物理化學教學中激發工科學生學習興趣的方法

王森林　陳亦琳　楊衛華

摘要：根據工科物理化學課程和學生的特點：物理化學理論性強、邏輯思維性強、抽象概念多等，討論了激發和培養學生學習物理化學興趣的方法。因此，如何在課堂上將物理化學講授的生動、形象，激發工科學生的學習興趣就顯得特別重要。我們應從提高思想認識和提高教學內容、方法和手段的“趣味”性兩大方面著手來激發和培養工科學生學習物理化學的興趣。

關鍵詞：工科學生；物理化學；本科教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）45-0197-03

物理化學課程是化學化工類專業的一門重要學科基礎課程，也是學好后續專業課的必要準備。由于物理化學是在前人大量實驗資料的基礎上進行分析、綜合和歸納，從而得到很多的各種定律理論及公式，所以歷來的化學化工類學生都對之望而生畏。盡管物理化學公式多、概念多、模型多，但是很多知識源于物理的原理和實驗，而且經常用高等數學為工具進行推導和演算。總之，該課程理論性強，邏輯思維性強，抽象概念多，因此，如何在課堂上將物理化學講授的生動、形象，激發工科學生的學習興趣就顯得尤為重要了。興趣是最好的老師，學生有了興趣，教師才能較好的指導。我校涉及工科的化學化工類本科專業主要有：應用化學、高分子科學與工程、化學工程與工藝、環境工程等。以下是我們在課堂教學活動中，關于如何激發學生學習興趣的一些方法。

一、提出問題法

提出問題，引發學生思考。進行探究式教學是提高學生學習興趣的重要手段。例如講授“Carnot循環”一節時，可從Carter小時候觀察奶奶燒開水，看到水在鍋里沸騰將鍋蓋頂起來，受此啟發，長大后Carter發明了蒸汽機。一種工作在高溫熱源（鍋爐內水蒸汽）與低溫熱源（空氣）之間，源源不斷地將高溫熱源吸收的熱轉變為功并將部分熱量傳遞給低溫熱源，其最大效率是多少（工業上能提高生產效率）？然后聯系前面講過的可逆過程特點（系統膨脹對環境做最大功，壓縮得到最小功），引出Carnot循環。

又例，講授偏摩爾量時，理想混合物如苯（A）和甲苯（B），沒有體積效應，即Vmix=nAV*mA+nBV*mB，而真實混合物如水（A）和乙醇（B），具有體積效應，即Vmix≠nAV*mA+nBV*mB，為什么呢？這是由于兩種分子（A和B）的結構和分子之間范德華相互作用力不同造成的。

二、例舉一些與講授知識緊密相關的自然現象或工業上的應用

實踐是認識的來源。認識是主體對客體的能動性反應，這種反應只有在實踐中，在主體和客體的相互作用中才能完成實踐是認識發展的動力。認識產生于實踐的需要，實踐為認識的發展提供日益完備的認識工具，鍛煉和提高人的認識能力。例如，講授“Henry”一節前，舉例啤酒、碳酸飲料開瓶后，大量氣泡從瓶口溢出，問學生為什么？講授“Raoult”一節前，舉例為什么海水在低于0℃結冰？“表面物理化學”一章涉及許多自然現象或應用，例如，講授“表面張力”一節前，可舉例為什么水滴自動形成球形？可從以下兩個角度進行解釋，若形成不規則形狀，則各處的曲率不同，附加壓力不同，不穩定；形成球形表面積最小，則表面吉布斯自由能最小。講授“附加壓力及Kelvin公式”一節前，可舉例如下：人工降雨；干旱的稻田土壤龜裂，在縫隙里比較濕潤；香菇干在梅雨季節若沒有密封包裝，則容易受潮；等等。Kelvin公式可以解釋兩種重要的現象：（1）毛細凝聚現象：在多孔固體表面，水蒸汽被吸附時，在細孔道內彎曲液面上的蒸汽壓比平液面上小，容易發生凝聚。例如，干香菇在梅雨季節很容易受潮；多孔性結構的物質如活性碳、硅膠等常作為干燥劑；泥土中孔道和縫隙常常保持潮濕狀態；等等。（2）亞穩狀態的存在：例如過飽和溶液、過熱液體、過冷液體、過飽和蒸汽等亞穩現象。亞穩狀態在熱力學上不穩定，在動力學上卻能保持暫時穩定的狀態。講授“固體表面吸附”一節前，可舉例活性炭用于蔗糖汁脫色制白沙糖。

三、例舉一些與講授知識緊密相關的物理化學實驗

實驗是一種實踐，它是感性的，而理論是理性的。從感性上升到理論是邏輯必然，是認識更加深入的過程。理論指導實踐，反過來實踐或應用推動理論的發展。從生動、鮮活的實踐提煉上升到理論是認識的飛躍。例如，講授“熱化學—等壓熱效應與等容熱效應”一節前，講述氧彈量熱器測量物質燃燒熱—等容熱效應，如何換算為等壓熱效應？從Gay-Lussac-Joule實驗講授理想氣體熱力學能變和焓變，從Joule-Thomson實驗講授實際氣體的熱力學能變和焓變及其節流膨脹的應用，從鉍—鎘相圖的步冷曲線測量實驗講述簡單的低共融二元相圖等。

四、類比法

類比推理是一種重要的思維手段，類比教學法對于引發學生的學習動機、幫助學生理解抽象的事物和概念、發展學生的求異性思維以及培養學生學習的主動性具有重要意義。類比教學法在課堂教學中被廣泛運用，形式多樣，但是類比教學的運用也有一定的局限性，類比的運用要適度，不能盲目依賴。例如，講授“電解質溶液的電導”一節時，將離子導體與金屬導體進行相應的對比講述，讓學生對這兩種導體的特點、影響導體電阻的因素等有明確的認識。再比如，可以提問學生，電化學反應其實也是一種氧化還原反應，那么，這種氧化還原反應與普通的氧化還原反應有何區別？引導學生經過思考后加深對電極反應的認識。

五、講述科學家的生平故事，特別是他們的科學精神

講述科學家的生平故事，可激勵學生以他們為榜樣，勇攀科學高峰。涉及的物理化學家主要有：Carnot、Joule、Clausius、Gibbs、Helmholtz、Claperon、Faraday、Nernst、Arrhenius等。比如在講Ag|AgCl電極時，可以講周公度先生的一個親身經歷。周先生早年在北大做實驗助理教師時制備Ag|AgCl電極，第一次制備時發現電極上有一個黑點，他一開始認為可能是實驗操作問題，然后重新做，結果第二次還有，這時，他認為這可能不是實驗操作的問題，而是有相關實驗現象產生。于是，周先生對電極上的黑點進行了詳細的結構分析，結果發現了一個文獻中還沒有報道過的晶體結構，并將研究結果發表在國際相關主流學術期刊上，該研究成果奠定了其在國內結構化學領域的領軍地位。經過這一事例可以教育學生要善于發現問題，并勇于解決問題。這一點不僅可以教書，而且還可以育人。endprint

六、學生課堂練習法

講授氣體混合物中各組分的化學勢——理想氣體及其混合物的化學勢時，先讓學生做以下例題。

計算1.0 mol理想氣體在等溫下從標準壓力P⊙變化到任意壓力P化學勢的變化。

標準態：在T、P⊙的純理想氣體。以上就是化學勢表示式。

七、介紹科技前沿法

教師在教學過程中應當結合現代科學技術的新發展，把一些與課程有聯系的最新科技進展穿插在理論的講授中，學生通常對這部分比較感興趣，既拓展了學生的科學視野，也提高了學生的學習興趣。例如教授“化學電源”一節，除了介紹教材上列舉的蓄電池（如鉛酸、金屬氫化物—鎳電池等）和燃料電池，還補充介紹了目前廣泛使用的鋰離子電池。隨著全球礦物能源的日益減少和環境問題的日益突出，對于新能源的利用和研發越來越重要，因此特別介紹了鋰離子動力電池和超級電容器作為替代轎車傳統發動機的能源動力，可達到減少環境污染和減少對石油的依賴。

八、提問學生法

對于比較容易和簡單的講授內容，可采用此法。一方面可提出下面講課的內容，另一方面可檢查學生的預習情況。例如講授“Hess定律”一節時，可以提問學生：Hess定律的內容是什么？Hess定律在什么條件下成立？等問題。

此外，還有先講結論法、歸納法、演繹法等。總之，要根據授課內容來選擇合適的激發學生學習興趣的方法。讓學生感到物理化學重要（是其他化學基礎課程的理論基礎）、有用（工農業生產應用，解析自然現象等）、形象而不抽象，達到學生自覺和主動學習的目的，從而促進學生掌握物理化學知識。

參考文獻：

[1]傅獻彩，沈文霞，姚天楊，侯文華.物理化學[M].第五版.北京：高等教育出版社，2005.

[2]韓德剛，高執棣，高盤良.物理化學[M].北京：高等教育出版社，2001.

[3]王森林.關于物理化學習題課件的一些設想[J].大學教育科學，2003，82（2）.

[4]王森林，陳亦琳.講授工科化學本科表面物理化學一章的一些做法[J].高校教育研究，2009，（10）.

[5]陳加福，曹艷.多媒體技術在高校文理科教學中的合理利用[J].時代教育（教育教學），2010，（05）.

[6]楊喜平，張玉軍，閻向陽，尹春玲.物理化學課程教學的探索與實踐[J].時代教育（教育教學），2010，（10）.

[7]劉維橋，尚通明，朱雯.物理化學教學改革的探索與實踐[J].江蘇技術師范學院學報（自然科學版），2009，（01）.

[8]馬傳國，王亞珍，陳國華.對物理化學課程教學方法改革的初步探索[J].高教論壇，2010，（05）.

[9]鄧謙.多媒體技術在物理化學教學中的應用[J].當代教育理論與實踐，2011，（03）.

[10]朱雯，尚通明.物理化學教學改革初探[J].江蘇技術師范學院學報，2007，（06）.

[11]賀詩華.工科非化學與化工專業《物理化學》重組與重整實踐[A].2010.中西部地區無機化學化工學術研討會論文集[C].2010.

[12]曾明榮，黃婷婷，翁建新.物理化學實驗教學改革創新與實踐探索[J].高等理科教育，2008，（04）.

[13]張飛躍，黃燕梅，李斌.我校物理化學開放實驗改革芻議[J].廣西大學學報（自然科學版），2007，（S1）.

課題資助：華僑大學校級教學團隊項目——工科物理化學教學團隊（201100380）

作者簡介：王森林（1962-），男，福建晉江人，博士，教授，材料科學與工程學院副院長，研究方向：應用電化學。endprint