物理化学“实例化”教学模式的研究*

宋江锋，胡拖平，安富强，酒红芳，陈志萍

(中北大学理学院化学系，山西　太原　030051)



物理化学“实例化”教学模式的研究*

宋江锋，胡拖平，安富强，酒红芳，陈志萍

(中北大学理学院化学系，山西太原030051)

物理化学课程内容体系繁多、理论性强、概念抽象，导致学生学习难度大，积极性不高。为解决上述问题，作者特提出物理化学“实例化”教学模式，并提出实例化教学模式的六种途径：(1) 抽象概念的关联化、具体化；(2)要注重物理化学中的近似处理；(3)与实验内容相结合；(4)与科研实践相结合；(5)与企业实际结合；(6)与日常生活相结合。通过“实例化”教学有助于让学生实现物理化学理论、已学知识、实践形成有效关联，使抽象知识更加容易理解、学习及应用。

物理化学； 教学模式；实例化；学习兴趣

物理化学是利用物理的原理和方法来探讨化学过程中基本规律和基本原理的一门学科，是高等学校化学教育的骨干课程[1-4]。物理化学涉及热力学、动力学、化学平衡、相平衡、界面化学、胶体化学及量子力学和统计热力学等内容，是化学与化工、材料、成型加工、制药、火炸药、生物等学科的理论基础，其重要性是不容置疑的。在我们学校学习物理化学的专业主要集中在材料学院，化工与环境学院以及理学院化学学科部。物理化学的学时从40学时到104学时，各个专业分布不同。现如今，物理化学的教学模式主要采用的是讲授式教学法，它重在教师讲解，但是物理化学内容体系繁多、理论性强、概念抽象、数据处理麻烦，同时涉及高等数学的相关知识，导致学生普遍反映该课程难懂，难学，课本知识和实际缺乏联系，学生学习积极性不高，从而给学生的学习造成了很大难度。再考虑到开课时学生所具备的化学背景偏薄弱，导致物理化学的教和学十分困难。基于以上的分析，我们提出了物理化学“实例化”教学模式的教学方法。实例化教学模式的目的是把物理化学理论和实际存在的基础概念、相关课程实验内容、科学研究、企业生产及日常生活实践相联系进而使得知识易于理解的一种教学模式。通过这种实例化教学模式让学生了解知识学习的整体性和应用性，从而提高学习的积极性。如何有效实施“实例化”教学模式，我们主要从以下七种途径进行分析、探索。

1　抽象概念的关联化、具体化

抽象概念的关联化，是把物理化学知识和实际生活中已有的概念进行对比、联系，从而实现物理化学抽象概念的关联化、具体化和实际化，从而把抽象的物理化学概念转化成易懂的、具有实例的概念。由于物理化学课程固有的抽象性，一些核心概念的教学，还在采用抽象定义、数学公式、数值计算的模式，使得相关的概念、理论无法真正为学生所理解。因此，教师必须选取有利于学生理解和掌握的知识结构和表达方式进行讲述。例如，状态是热力学中的一个重要概念，但是状态非常抽象，但是如果我们把状态比作数学上坐标点，而描述状态函数的物理量比作描述数学坐标，这样就有效地把状态进行关联化。利用这样的关联可以有效的分清过程和途径的区别；再如，热力学能的概念，它不仅是“物理化学”教学的一个重点，还是物理化学教学的一个难点，热力学能的绝对值不可求，但是相对值可求，热力学能的这种特点非常类似我们所说的海拔高度，绝对海拔不可求，但是相对海拔可以知道。又如，化学势的概念，这个概念定义非常抽象，在讲这个概念时，我们可以先设问：“水为什么从高处流向低处?”，学生定会回答因为高处的水势能高，势能越高的物体越不稳定，这时抓住时机引入化学势的概念，强调物理化学中的化学势和以前所学习的势能相似，化学势越高的相和物质也越不稳定。因此，物质在相转变和化学反应中会从化学势高的相自发向化学势低的相进行转移。在教学过程中应该注重概念和已经建立的概念进行关联，特别是生活常识，从而使得抽象概念简单化、形象化。

有一些抽象的概念不能进行简单的关联，但是我们可以通过具体的例子实现抽象概念的具体化。比如偏摩尔量，在讲述这个概念时，我们可以通过简单实验来引入偏摩尔量的概念，比如，当一定量的水与乙醇进行混合时，混合前液体的体积之和与混合后液体的总体积存在偏差，即液体混合物的体积不再具有简单的加和性，也就是摩尔体积在混合体系中不能使用，这样便产生了偏摩尔体积的概念。以此类推，让学生了解系统的广度性质都具有这样的特点，从而把各种偏摩尔量引入到课堂中，但是系统的强度性质不存在偏摩尔量概念。

2　注重物理化学中的近似处理

物理化学教学过程中，总是存在一些假想态或者理想态，让学生觉得它太偏重理论，所学知识在实际中的应用会有很大的限制，从而产生厌学情绪。因此在实际教学中，要注重物理化学的近似处理，让学生知道这些假想态涉及的概念、公式都可以在实际中用到。在教学过程中一定要引导学生理想态和实际状态很近甚至可以说等价。比如说，理想气体状态方程只适用理想气体，而范德化方程适用实际气体，但是我们去计算一些高压釜的大约压力的时候，可以采用理想气体方程进行估算。再如，标准摩尔反应焓的标准态也是假想态，但是我们可以通过例子表明标准摩尔反应焓和实际摩尔反应焓相差很小，也可以做近似相等处理。通过近似处理，实现理论知识和实际相结合，增加知识理解和运用，有助于改善学生学习物理化学的兴趣和积极性。

3　与实验相结合

实验是化学、化工、材料等专业重要的实践课程，是传授知识和技能、训练科学方法和思维、培养科学精神和品德、全面实施实施实践化教学模式最有效的形式之一。物理化学实验能有效地验证、加深所学物理化学理论。通过实验内容的结合，能有效地对以前所学知识、技能进行很好的回顾。通过氧弹式量热计测定萘的燃烧热的实验，我们能够学到很多概念：恒容封闭体系，燃烧焓，燃烧热，恒容热，恒压热，绝热，热传递等，同样的，通过这些概念涉及到很多的公式如恒压热和恒容热，焓变和热力学能变，燃烧焓和反应焓，恒容热和热力学能变等关系式等。通过这些实验学习，要把实验内容和课本教学内容进行紧密联系，关联，实现教学和实验内容的一体化。

除了和物理化学实验进行联系，还要注重其他学科的实验内容进行关联，实现知识的整体性，尽可能避免知识学习的碎片化。可以尝试利用利用物理化学的相关理论进行分析和讨论其他学科实验中的实验技术原理和实验内容。比如有机化学实验中萃取实验技能就可以通过化学势的相关理论有效地解释其作用原理；化工和化学专业中的精馏和蒸馏的基本原理可以通过相平衡的相关理论进行阐释；通过这种知识的应用让学生觉得物理化学和其他化学是相互关联的，是有用途的，这种分析让学生能体会到物理化学和相关学科知识的联系，这样有助于学生认识到学习物理化学重要性，从而有效地提高教学质量。

4　与科研实践相结合

现代大学生思维活跃，知识面广，求知欲望强，也有很多大学生积极参加各种创新活动。可以尝试把教学和科研内容进行结合，让学生知道本科所学知识并不过时，让他们了解前沿科研领域的知识点仍旧是以本科知识为起点的。在这里我主要采用三种方法实现教学内容和科研内容的关联。(1)从物理化学知识出发，设计科研难题。比如电极电势，电极电势反映了金属离子氧化态得电子的能力，那么如何通过电极电势如何能设计出同时析出的两种金属或多种金属，实现均匀合金的制备。(2)选择一些经典学术难题引入课堂，结合物理化学知识进行解释。比如纳米材料的团聚和比表面积、比表面能的关系，通过这样的讨论和学习，让学生领会到物化知识与科研很近，很有用途。(3)选择适当的科研实例(名人)或者本校、院系老师的科研成果与物理化学教学结合起来。在讲授表面现象时，就经常提到江雷院士与他的疏水材料的研发。还经常把本校的知名教授的学术研究引入到课堂中，让学生感受到所学的物化知识并不是一些枯燥的公式和概念，而是活生生的现实。通过上述三种方法，让学生意识到物理化学知识可以设计实验，可以解释实验中问题，可以成就理想。通过这些“看得见，摸得着” 的科研实例与书中的理论结合，既吸引了学生的注意力，又增强了学生对物理化学知识在现代科研的应用，从而增加学习积极性和主动性。

5　与企业实际结合

将物理化学相关知识与企业生产实际相结合，物理化学与企业生产相结合的方式主要有两种。(1)企业反应和实验室反应的区别和联系。通过对比学习，让学生意识到企业生产中的反应及反应设备与实验室实验的区别和联系，让他们知道原理是相通的。比如在讲相平衡中的精馏塔，分别讲述精馏塔与气液相图的关系，同时还简单介绍企业生产中的精馏塔装置，让学生深刻体会到尽管企业生产的实验装置更为庞大，复杂，但是核心的理论仍旧是我们所学习的理论，让学生觉得自己所学物化知识在实际生活中有很大用途。(2)把企业产品开发中的一些典型事例引入物理化学的课堂教学，利用物理化学的相关知识来分析其过程，这对学生真正理解物理化学的知识点，了解企业生产过程其实也很需要物理化学知识，从而培养学生应用理论知识解决实际问题的能力是非常有利的。如在讲授“惰性气体对化学平衡的影响”内容时，课堂上笔者首先提出这样一个问题：在合成氨工业生产中，要定时对原料气放空，为什么?因是企业实际问题，学生兴趣很浓，积极开动脑筋思考和讨论，整个课堂变得异常活跃。(3)把工业化产品拿到课堂上，对其进行分析、讨论，实现工业化产品和物理化学知识的关联思考。比如汽车中防冻液为什么有加乙二醇，乙醇等物质，它的原理是什么？通过这样的工业化产品成分分析，分析其作用原理，实现物理化学知识的讨论及应用。

6　与日常生活现象相结合

物理化学课程向来是以抽象的理论、复杂的推导和繁琐的计算为特点。若在教学过程中从理论到理论，只注意基本概念的讲解、数学推导及计算，学生会感到枯燥无味，产生厌学情绪。为了让学生真正理解和掌握物理化学基本原理与知识精髓，笔者在课堂讲授时，根据理论的逻辑性和内容的关联性，恰当的引入日常生活实例，激发学生的热情和好奇，培养学生发现问题、分析解决问题的能力。高压锅的使用与克-克方程的关系；“液滴、泡沫为什么总呈球形”；在大雪过后，环卫工人为什么在大街上洒盐水；在讲胶体化学时，提到天空为什么是蓝色的，朝霞晚霞为什么是红色的?为什么水银压力计中水银面为凸面而玻璃器皿中水的液面面为凹面”。通过这种理论与日常生活的结合，让学生们感觉到物理化学知识不再是书本上的纯理论的东西。而与我们的生活息息相关，使学生体会到生活中处处有“物理化学”，处处需要“物理化学”，促使学生在理论与实践的联系中理解和掌握知识，提高分析与解决问题的能力，同时可以活跃课堂气氛，增强师生间的共鸣及学生的学习兴趣，达到较好的教学效果。

7　结　语

通过上述实施方法，可以实现物理化学知识与实际进行结合，有利于知识的学习和认识，有利于激发学生学习的兴趣，有利于所学知识的巩固。

[1]木合塔尔·依米提，帕提古丽·依明．重新认识物理化学的地位和教学改革的必要性[J]．化工高等教育，2007(3):98-101．

[2]王周玉,蒋珍菊关于提高物理化学教学效果的几点思考[J]. 高等教育研究 2009(4):55-56．

[3]伊廷锋，金红，朱彦荣，岳彩波，诸荣孙.工科专业物理化学教学提高学生学习兴趣的几点尝试[J]. 化工高等教育，2010(2)：71-74．

[4]马传国，王亚珍，陈国华.对物理化学课程教学方法改革的初步探索[J]. 高教论坛,2010(5):31-33.

Research on the Close Collaboration between Theory and Instantiation in Physical Chemistry Teaching*

SONGJiang-feng,HUTuo-ping,ANFu-qiang,JIUHong-fang,CHENZhi-ping

(Department of Chemistry, College of Science, North University of China, Shanxi Taiyuan 030051, China)

It’s difficult to learn physical chemistry well for many college students due to many abstract concepts and widely theoretical knowledge in Physical Chemistry, which makes them afraid, bored, and confused. In order to solve the above-mentioned question, a new teaching pattern on the close collaboration between theory and instantiation in Physical Chemistry teaching was proposed, and can be fulfilled by the following six ways: the abstract concepts were simplified and concretized, the approximate treatments were widely applied in physical chemistry, the close collaboration between theory and experiments, the close collaboration between theory and the related researches, the close collaboration between theory and industry, the relation between theory and our daily lives. This kind of new teaching pattern helps the college students to better combine theory with practice, improves their interest and makes them work hard for physical chemistry.

Physical Chemistry; teaching pattern; instantiation; learning interest

中北大学教改项目(2015年)。

宋江锋 (1978-)，男，副教授，硕导，博士。

A

1001-9677(2016)07-0192-03