辅助物理化学授课的形象图解方法*

严志宇，王巧敏，孙　冰

(大连海事大学环境科学与工程学院，辽宁　大连　116026)



辅助物理化学授课的形象图解方法*

严志宇，王巧敏，孙冰

(大连海事大学环境科学与工程学院，辽宁大连116026)

介绍了物理化学授课中如何借助形象的图形图像来提高教学效果，主要采用拟人、比喻、类比等手段。所介绍的形象图解法涉及并应用于化学热力学、动力学、电化学和界面化学等章节，这可帮助学生在理性思维中增强感性思维，更好地吸收知识，并体会物理化学在内容上的生动性和内涵上的深刻性。

物理化学；形象图解；授课

理工科凡是涉及数学计算、公式推导的，都因其大量的符号语言、数学语言作为载体，使得书本知识远离客观实物，而显得晦涩、枯燥，物理化学课程尤其如此。物理化学是研究化学学科中的原理和方法，研究化学体系行为最一般规律的学科，是化学类、化工类、材料类、环境类学生所必修的专业基础课程，也是学好后续专业课的必要准备。由于其具有与数学、物理等科目联系性强，数理推导多，公式繁杂等特点，学生在学习物理化学课程时感到知识跨度较大，理论性强，对该门课程的学习都有不同程度的畏难情绪，甚至将其喻为“天书”[1-3]。因此，没有好的教学和学习方法，教师和学生都难体会物理化学深刻的内涵及其范畴延伸性极强的价值。

针对提高物理化学教学效果的尝试和研究中，许多老师已经提出宝贵的建议[4-6]，本文就形象图解方法辅助物理化学授课做一详细介绍。图解是以图的表现方法为一个主题所作的说明，可客观、生动地表达理论、公式或推演过程。图形可以帮助理论及公式恢复到物质本身所具有的丰富多彩的、生动活泼的特性上。在大家致力于将最新教学手段淋漓尽致地发挥到物理化学授课中时，不应忘了真正教学改进的本质还是在思想启发上和知识传授的方法上，其中借助图形来改进教学是值得教学第一线的老师多花精力来完成的。在此，本人主要介绍用形象的图形辅助物理化学内容的传授，其中采用了拟人、比喻、类比等方法进行图解，希望起到抛砖引玉的作用。

1　拟人化图示

图1　物理化学概述中的拟人法示意图

面对晦涩的知识，用拟人化是再合适不过了，而且也最能提起学生兴趣。例如，在第一节课介绍物理化学时，图1中的卡通式图片一定会让学生印象深刻。

在介绍界面分子受力不均时，可以把界面分子比拟为不断被拉扯的小人儿，问学生你是表面分子，怎么办？让学生自己体会一下做界面分子的感觉(见图2)，自己寻求削弱这种受力不均匀性的方法，从而加深界面效应产生原因的印象。

图2　界面分子受力不均现象的拟人示意图

在电解液的导电性能的介绍中，用快递公司的效率来比拟电解质的导电性能(见图3)是一个可推荐的方法。为了更公平地评价快递公司的效率，需要从跑道规格、快递人数、跑道障碍进行规范，进而细致到对每个快递员进行评价。对电解液而言，则可以比拟为，从电导到电导率、摩尔电导率、无限稀薄的摩尔电导率，最后得到离子的无限稀薄摩尔电导率作为最客观反映电解液电导性能的定量描述概念，这也让学生体会出物理化学刨根问底的定量描述风格，并掌握这种探索未知的方法。

图3　描述电解液导电性能的概念推演过程

另外，以下内容都可借助拟人图来讲解：反应物分子和最低反应途径，可用学生及其郊游时登山的路径来比喻，精力一般的大多数学生都会选择的最易路径；对催化剂和催化反应的描述，可把催化剂比作导游，带领反应物走捷径到达产物，自己又回到起点，重新为反应物导游；讲解熵增原理时，可把物质比作内心渴望自由的上课在座的学生；在讲解偏摩尔量的时候，把纯物质比作独处的学生，混合物比作身边有同学、老师或家长的学生……所用的图可以是照片或矢量图，这里由于篇幅的原因就不附图了。总之，拟人化图示不但有助于把物质的特性生动表示出来，还可让学生在头脑中扮演物质的角色，身临其境感受客观世界运行的规律。

2　比喻法图示

在电化学系统热力学部分，公式DrGm=-zFEMF可看做连接热力学和电化学系统的桥梁(见图4)，范特霍夫方程通过这个桥梁可摇身一变，成为能斯特方程，简单的桥梁图案，一边是范特霍夫方程，一边是能斯特方程，能让枯燥的推导生动起来。标准平衡常数、吉布斯函数定义式、吉布斯函数判据都通过这个桥梁，得到相应的电化学热力学公式。

图4　电化学热力学公式推导

在第一节物理化学课中介绍“始终态一定，不同途径，但状态函数改变却一样”时，尽管概念简单，但作为刚学物理化学的学生，如果用生活化的比喻，轻松的“开场白”可以减轻其对物理化学的焦虑、增添学习兴趣。如图5所示，可用学生从家到学校这个过程并辅以图形图像来替代枯燥的状态1状态2这样的称述。

图5　状态函数和途径函数的介绍

3　类比图示

除了知识、方法的传授，现代教学最好能引入人文元素，并启发学生进行哲学思考。借助图解，可以让人文素质教育和哲学思考的启发不那么突兀和生硬。

如：在讲解活度，即有效浓度，可给出学生做物化实验时的照片，问学生：若几个人一组，有效人数是多少？除了说明人和物质一样，之间有相互影响外，还暗示学生做事情时要注意团体效率。

又如：在讲解分解电压时，由于产生了反电动势，电压上升到一定阈值之前，电流几乎不上升，此时可把电压用努力程度替代，电流用成绩替代(见图6)，说明不超过一定阈值的努力，在物理化学的学习中是取得不了明显的成绩的，这正是物化学习的难度的体现。

图6　分解电压曲线类比为成绩曲线的示意图

4　其　他

除了上述结合授课内容进行的形象化图解以辅助物理化学教学外，还有纯粹是为了生动化进行的点缀式以图示意的方式，适当添加教学乐趣有助于学生理解和记忆。

如，在相图介绍中，可将固相部分互溶的固液图比拟为有两个大耳朵的兔子(图7)，在介绍固相完全不互溶的相图(其实是部分互溶相图的特例)时，可动画演示这个兔子脸逐渐变大最后成大方脸过程。在介绍有转变温度的固液相图时，可将兔子耳朵耷拉下来将二相图关联起来。在原有的相图中添加上兔子的脸，会增添不少乐趣。

图7　熔点相图之间的关联

当老师讲课比学生自己看书内容更生动形象、更富有情感、更深刻时，这个课才有价值。这也是图解的意义。

5　结　语

在采用形象化的图解辅助物理化学的教学中，用拟人的方法可帮助学生身处物质世界，体会物质所具有的性质和所受的规律约束，能更有感触地理解物理化学过程；用比喻法可使枯燥的概念变得可以想象；用类比的方法可将宏观世界和微观世界相关联、将物质世界和人类的行为和意识关联，锻炼学生发散思维，深刻理解理论内涵。形象化的图解可让知识的结晶栩栩如生，不再冰冷，是知识传授中增加快乐和提高效率的催化剂。

[1]黄玉代,刘瑞泉.“物理化学”教学方法改革探索[J].伊犁师范学院学报(自然科学版),2011(1): 52-54.

[2]李莉,张明波,张旭,等.《物理化学》课程教学创新初探[J].辽宁中医药大学学报, 2010,12(1): 217.

[3]聂龙辉,胡立新.关于物理化学课堂教学的思考[J]. 广东化工, 2011,38(1): 235-236.

[4]刘道胜.问题式教学法在物理化学教学中的应用[J].化工高等教育, 2010, 3: 99-101.

[5]李学峰, 赵艳茹.案例法在物理化学教学中的应用[J].大学化学, 2012,27(5): 14-16.

[6]李一鸣,包木太,姬泓巍.开放式课堂教学在物理化学教学中的应用[J].绍兴文理学院学报,2010, 30(8): 82-85.

Graphic Image Method of Auxiliary Physical Chemistry Teaching*

YANZhi-yu,WANGQiao-min,SUNBing

(College of Environmental Science and Engineering, Dalian Maritime University, Liaoning Dalian 116026, China)

How to improve teaching effect with the help of a graphic image method in physical chemistry teaching work was introduced, including means of personification, metaphor, analogy, etc. Graphic image methods described above were involved in and applied to the chemical thermodynamics, chemical kinetics, electrochemistry, interface chemistry and other chapters, which was not only conducive to students to enhance the perceptual thinking in the rational thinking, but also can help students understand and experience the vivid content and profound connotation on the basis of mastering physical chemistry knowledge points.

physical chemistry; graphic image method; teaching

大连海事大学本科课程体系改革项目“环境工程专业特色办学的研究”的研究成果(0039011482)。

严志宇(1970-)，女，副教授，博士，主要从事高级氧化技术在水处理中的应用及海上溢油风化的研究。

G642.0

A

1001-9677(2016)02-0192-03