浅谈思维导图在工科物理化学教学中的应用

冯悦兵

(齐齐哈尔大学 化学与化学工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006)

物理化学又称理论化学，是探求化学内在的、普遍规律性的一门学科。作为化学学科的一个重要分支，物理化学是现代化学的核心内容和理论基础，也是工科学生必修课[1]。由于物理化学理论性强、概念抽象、公式多、学时相对较少，初学者往往觉得困难很大，学习起来很吃力。因此，如何采取行之有效的措施将看似无序的众多知识点建立起联系，就成为教师亟需解决的问题。

思维导图(The Mind Map)，又名心智导图，是由英国著名教育家、心理学家东尼·博赞于20世纪70年代初发明的，它是表达发散性思维的有效图形思维工具，它简单、有效同时又很高效，已经在全球范围得到广泛应用[2]。将思维导图应用到物理化学教学中有利于教师理清教学思路，有利于学生实现知识点的整合，促进学生建立物理化学知识体系。本文以山东科技大学和齐齐哈尔大学物理化学课程组联合编著的《物理化学简明教程》(第二版)中的绪论和第1章热力学基本原理中的热力学第二定律内容为例，分析思维导图在物理化学教学中的应用。

1 思维导图在绪论课中的应用

绪论课是一门课程的灵魂，教师讲好绪论课对学生学好物理化学课程意义重大，起到开门见山的作用。物理化学知识点众多，既自成体系，又相互联系、逐步深入，初学者往往容易迷失方向。因此，教师在介绍物理化学课程的教学内容时，有必要建立思维导图(见图1)[3]。

图1 绪论课思维导图

通过思维导图，可以清晰地看出，物理化学课程内容包括化学热力学和化学动力学两大部分，化学热力学包括简单系统热力学和多组分系统热力学，简单系统热力学主要包括热力学第一定律和热力学第二定律，学完化学热力学基本原理后，再学习其三大应用，即化学平衡、相平衡和电化学，各章的地位及知识点之间的联系一目了然，这样就帮助学生迅速建立了物理化学课程各章层次分明、逻辑清晰的知识框架，为以后物理化学的学习打下坚实的基础。

2 思维导图在热力学第二定律中的应用

本教材热力学基础知识主要集中在第1章热力学基本原理，后续章节主要都是热力学基本原理在化学平衡、相平衡、电化学等体系中的应用。整体来看，热力学第二定律是本教材第1章的难点，为此，建立如图2的思维导图。

图2 热力学第二定律思维导图

热力学第二定律主要用于解决变化的方向和限度问题，通过对自发过程的共同特征的分析，总结出热力学第二定律两种经典表述即克劳修斯说法和开尔文说法，二者互为统一。由于文字表述并不能直观解决实际问题，因此克劳修斯在卡诺定理的基础上提出熵函数的概念，并将热力学第二定律的文字表述转化为数学表达式，进而得到了过程方向和限度的判据即熵判据。为了更方便地判别化工生产中两种常见过程，即等温等容和等温等压过程的方向和限度，人们在熵判据的基础上进一步提出了亥姆霍兹函数判据和吉布斯函数判据，同时对引入的熵函数讨论了其物理意义[4]。由于可以用熵函数、亥姆霍兹函数和吉布斯函数的变化来判别过程进行的方向和限度，因此，下一步就顺理成章地讨论熵变、亥姆霍兹函数变和吉布斯函数变的计算以及应用。最后，总结了状态函数之间的关系式，并应用这些关系式进行有关热力学公式的证明。

3 结语

物理化学知识体系十分复杂，通过建立各章节的思维导图，可以直观、逻辑清晰、条理分明地把物理化学知识进行串联，从而大大地促进学生物理化学知识体系的建立。笔者通过实践证明，将思维导图应用到物理化学教学中，可以提高学生的理解记忆能力，帮助学生掌握并熟练运用相关的知识，极大地改善了授课效果，显著地提高了学生的学习效率[5]。