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案例式教学在物理化学课程教学中的应用
中图分类号院G642 文献标识码院A DOI院10.16871/j.cnki.kjwhb.2018.01.027
摘 要物理化学是一门逻辑性强、理论抽象的学科基础课.提高学生学习兴趣是改善教学质量的关键.采用案例式教学模式,引入实例到物理化学课堂教学中,能有效激发学生的学习兴趣,并有利于培养学生的科学思维能力、运用知识解决问题的能力.
关键词物理化学兴趣案例
Application of Case Teaching Method in Physical Chemistry Teaching // Li Zhijun
Abstract Physical chemistry is a basic course with strong logicalityand abstract theory. Improving students´ interest in learningis the key to improve the teaching quality of physical chemistry.Case teaching method is applied to the teaching of physicalchemistry, which effectively stimulates students´ interest, and alsogreatly improves students´ ability of scientific thinking and abilityto solve problems with knowledge.
Key words physical chemistry;interest;case
物理化学是众多工科专业必修的重要专业基础课.它逻辑性强、理论抽象、概念多、公式适用条件苛刻,这些特点决定了该课程能有效地培养学生的科学素质,提高抽象思维能力,但同时也决定了初学者学习起来会感到比较困难.笔者从2006 年起在南昌航空大学科技学院承担了物理化学的教学工作,深刻体会到独立学院的学生基础较差,在学习时普遍反映概念、理论晦涩难懂,易失去学习兴趣和信心,效果差.
现行的物理化学教学,普遍重理论轻应用,重公式计算轻实际意义,不符合独立学院“以应用为目的,以够用为度”的原则.在教学中大多忽略了原理的应用背景,很少能和其他学科知识或生活中的实例紧密联系起来,使学生产生了物理化学没有真正的用处的感觉.学生的学习兴趣不高,甚至产生厌学的心理情绪.
针对以上问题,笔者采用案例式教学模式,从教学内容出发,选用同学熟悉的实验事实、日常生活中的实例来设置疑问,引导学生通过深入分析、广泛讨论等方式来解决这些实际问题,有效激发了学生的学习兴趣,促使学生主动参与教学,培养了学生的科学思维能力、自学能力和运用所学知识解决问题的能力.本文拟通过介绍实际教学中的若干个案例,说明案例式教学对培养学生学习兴趣和提高教学效果的有效作用.
1 热力学第二定律教学中的若干案例
热力学三大定律是物理化学的基石,也是教学的重点和难点, 尤其是热力学第二定律数学表达式的推导及应用,涉及到较多抽象的概念,如果按照课本讲述,势必是事倍功半.为了提高学生的听课兴趣,笔者在讲述这部分内容时, 引入了与现实生活相关的问题和案例,取得了一定的效果.
热力学第二定律是用来寻找过程进行的方向和限度的判断依据.笔者首先引导学生观察生活中的实际例子.自然界水的流动方向是什么？高处往低处流.什么时候停止流动？高度相同时.即可用函数高度h 作为判断水流的方向和限度.热传递的方向是什么？高温物体往低温物体传递.什么时候停止热传递？温度相同时.即可用函数温度T作为判断热传递的方向和限度.电流的方向是什么？电势高往电势低的方向流动.什么时候停止？电势相同时.即可用函数电势E 作为判断电流的方向和限度.通过以上学生熟悉的例子,引导学生总结归纳出规律：过程的方向和限度都可以通过一个物理量（函数）来判断,而我们现在要做的工作就是把这个物理量找出来.学生一下积极性就上来了,急于知道是什么函数,怎么挖掘出来,对热力学第二定律的推导充满了热情.
推导出热力学第二定律的数学表达式后,即使有部分学生掌握了熵变的计算,但仍难以真正理解熵的物理意义———系统的无序程度的度量,难以正确使用热力学第二定律.为了帮助学生理解这些问题,笔者在课堂上向同学们发问“人为什么要吃饭”？有同学说是为了获取物质,错！又有同学说是为了获取能量,还是错！这下同学们好奇了,是为了什么呢？此时向同学们介绍著名物理学家薛定谔撰写的伟大科学人文经典书籍《生命是什么》.薛定谔说生物体是吃负熵流长大的,为什么呢？按照热力学第二定律,隔离系统实际发生的自发过程是熵增加的过程（ΔS>0）,即系统的无序程度越来越大.如果人是一个与外界没有联系的隔离系统,那么其内部不断产生血液流动、生化反应等自发过程,引起熵不断增大,人体越来越混乱无序,熵趋向于极大的状态,那就是死亡.因此,人的生命过程是与熵增加原理是相违背的.学生越听越兴奋,意识到吃饭就是为了解决这个问题,马上提问人是如何与熵增加过程抗衡的.笔者趁机介绍吃饭的过程是吸收蛋白质、淀粉等高度有序的大分子（低熵高能的大分子）和纯净水（低能低熵）, 通过代谢排出CO2、汗和其他排泄物等高熵小分子, 这是熵减小的过程,相当于吃进了负熵,抵消人体增加的熵,达到平衡.同时引导学生根据热力学知识得到,吃进负熵流还有一个方法,就是与环境交换能量（比如通过皮肤表层扩散散热等）,如果夏天温度过高,人体散热困难,破坏了熵平衡,人体的熵就会增加,出现不适,即中暑.最后笔者提出问题,人与环境交换物质、交换能量的结果是得到了负熵,那么环境的熵怎么变化呢？学生很快得到环境的熵增加了的结论,即环境的无序程度增大了,环境受到了破坏.所以人只要活着就必然会破坏环境,我们要做的是可持续发展,尽最大的可能与环境和谐相处,保护环境,减小对环境的破坏.这样既理解了抽象的理论,又突出了实际应用,使学生体会到了物理化学与生命、健康、环境的关系,教学效果很好.
2 表面现象教学中的若干案例
在学习弯曲液面的表面现象时,我们从生活中的案例切入,农民锄地的主要原因是什么？铲除杂草,错！松土,还是不对！其实主要目的是保墒, 即保持水分不蒸发,不渗漏.因为土壤中有很多毛细管, 由于附加压力的作用, 导致水分和养料沿毛细管升到地面而蒸发流失.锄地的主要目的就是要破坏土壤中的毛细管, 起到保留水分和养料的目的.根据该案例, 分析毛细管的附加压力产生原理,从而联系到弯曲液面的表面张力,推导出拉普拉斯方程.这样,把教材中涉及到的抽象理论知识,在分析生活中常见的案例中轻松理解和掌握.
在弯曲液面上的蒸汽压的教学中,笔者首先提出这么一个问题：生活中有一种经验观点,认为一个城市如果经常晚上下雨,白天停雨,说明该城市环境好,空气质量高,这种观点是否科学？学生一下就来兴趣了,在思考讨论中,引导他们注意降雨的过程是水蒸气首先凝结成微小液滴的过程,而微小液滴的液面是弯曲的,有同学就联想到微小液滴的蒸汽压可能与平面液体的蒸汽压不同,随后我们根据拉普拉斯方程推导出开尔文方程,得到结论：对于球形小液滴,蒸汽压与液滴半径有关系,液滴半径愈小,蒸汽压愈大.当云层中的水蒸气达到饱和时,实际上是相对平面液体达饱和,但对微小液滴尚未饱和,所以无法凝结成小水珠而出现降雨,出现了过饱和蒸气现象.但若城市污染严重,空气中存在较多灰尘和细颗粒物（PM2.5）等微粒,则它们可以作为凝结的中心,大大降低了过饱和程度,使得水蒸气容易凝结降雨.向云层喷洒碘化银微粒进行人工降雨也是利用这个原理.如果城市空气质量好,白天即使云层水蒸气过饱和也难以降雨,至于为什么晚上容易降雨,是由于晚上温度下降,导致凝结所需的饱和蒸汽压下降,云层的过饱和蒸汽易超过该蒸汽压而出现降雨现象.因此这种生活经验的观点是合理的.通过这样一个生活中大家关心的环境问题、天气问题的例子,学生灵活掌握了弯曲液面上的蒸汽压的相关知识.
笔者的实践教学证明,将生活现象、企业生产等实际问题作为案例进入课堂教学,可以极大地激发学生的学习兴趣,提高学习的积极性,帮助学生更好地理解掌握抽象的理论知识,同时也拓宽了学生的知识面,使学生得到了一般科学方法的训练和逻辑思维能力的培养.在物理化学的教学中,始终坚持这种训练和培养, 学生就能掌握归纳和演绎的方法,提高了概括问题、分析问题和解决问题的能力,既提高了教学质量,又为后续课程的学习及学生的个人发展奠定了坚实的科学理论基础.
参考文献
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编辑李金枝
物理化学论文范文结:
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