在《物理化学》教学中培养学生的逻辑思维
2015-12-31陆振欢刘勇平张哲
陆振欢 刘勇平 张哲
【摘要】《物理化学》是用物理、数学的理论及实验方法来研究化学中最基本的规律和理论的学科，其中包含了许多公式。大多数的公式都是由一个或者几个根源性的理论或公式进过严密的逻辑推导而得到的。本文是在物理化学的教学过程中总结了经验，提出了在教学中培养学生逻辑思维的一些思路。
【关键词】物理化学 培养逻辑思维 教学改革
【中图分类号】G632 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）12-0131-01
《物理化学》是一门面向环境、材料、化学、生物等专业大学生的综合性化学基础课程。这门学科概括的说是用物理、数学的理论及实验方法来研究化学中最基本的规律和理论。其应用和引出了很多物理概念，使用了很多数学推导，得到了许多公式。通过这些公式就可以解决物理、化学变化过程的问题。“引入新概念”和“推导公式”贯穿着物理化学的大部分内容。因此，这是一门逻辑性很强的学科[1]。本文就是总结了在物理化学课程的教学过程中的一些经验，提出了在教学中培养学生的逻辑思维的思路。
一、物理化学课程内容纵观
以目前大学本科中常用的物理化学课本来看，章节内容基本一致。以天津大学物理化学教研室编，高等教育出版社出版的《物理化学》第五版为例，总共分为12章[2]。抛开大部分专业不讲的《量子力学基础》《统计热力学初步》可以分为三部分内容：化学热力学（6章）、化学动力学（1章）、应用（3章）。应用部分中的《电化学》一章也会涉及热力学知识。可见化学热力学内容占居了大部分的课时。因此，化学热力学内容之间具有的逻辑联系性，就使物理化学的大部分内容之间具有密切的关联。
由第一章《气体PVT关系》开始，讲述了如何计算体积功；体积功的计算就直接应用在第二章《热力学第一定律》里，计算中的功（W），由这开始引入计算热（Q）所需要的定压热容Cp，定容热容Cv，同时定义了焓（H）；在第三章《热力学第二定律》中引入了熵（S），再结合热力学第一定律和焓的定义式定义了亥姆霍兹函数（A）、吉布斯函数（G），并应用热力学第一定律、W的计算及Q的计算来计算S、A、G，最后综合起来，导出了如热力学基本方程等等许多状态函数间的关系式，这些关系式将在后面的章节中有着重要的应用。比如《多组分系统热力学》中的重点内容化学势的计算应用了热力学基本方程；《化学平衡》中的范特霍夫方程就应用了吉布斯-亥姆霍兹方程；《相平衡》应用了拉乌尔定律、亨利定律；《电化学》中电池电动势的计算应用了G、H的定义式和化学势的计算。
可见，公式推导式的逻辑思维一直贯穿着《物理化学》这门课程。因此，教师可以在课程的教学过程中，多次的引导学生进公式推导，在这过程中不断的锻炼学生逻辑思维。
二、教学讲述示例
以纯理想气体化学势计算为例。
纯理想气体B在温度T下，由标准压强pθ变至压强p，其终态化学势计算式为
①
根据化学势的定义式得
即②
所以问题就可以转变成吉布斯函数的计算了，
③
其中标准值 可以由手册得到，而 的值
则由热力学基本方程 ，其中过程温度不变（即
dT=0）可得，再代入理想气体状态方程的变形式
即可得到以下计算式：
④
将④带入③，再联合①②式即可得到纯理想气体化学势的计算公式：
⑤
该计算公式就是一步一步的代入了此前学到的内容，推演得到的。
在实际授课的推导过程中，要尽量使学生主动思考，引导学生自己推导出结果。学生才能对公式记忆深刻，达到培养其逻辑思考能力的目的。
三、 教学改革思路
本文在物理化学课程的教学过程中总结了经验，提出了在教学中培养学生逻辑思维的一些思路。
1.在物理化学的教学过程中，讲解到某章节的关键性公式时，就可以对该公式进行类似本文示例的推导精讲。通过提问式教学、随堂练习题等方式，引导学生主动思考推导公式。通过在教学中多次训练学生自主的推演公式，从而培养其逻辑思维能力。
2.在得到关键公式后，使用图示法，与学生一起分析不同条件或者变化过程中，各函数的不同之处，总结出适用于不同条件或者变化过程的公式。从而培养学生的发散思维。
3.在实际教学过程中，可以针对内容灵活调整推导方式。如本文示例使用的方式是先给出关键等式，再逐个推导式中各量的计算式；也可以先给出结果公式，再由结果逆推至最根源的公式或定律；还可以选择由最根本的公式或定律推导出结果公式的方式。以培养学生多角度的思维方式。
4.在教学时，可以打破课本对章节内容的限定。在推导过程中，将用相同关键公式推导得到的不同公式或相似的公式，放到一起对比。这样既有利于记忆，又锻炼学生发散思维。
四、结束语
教学应该以培养学生的能力为根本目标。通过物理化学的课程教学，在一次次地公式推导过程中，引导学生主动思考，既提高课堂效果，又培养了学生的逻辑思维能力，最终促进了学生的素质教育。
参考文献：
[1]刘长久，李延伟，刘勇平. 《物理化学》精品课程建设的教学改革探索与实践[J]. 高教论坛. 2010，（1）： 21-22.
[2]天津大學物理化学教研室编，物理化学[M]. 第五版. 北京：高等教育出版社，2009.
基金项目：
感谢广西高等教育教学改革工程项目（2013JGA151）的支持。
