遞的過程W、Q、ΔU的物理意義;（2）理解熱力學第一定律ΔU=W+Q;（3）會用ΔU=W+Q分析和計算問題;（4）學習化學家勤奮的精神，掌握歸納問題的方法。

三、教學方法

在熱力學第一定律的教學過程中，作者采用的教學方法主要是：通過做功和熱傳遞的比較，讓學生在老師的引導下討論外界對系統同時傳熱和做功時應如何計算。引導學生歸納熱力學第一定律。通過習題進行鞏固。引導學生理解表達式中各物理量正負的意義。一定要對功和熱的正負做好取舍和判斷。

同時結合本節教材的特點，為了突出重點、突破難點，教學中采用互動探究式的教學方法，使學生參與到教學活動中，教師在適當的時候進行點撥和小結。通過用定量計算的例題講解及課件展示來加深大家對知識的理解。提倡發現法，鼓勵學生開展基于資源的自主、探究、合作學習。培養學生創新能力、自學能力、探究能力、合作能力和問題解決能力。使學生的學習由“模仿型”學習向“創造型”學習轉變，把知識轉化為能力，促進有效的學習。

四、教學過程

在整個教學過程中，首先通過回顧上節課重點內容—化學的四大分支學科，引出化學中熱力學的重要性。以I2（g）+ H2（g）==2HI（g）;ΔH=-9.48 kJ /mol 為例，引導學生討論一個化學反應由物質變化和能量變化兩部分構成。

其次，引導學生理解并掌握在研究化學反應的過程中必然會發生的三個問題，分別是：在哪些物質之間能發生化學反應，在哪些物質之間不能發生化學反應？如果反應能夠進行，就要知道反應將進行到什么程度？反應過程中能量變化關系如何以及是否伴隨有熱效應？

再次，提出熱力學能的概念：系統內所有微觀粒子的全部能量之和，也稱內能。用U表示，U是狀態函數。以一個封閉系統為例，熱力學能U1，從環境吸收熱Q，得功W，變到狀態2，熱力學能U2。畫出實際變化過程。具體過程如下：

熱力學第一定律示意圖

最后應當引導學生總結熱力學第一定律：一個熱力學系統內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。同時再次強調其表達式：ΔU = Q +W。

五、結論

化學是一門基礎學科，大學化學是材料類專業的一門必修課，熱力學部分的學習可讓學生為后續學習材料科學基礎、材料熱力學等專業核心課程打下基礎。本文以熱力學第一定律為例，從教學目的、教學方法及教學過程三個方面進行了探討和分析，以期培養具有分析能力、創新能力的人才，為應用型本科教學提供了新的思路。

參考文獻：

[1]李兆，曹靜，王永鋒，等.應用型本科院校大學化學教學改革研究[J].廣東化工，2018，45（21）：119+121.

[2]李兆，曹靜，王永鋒，等.應用型本科高校青年教師課堂教學能力提升的探索[J].教育現代化，2018，5（46）：148-149.

[3]李兆，劉朋濤，曹靜，等.高校材料類專業《普通化學》課程思政的探討與研究[J].教育現代化，2019，6（92）：234-235.

[4]柳福提.熱力學第一定律的微觀闡釋[J].河南教育學院學報（自然科學版），2006，15（4）：12-13.

[5]武和全，謝文洪.熱力學第一定律和熱力學第二定律教學[J].科教導刊，2015，（04）：80-81.

[6]王曉雪，薛中會，李衛彬.熱力學第一定律的討論[J].焦作工學院學報（自然科學版），2003，（6）：495-497.

Abstract： This paper takes the ?First Law of Thermodynamics as an example to illustrate the teaching design of College Chemistry. Teachers guide students to review the concepts in the course， and put forward three problems that need to be solved in chemistry. By comparing work and heat transfer， students are guided to discuss how to calculate the externally transferred heat and work of the system. This article discusses and analyzes from teaching purposes， teaching methods and teaching process in order to improve the teaching effect of College Chemistry.

Key words： First Law of Thermodynamics; teaching design; College Chemistry