如何激发学生学习物理化学的兴趣

黄永清 邵谦

(山东科技大学化工学院 山东青岛 266510)

兴趣是学生积极主动学习的源动力，是使学生由“要我学”转变为“我要学”的关键所在。因此，如何激发学生学习物理化学的兴趣，调动他们的学习热情，在物理化学课程教学中显得尤为重要[1-3]。物理化学是化学、化工专业的基础课程，理论性强，概念抽象，公式多且适用条件复杂，学生普遍反映难学，很多人有畏难情绪。为解决学生对物理化学课程的畏难情绪，充分调动他们的学习积极性，笔者在授课过程中针对不同的教学内容，选用了不同的教学方法来激发学生的学习兴趣,介绍如下。

1 适当讲解化学史

物理化学中很多章节的内容属于基础理论知识，与现实生产和生活离得较远，学生在听课过程中容易感觉枯燥、乏味。对于此类内容，笔者会适时插入相关理论背后的故事(化学史)，通过简要介绍理论创立者的生平及理论创立的过程，使学生不仅知其然，还知其所以然，进而培养学生解决问题的逻辑思维能力。俗语说，榜样的力量是无穷的，科学家对科学的不懈追求、研究和解决问题的独特方法以及他们的光辉业绩，会使每一个有进取心的学生心向往之，进而激发他们的学习兴趣，鼓舞他们的学习热情。如在讲气体的pVT关系一章时，笔者在讲完道尔顿分压定律后，讲述了道尔顿的故事,主要从3个方面依次展开：首先是道尔顿的求学及科研生涯：道尔顿出身贫寒，依靠勤奋自学，从小学教师一直奋斗到曼彻斯特学院教授，直至被英国皇家学会接受为会员并得到了该学会的第一枚金质奖章。其次是分压定律创立的过程：道尔顿早期从事气象观测，在观测过程中，他注意到大气是混合物而且外观均匀，所有力学关系都同纯气体一样。就这些现象他提出了3个问题：① 大气是由什么组成的？② 为什么大气能形成均匀的混合物？③ 混合气体与纯气体的特性有什么联系？通过研究，他对这3个问题一一做了解答。为了解答第3个问题，他设计了一个实验，实验结果表明将两种不同气体单独放在同一个容器中产生的压力之和等于两种混合气体同时放在这一容器中产生的压力，这就是著名的道尔顿分压定律。最后是道尔顿的学术贡献：道尔顿创立了道尔顿分压定律并在此基础上创立了科学原子论，写下了不朽学术名著《化学哲学的新体系》。国际著名化学期刊《Dalton Transactions》就是后人为纪念这位“近代化学之父”而创办的。在讲述道尔顿生平事迹的过程中，学生被道尔顿的勤奋和对科学的执着追求所感动，听讲比以往更认真，对物理化学的学习劲头也明显更足了。其他一些创立著名物理化学理论的科学家，如能斯特(Nernst)、朗谬尔(Langmuir)、吉布斯(Gibbs)等人的故事也被我用于物理化学教学中，取得了较好的教学效果。当然，在教学中应当注意对于化学史的讲述要少而精。如果是为讲故事而讲故事，容易分散学生的注意力，也达不到应有的教学效果。

2 举实例和实验教学

在教学中，好的导语可以激发学生的求知欲和学习兴趣，使他们产生学习的愿望和意向。为此，笔者把举实例和实验作为导语引入课堂教学，以激起学生的好奇心，使他们带着浓厚的兴趣认真上完整堂课。首先是举实例。在物理化学课程中，部分章节的知识与现实生活中的许多现象紧密联系在一起，对于这类知识，笔者充分利用现象的公认共知性，从举实例入手创设问题，牢牢抓住学生的注意力。如在讲“稀溶液依数性”的时候，笔者以一些与稀溶液依数性相关的生活现象为引子，作为整堂课的导语。如“为什么腌咸菜的水冬天不易结冰？” “为什么下雪以后，公路要撒融雪剂？”“为什么经过霜打的白菜格外甜？”“为什么点滴要用浓度为0.9%的生理盐水？”“为什么化肥施多了，植物会被‘烧死’？”这些实例在现实生活中很常见，大多数学生有亲身的体会。这样就很容易激起学生的好奇心，使他们产生对问题进行探究的想法，学习的主动性明显提高。当然，这类例子还有很多，表1是作者常举的一些例子。其次是把实验引入课堂教学。有些物理化学理论和基本概念的提出与一些实验现象有关，对此，笔者在教学中适时引入实验，借助实验的直观性，提高学生对物理化学理论及基本概念的理解。例如在引入偏摩尔量概念时，笔者直接将50mL水加50mL乙醇体积不等于100mL这个简单、易操作、占用时间少的小实验搬上课堂[4]。在学生看完整个实验后，紧接着提出“确定多组分单相系统的体积需要几个变量？”和“混合后总体积不等于混合前两体积之和说明了什么？”两个问题，由此启发学生得出结论：单相多组分系统的体积与系统的各组分的物质的量有关，每一摩尔的不同组分对体积的贡献度与其纯态时并不相等。这就为下一步引入偏摩尔量埋下了伏笔。又如在界面现象一章中，表面张力这一概念很重要，讲授时往往是先从微观层面上说明表面分子受力不均衡，恒有指向液体内部的趋势；紧接着从宏观层面上指出表面张力是方向与液面相切、垂直作用于单位长度线段上的紧缩力。学生往往对这一转换难以理解，成为教学中的难点。为帮助学生理解表面张力的存在和方向，笔者特意录制了肥皂膜将铁圈中的面线圈拉圆的实验[5]，并在课堂上放映。总之，采用上述两种方法，把抽象的物理化学理论以生动活泼的形式引入课堂教学，有助于学生的理解，也更能抓住学生的注意力。

表1 部分章节中所举的实例

3 介绍实际应用和科研前沿

在教学中，发现一部分学生(尤其是工科院校学生)认为物理化学课程与实际生产没有联系，在工作中用不到，因此对该课程不够重视。为了纠正这种错误想法，笔者在讲授物理化学时，注意联系实际应用和研究前沿。(1) 介绍实际应用。在讲述电化学一章的时候，笔者结合相关图片和电化学原理，指出现实生产中塑料、玻璃、金属等的电镀，著名的杭州湾钢箱梁斜拉桥采用的阴极保护防腐蚀技术、电动汽车的核心组件电池的工作原理都与电化学知识有关。为了进一步说明基础科学的重要性，笔者还简要介绍了比亚迪公司董事长王传福从一名研究电池的理论工作者最终成为亚洲最大的锂电池生产企业创始人的经历，使学生认识到基础知识的重要性。为了进一步拓展学生的视野，笔者还结合相关文献介绍电化学在分子水平研究领域的最新应用[6]。(2) 介绍科学前沿。如在讲完界面现象一章有关表面张力和接触角的相关知识后，笔者讲述了《Nature》杂志中的两篇文章[7-8]：第1篇文章介绍了水黾的疏水性腿。从扫描电镜照片来看(图1)，水黾的腿均匀地覆盖着一层倾斜度大约为20°的微米级的刚毛，而每一根刚毛又含有纳米级的沟槽，在微米级的刚毛和纳米级的沟槽形成的空间中覆盖着一层空气，这使得它的腿具有超疏水性，与水的接触角高达167.6±4.4°。正是这个原因使水黾的腿即使在水面上压出4.38±0.20mm深的水窝也不会刺穿水面，单腿的最大支撑力为其总体重的15倍。第2篇文章介绍了沙漠中的蜘蛛利用蛛丝的特殊结构从潮湿空气中收集水的现象。研究发现蛛丝吸水后的结构由纺锤体和连接点相互间隔形成。其中纺锤体由无序的亲水性纳米纤维组成而连接点则由同样定向排列的纳米纤维构成(图2)。其中纺锤体的粗糙程度较连接点大，这使得它的表面能量较高，有更强的亲水性能。除此以外，纺锤体可看成由两个方向相背的圆锥体构成，因此附着在上面的水滴的曲率从锥体顶端到底端逐渐变小，从而引起拉普拉斯作用力由大变小，产生推动力。在以上两种力协同作用下，连节点上凝聚的小水滴会自动地流向纺锤体，汇聚形成大的水滴。这类前沿知识的介绍加深了学生对表面吉布斯自由能和接触角等相关知识的理解，并使学生意识到即使最前沿的仿生学研究，采用的理论很多也是来源于物理化学的基础知识。

图1 含刚毛的水黾腿的电镜照片(左)和刚毛的电镜照片(右)

图2 蛛丝的电镜照片

总之，笔者通过综合使用上述几种教学方法，成功激发了学生学习物理化学的兴趣并调动了他们的学习积极性，收到了较好的教学效果。但笔者也清醒地认识到，在物理化学教学中，理论占绝大部分，上述方法的使用对激发学生学习兴趣的作用是有限的。为使学生把学习兴趣真正转化为积极的、主动的学习动力，就必须使学生抓住物理化学的内在逻辑，切实理解和掌握教学内容，这就需要物理化学教师在日常教学过程中多学习、多积累，多总结，综合运用多种教学方法。

[1] 张志斌.大学化学,2006,21(5):13

[2] 张保安.新课程研究,2009(159):88

[3] 习保民.药学教育,2006,22(3):39

[4] 王正烈,周亚平,李松林,等.物理化学.第4版.北京:高等教育出版社,2006

[5] 傅献彩,沈文霞,姚天扬,等.物理化学.第5版.北京:高等教育出版社,2006

[6] 崔艳华,沈培康.电池,2008,38(6):357

[7] Gao X F,Jiang L.Nature,2004,432:36

[8] Zheng Y M,Bai H,Huang Z B.Nature,2010,463:641