淺談物理化學教學中的“點線串聯法”

趙樸素+宋潔+李喬琦

摘要：本文介紹了“點線串聯法”在物理化學不同層次教學中的應用情況.此法可幫助學生掌握物理化學內容的系統性和邏輯性，提高學生的學習效率.

關鍵詞：物理化學；教學過程；基本概念；邏輯推理

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）12-0200-02

物理化學是化學類相關專業的一門基礎主干課程，其中涉及諸多抽象概念和煩瑣公式及其推導，因而許多學生不喜歡物理化學[1-3].另外，隨著物化課程學習內容的不斷深入，研究對象的涵蓋范圍越來越大，而教師又不注重講解各章節研究內容之間的聯系.這時，學生就會感覺學習內容零散，沒有主線，以致學習毫無重點和樂趣.那么，如何在教學過程中幫助學生們知曉所學知識內部結構的相關性、完整性、系統性和邏輯性，并快速記憶所學知識，激發學生學習物化的興趣，就成為物化教師需要思考的問題.針對上述問題，筆者采用以下的“點線串聯法”加以解決.

一、各章節內容之間的“點線串聯法”

對于師范類學生，我們選用傅獻彩先生等編著的《物理化學》[4]作為主要參考教材進行授課.由于課時限制，“統計熱力學”一章不講.然而，在多年的授課過程中，我們發現，學生們都是孤立地學習各章內容，對于各個章節之間的聯系模糊不清，因而，教學效果欠佳.為此，對于化學熱力學部分，我們從緒論課開始，在各章講授的過程中，帶領學生們認真閱讀教材目錄，然后，以各章內容的研究對象為“點”，以研究對象之間的相互拓展關系為“線”，將各章內容串聯起來，讓學生們明白所學內容的系統性，從而抓住主要綱目，做到綱舉目張.

二、單個章節中相關內容之間的“點線串聯法”

對于單個章節中相關內容之間，我們也經常使用“點線串聯法”.比如，“多組分系統熱力學及其在溶液中的應用”一章中，化學勢的表達式涉及理想氣體及其混合物、非理性氣體混合物、理想液態混合物中任一組分、理想稀溶液中任一組分以及非理想液態混合物中各組分，這些內容對于剛接觸到“化學勢”概念的學生來說，頭緒紛繁復雜，公式一個接一個，不知道應該如何記憶.此時，我們使用“點線串聯法”，幫助學生理清思路，找出各個公式間的關系進行學習和記憶.這

4.理想稀溶液中，溶劑A服從Raoult定律，所以，溶劑A的化學勢表達式等同于理想液態混合物中化合物

三、單個章節中某個知識點的“點線串聯法”

物化教材的每個章節都含有多個知識點，有些知識點既是重點也是難點，此時的教學方法就變得很關鍵.例如，在講第三章“幾個熱力學函數間的關系”一節時，其中的4個“基本公式”、8個“對應系數關系”和4個“Maxwell關系式”（也是教師們常說的“484公式”）在后續的證明題中很重要，需要學生們牢記.但是，許多學生看到偏微分方程就恐懼，因此，大多數同學都是死記硬背這些關系式，這種做法不僅學習難度大，而且學習效果差.這時，我們選用“點線串聯法”教學，就可以幫助學生輕松學會推導并記住這些關系式.我們以第一個基本公式dU=TdS-pdV為“點”，以焓H、亥姆霍茲函數A和吉布斯自由能G的定義，以及狀態函數的全微分性質為“線”，將其他所有的基本公式和Maxwell關系式輕松獲得.

例如，首先掌握第一個基本公式dU=TdS-pdV的推導：

對于單組分系統，根據熱力學第一定律dU=δQ+δW，在一個不做非體積功的可逆過程中，δQ=TdS，δW=-pdV，所以，dU=TdS-pdV.以此公式為“點”.

然后，因為H=U+pV，且dH=dU+pdV+Vdp，所以 dH=TdS+Vdp

同理，因為A=U-TS，G=H-TS，且dA=dU-TdS-SdT，dG=dH-TdS-SdT，可以得到：dA=-SdT-pdV和dG=-SdT+Vdp.

搞懂了熱力學4個基本關系式的推導，繼續以dU=TdS-pdV為例，就可以掌握8個對應系數關系和4個Maxwell關系式的由來.

第一步，對于基本關系式dU=TdS-pdV，它的2個對應系數關系式推導如下：

第三步，用類似的方法可以推導獲得其他6個對應系數關系式和3個Maxwell關系式.

至此，“484公式”全部得到.這個“點線串聯法”的所有過程，并不需要學生死記硬背，提高了學生的學習效率，有效地降低了其恐懼心理.

總之，在整個物理化學教學過程中，為了貫徹對教材內容“少而精和博而通”的教學思想，需要教師不斷地進行教學方法研究.筆者的“點線串聯法”內涵也有待進一步地挖掘和完善.

參考文獻：

[1]陳益山.物理化學教學改革探索：整合課堂內外教學[J].化學教育，2015，36（2）：19-22.

[2]趙慧平，陳嶸.淺談物理化學教學過程中的愈講愈“精”[J].化學教育，2014，35（4）：12-15.

[3]李學峰，趙艷茹.案例法在物理化學教學中的應用[J].大學化學，2012，27（5）：14-16.

[4]傅獻彩，沈文霞，姚天揚，侯文華.物理化學[M].第5版.北京：高等教育出版社，2005.