化學熱力學的教學設計研究

張晶晶

摘 要：化學熱力學是一種非常有用的基礎理論，在大學化學中占有重要地位。本文以化學熱力學為研究對象，通過分析教學對象、教學內容，研究教學問題，來更好地進行教學過程設計，方便學生更好地接受新知識，從而達到較好的教學效果。

關鍵詞：化學熱力學 教學設計

1 教學對象分析

學生來源不同，所學習的教材版本不同，其中以人教版教材使用最為廣泛。學生在中學化學中已經學習過熱力學的相關知識，此外，在大學物理的學習中也已經學習過熱力學的相關概念定理，知道熱力學基本定律的內容，了解了其在生產實踐中的相關應用，會進行簡單的計算，具有一定的知識儲備。這些都有利于教師根據人的認知發展規律來開展教學，由淺入深、由已知到未知來進行教學設計，以便學生能夠更加容易接受新的概念知識。

2 教學內容分析

化學熱力學知識在《大學化學》[1]第二篇“化學反應的基本規律”中進行講授，包括四部分。第一部分介紹了化學熱力學的基本概念，包括系統與環境、系統的性質和狀態、過程和途徑、狀態函數。第二部分介紹了熱力學第一定律，包括熱力學能、熱和功、熱力學第一定律的數學表達式。第三部分介紹了焓與化學反應的熱效應，包括焓、化學反應的熱效應、蓋斯定律、化學反應熱效應的計算。第四部分介紹了化學反應的方向，包括自發過程、熱力學第二定律、熵、化學反應的熵變、吉布斯函數和化學反應的方向。

3 教學過程設計

在課題導入時，可以從學生以往的知識經驗入手，設計以下問題：什么是熱力學？什么是化學熱力學？化學熱力學的研究對象及其局限性是什么？化學熱力學與化學動力學的區別在哪？采用提問的方法讓學生思考，引導學生從化學思想的角度分析問題，培養學生的化學思維。這樣可以引發學生思考，使學生更容易接受新的知識，從而引出課題化學熱力學。緊接著舉例說明化學熱力學在航空航天及軍事上的應用，來讓學生進一步感知學習、研究化學熱力學的重要性。

此外，注意從學生熟悉的概念入手，由淺入深，方便學員接受新知。比如在講授狀態和狀態函數這一對新概念時，可以這樣來講授：一個體系的狀態是由它的一系列物理量所確定的。例如用來表明氣體狀態的物理量有P，V，T和n， 當這些物理量都有確定值時，我們就說該氣體體系處于一定的狀態。如果其中一個物理量發生改變，則體系的狀態就隨之而變。我們把這些決定體系狀態的物理量稱為狀態函數。用數學語言來說就是，系統的性質和狀態間，存在著一一對應的關系，也就是說存在著一定的函數關系。系統的每一個物理、化學性質都是狀態的函數，簡稱狀態函數。這樣通過學生熟悉的描述氣體狀態的各物理量入手，可以幫助學生理解復雜概念。并輔以練習，幫助學員鞏固理解所學習的新知識。

將易混淆的概念，進行對比分析，幫助學員厘清概念本質區別。比如，可以將標準摩爾燃燒焓和標準摩爾生成焓對比進行分析，抓住其定義中的關鍵詞和不同點，對比進行記憶。即標準摩爾生成焓強調反應物為最穩定單質以及生成物物質的量為1mol，而標準摩爾燃燒焓強調反應物物質的量為1mol以及反應物完全燃燒（或完全氧化），這樣放一起對比清晰明了，學生也不易混淆，對概念的理解也會進一步加深，可以讓學生主觀上進行知識框架的建構，形成整體的感知，而不是單調的機械記憶。

在講授化學反應方向一節時，可通過比較熱力學第一定律和第二定律的研究方向，引發學生共鳴，從而引出主題。再舉例說明日常生活中常見的一些自發過程，如熱總是會從高溫物體傳向低溫物體，直至溫度相同;水會自發地從高處流向低處;還有鋅置換硫酸銅這個反應，由金屬活動性順序表我們知道，鋅的活動性順序在銅前面，可以將其從鹽溶液中置換出來，這個反應能夠自發進行，不需要外加條件;此外，還有我們生活中常見的現象，鋼鐵放久了，表面會有一層鐵銹生成，這個過程也是自發地。像這種，在指定條件下，不需要外力作用就能夠自動進行的過程或者反應，我們稱之為自發過程或自發反應。這樣設計從學生熟知的生活現象入手，很自然的引出自發過程的定義。一切自發過程都具有確定的方向，那么，對于某一個化學反應來說，找到判斷自發過程方向的判據具有重要意義。緊接著舉例吸熱反應也可以自發進行，從而引起學生認知沖突，設置好問題情境，接著進一步提問：怎樣判斷化學反應的方向呢？影響過程自發性的因素有兩種，我們如何統一呢？這樣可以引起學生的思維發生碰撞主動參與進課堂中去，更好地理解知識，這時候再來總結影響自發過程的因素。然后從高中所學習過的熱力學第二定律及熱力學第三定律入手，進而引出熵，熵增加原理，熵變，方便學生接受新的概念知識。在此基礎上，引出非常重要的狀態函數即吉布斯函數，之后再重點講解怎樣判斷化學反應的方向及如何計算標準摩爾反應吉布斯函數變。每一種計算方法后輔以練習，鞏固理解新知識，使學生能夠理清思緒，并將難以區分、易混淆的概念抓住要點進行對比分析記憶。

參考文獻：

[1] 張煒.大學化學[M].北京：化學工業出版社，2008.

陸軍步兵學院 （江西省南昌市 330000）