淺談思維導圖在工科物理化學教學中的應用

馮悅兵

(齊齊哈爾大學 化學與化學工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

物理化學又稱理論化學，是探求化學內在的、普遍規律性的一門學科。作為化學學科的一個重要分支，物理化學是現代化學的核心內容和理論基礎，也是工科學生必修課[1]。由于物理化學理論性強、概念抽象、公式多、學時相對較少，初學者往往覺得困難很大，學習起來很吃力。因此，如何采取行之有效的措施將看似無序的眾多知識點建立起聯系，就成為教師亟需解決的問題。

思維導圖(The Mind Map)，又名心智導圖，是由英國著名教育家、心理學家東尼·博贊于20世紀70年代初發明的，它是表達發散性思維的有效圖形思維工具，它簡單、有效同時又很高效，已經在全球范圍得到廣泛應用[2]。將思維導圖應用到物理化學教學中有利于教師理清教學思路，有利于學生實現知識點的整合，促進學生建立物理化學知識體系。本文以山東科技大學和齊齊哈爾大學物理化學課程組聯合編著的《物理化學簡明教程》(第二版)中的緒論和第1章熱力學基本原理中的熱力學第二定律內容為例，分析思維導圖在物理化學教學中的應用。

1 思維導圖在緒論課中的應用

緒論課是一門課程的靈魂，教師講好緒論課對學生學好物理化學課程意義重大，起到開門見山的作用。物理化學知識點眾多，既自成體系，又相互聯系、逐步深入，初學者往往容易迷失方向。因此，教師在介紹物理化學課程的教學內容時，有必要建立思維導圖(見圖1)[3]。

圖1 緒論課思維導圖

通過思維導圖，可以清晰地看出，物理化學課程內容包括化學熱力學和化學動力學兩大部分，化學熱力學包括簡單系統熱力學和多組分系統熱力學，簡單系統熱力學主要包括熱力學第一定律和熱力學第二定律，學完化學熱力學基本原理后，再學習其三大應用，即化學平衡、相平衡和電化學，各章的地位及知識點之間的聯系一目了然，這樣就幫助學生迅速建立了物理化學課程各章層次分明、邏輯清晰的知識框架，為以后物理化學的學習打下堅實的基礎。

2 思維導圖在熱力學第二定律中的應用

本教材熱力學基礎知識主要集中在第1章熱力學基本原理，后續章節主要都是熱力學基本原理在化學平衡、相平衡、電化學等體系中的應用。整體來看，熱力學第二定律是本教材第1章的難點，為此，建立如圖2的思維導圖。

圖2 熱力學第二定律思維導圖

熱力學第二定律主要用于解決變化的方向和限度問題，通過對自發過程的共同特征的分析，總結出熱力學第二定律兩種經典表述即克勞修斯說法和開爾文說法，二者互為統一。由于文字表述并不能直觀解決實際問題，因此克勞修斯在卡諾定理的基礎上提出熵函數的概念，并將熱力學第二定律的文字表述轉化為數學表達式，進而得到了過程方向和限度的判據即熵判據。為了更方便地判別化工生產中兩種常見過程，即等溫等容和等溫等壓過程的方向和限度，人們在熵判據的基礎上進一步提出了亥姆霍茲函數判據和吉布斯函數判據，同時對引入的熵函數討論了其物理意義[4]。由于可以用熵函數、亥姆霍茲函數和吉布斯函數的變化來判別過程進行的方向和限度，因此，下一步就順理成章地討論熵變、亥姆霍茲函數變和吉布斯函數變的計算以及應用。最后，總結了狀態函數之間的關系式，并應用這些關系式進行有關熱力學公式的證明。

3 結語

物理化學知識體系十分復雜，通過建立各章節的思維導圖，可以直觀、邏輯清晰、條理分明地把物理化學知識進行串聯，從而大大地促進學生物理化學知識體系的建立。筆者通過實踐證明，將思維導圖應用到物理化學教學中，可以提高學生的理解記憶能力，幫助學生掌握并熟練運用相關的知識，極大地改善了授課效果，顯著地提高了學生的學習效率[5]。