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归纳式教学法在物理化学教学中的应用
物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系入手,来探求化学变化基本规律的一门科学,简言之,“用物理的手段研究化学的规律”,是化学化工学院各专业要求的专业必修课程,也是化学学科以及在分子层次上研究物质变化的其他学科的理论基础,具有理论性强、抽象概念多、公式推理繁杂、应用范围广等特点,与化学其他基础学科相比,无论是教还是学,难度明显加大.
传统的物理化学课堂教学以演绎法为主,在这种教学过程中,学生所接受的知识往往是以定论的形式呈现出来的普遍真理,学生所要做的就是接受而非质疑,是利用这些原理、公式、定律去解决问题,而非发现问题,即使能够理解概念、理论,大多也只是一堆枯燥的文字和公式,学生只能被动接受.演绎法有利于提高学生的分析、解决问题的能力,但不利于培养学生的创新思维.而物理化学的教学本质是不仅能使学生获取解决问题所需要的基本概念、基本理论和基本的技能,更重要的是能够培养学生的思维能力.归纳式教学有利于发挥学生学习的主观能动性,对章节内容整体把握,形成一条完整的知识链,同时也锻炼了学生独立解决问题的能力,激发灵感形成创造性的思维和发现,能够有效的提高物理化学课堂教学的效率.本文以傅献彩先生主编的《物理化学》第五版教材为例,结合课堂教学实践,简要谈谈归纳式教学法在物理化学教学中的应用.
1.理清章节脉络,抓住主要矛盾
作为教学活动的媒介,教材对教学活动具有重要的导向作用,然而传统的教科书编写几乎采用的都是演绎式,演绎的方法只能验证真理而不能发现真理,运用演绎法培养起来的演绎思维,只能进行模仿,而难以进行创造.而在教学实际中,教师无需严格按照教材编写顺序讲解,总体上以学生思维为导向,明确主线,顺藤摸瓜,使学生循序渐进的深入课堂,这有利于帮助学生形成思维的系统性,更好的达成教学目标.
以第三章“热力学第二定律”内容为例,本章一共分为17小节,结合本校学生实际情况,除去带星号的3节,还需学习14节内容,对初学者来说内容较为繁重.在新课学习之初,首先给学生展示本章脉络（图1）.
本章内容虽然较多,但实际上主要围绕三大模块（图1）,且三部分层层递进,由分到总,其中第一模块“状态函数S、G、A的概念及变化值的计算”是本章重点,主要涉及3.1-3.5,3.7-3.10,3.12,3.14共11小节,可以说是本章的核心内容；第二模块“过程可逆性的三大判据”实际上是对第一部分的总结和应用,只有熟练掌握了各种过程中ΔS、ΔG、ΔA的计算方法,才有可能将其应用于实际来判断该过程是否自发；第三模块“热力学基本方程式及其推论”是对热力学第一、二定律的联合应用,讲述热力学的状态函数内能U、焓H、熵S、Helmholtz自由能A、Gibbs自由能G、压力p、温度T和体积V之间的关系,是对前两章的总结.
理清章节思路后,课堂讲授无需严格按照教材编写顺序.可首先讲解熵的引入（3.1-3.4）、接着熵变的计算（3.7）、熵增加原理（3.5）、熵的微观意义（3.8和3.9）,最后通过热力学第三定律引入规定熵这个概念（3.14）,至此,熵函数的内容全部讲授完毕,遵循由易到难,由宏观到微观,既容易理解又帮助区分.接下来是有关Helmholtz自由能和Gibbs自由能的概念和ΔG的计算（3.10、3.12）,然后进行“过程可逆性的判据”（3.11）,对前一部分内容的小结有利于学生在学习中整体把握.最后是“热力学基本方程及其推论”,具体涉及教材的3.6和3.13节,将热力学第一定律和第二定律联合应用,帮助学生总结和回顾热力学的相关内容,更加有利于培养学生系统、科学的思维.
与此类似的本教材第四章“多组分系统热力学及其在溶液中的应用”章节脉络见图2.此处不再一一赘述.
2.总结归纳,由此及彼
以第三章的热力学基本关系式及其推论为例,说明在课堂讲授中如何应用总结归纳的方法帮助学生快速有效的记忆相关公式.
本小节公式多达20个,以Maxwell关系式尤为繁琐难记：
（2.1）
（2.2）
（2.3）
（2.4）
但若掌握了热力学四个基本关系式：
不难发现如下规律：
其中同号为正,异号为负.如公式2.5中T、p分别为偏微分dS、dV的系数,且两项的符号相反,套用公式2.9,即可得到公式2.1.其余公式可请读者自行试之.
3.顺藤摸瓜,理清来龙去脉
以第十章“电解与极化作用”中超电势的计算为例,在教学过程中,总有同学混淆阴阳两极的超电势.实际上,只要深刻理解“极化作用使阴极电势更负,阳极电势更正”和“超电势是指电极电势超出平衡态的差值,其结果总为正值”这两句话,不难将二者区分开.
极化作用后,阴极上电极电势更负,即φ（不可逆）<φ(可逆),故：
（2.10）
阳极电极电势更正,即φ（可逆）<φ(不可逆),故：
（2.11）
类似的还有热力学中熵变的计算,熵变的计算公式多种多样,且不同的过程使用不同的公式,因而也是教学中的难点,但其实熵变所有的公式都来源于其定义式：
,其中Q■指的是可逆过程的热
如理想气体的等温可逆膨胀或压缩过程：等温pVT变化,理想气体的内能仅是温度的函数,所以内能不变ΔU等于0,根据热力学第一定律ΔU等于Q+W,且本身是可逆过程,无需另
外设计,有
,
所以熵变
.而对于理想气体的等容变温的可逆过程中,因为是等容过程,所以体积功W等于0,Q等于ΔU,根据pVT变化中
即可得出
.
以上只是笔者在教学实践中的一点心得体会,物理化学是一门博大精深的学科,如何教好、学好物理化学,并将其灵活运用于实际,还需在今后的教学中不断摸索,总结提高.
【参考文献】
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