论文部分内容阅读
【摘要】《物理化学》概念抽象难懂，为了使概念易教，易学，主要从三方面进行概念教学方法探索，即关键词解析法，案例分析法，點面结合法。
【关键词】物理化学概念 关键词解析法 案例分析法 点面结合法
【中图分类号】O64-4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）30-0151-01
在传统的《物理化学》教学中，往往注重计算，概念剖析较少，但概念在搭建学科教学体系中至关重要，精准地把握科学概念对学科认识和学生抽象概括能力甚至智力发展都非常重要[1-4]。本文从多个方面探索《物理化学》概念教学的方法，力求将复杂概念简单化、具体化，让物理化学概念易教易学，提高教学效果。
一、关键词解析法
标准摩尔生成焓是化学热力学中的重要数据，但学生由于对标准摩尔生成焓的概念缺乏理解，在应用时往往出错，比如计算化学反应焓变时，漏乘系数，分不清使用条件等。
“通俗讲解法”[5]无法用来理解标准摩尔生成焓，因为其概念为：在温度为T的标准态，由稳定相态的单质生成化学计量数为1的β相态的化合物B，该生成反应的焓变[6]。概念中嵌套多个俗语，只有抓住这些俗语才能全面地掌握概念。
因此，我们可以抓四个关键词解读。第一，“标准态”，即气体、固体、溶液分别如何规定？[6]第二，“稳定相态的单质”。单质因聚集态（如气、液、固）的不同而不同，因同素异形体而不同。该选取哪一种呢？相同条件下，最稳定的那种，如298.15K、Pθ下氧的单质中，气态最稳定，而碳的同素异形体中，石墨从热力学上最稳定。当然，规定为稳定相态的单质，其标准摩尔生成焓为零[6，7]。第三，“生成反应”说明此概念的内涵属于某一个特定反应的焓变，如查表得到ΔfHm（H2O，g，298.15K）=-241.8kJ·mol-1表示由特定的反应H2（g）+1/2O2（g）=H2O（g）在298.15K，标态下测出ΔrHm=-241.8kJ·mol-1定义为H2O（g）的标准摩尔生成焓。第四，“摩尔”表示反应进度为1摩尔，即生成反应中，生成物H2O（g）的系数为1。
二、案例分析法
《物理化学》中一些抽象的概念若用数学方法去推导，容易乏味，可采取举例分析的方法。Gibbs相律描述了相平衡系统中独立变量数，揭示了多相平衡物质的自由度、相数和组分数之间的关系（F=C-P+2），若进行数学推导往往更加难理解。因此，在抓关键词教学的基础上，举例讲解概念。如，一密闭抽空容器中有CaCO3（s）分解反应：CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）求此系统的自由度？解答：根据组分数C=物质数S -独立化学反应数R-独立的限制条件R?可得：S=3，R=1，R?=0，则 C=S-R-R?=3-1=2，相数P=3，则自由度F=C-P+2=2-3+2=1。这说明，对于CaCO3（s）分解达到平衡后，要维持三相系统平衡，能独立改变的变量数只有1个，这个变量可以是温度、压力（即CO2的分压）或者组分的浓度中的任意一个。教学中，先让学生对概念有整体的认识，再从案例中分析求解，最后对求解的结果进行物理意义的阐述和概念的回归，既增强学生的信心，又让复杂概念更易掌握。
三、点面结合法
《物理化学》中状态函数的概念在热力学教学中贯穿始终，如果这个“点”没明白，整个“面”将受影响。如何在教学中，由点及面，点面结合是概念教学的关键。
状态函数的概念为表示系统状态性质的物理量，其特征描述为当系统从某一状态分别经过不同的途径变到另一状态时，状态函数的改变量只取决于系统的始态和终态，而与变化途径无关。如果这样介绍状态函数很难让学生理解其特点。采用举例法效果较好，如考察压力P是否属于状态函数。设计两种不同的途径（途径a，一步加压；途径b，先加压再减压）从始态到末态，计算出压力的改变量。
根据图1，途径a压力的改变量ΔPa=202.6-101.3=101.3 KPa，途径b压力的改变量ΔPb=（1013-101.3）+（202.6-1013）=101.3KPa，由于ΔPa=ΔPb，说明压力P属于状态函数。其次，在讲解同类型概念时进行合理关联，如在盖斯定律的讲解时关联状态函数的特征，可得出其本质是因为焓是状态函数，焓变的数值只与始态与终态有关，而与所经历的过程无关。最后，对具有状态函数进行汇总。如热力学能（U）、焓（H）、熵（S）、吉布斯自由能（G）都是状态函数，他们都可以用盖斯定律的思想进行分析和认知。
四、结语
学会理解课程中的概念好似找到了“打开宝藏的钥匙”。抓关键词让冗长的概念变得简短，目标可见地剖析关键词掌握概念；微观、抽象的概念通过实例使之宏观化、具体化；概念本身的讲解要为全局服务，由点及面延伸概念，避免为讲概念而讲概念。总之，教学中，引导学生多角度多方法地分析概念，提高教学质量。
参考文献：
[1]林静，赵红艳.基于学习科学的科学概念教与学[J]. 教育科学，2015，31（5）：25-28.
[2]江欣，杨立滨，吕玉光.物理化学双语课程教学体会[J].广东化工，2015，42（6）：172-179.
[3]石月丹等. 浅谈“物理化学”教学改革与实践[J].电力教育，2011，9：202-203.
[4]Osman Nafiz Kaya. A Student-centred Approach：Assessing the Changesin Prospective Science Teachers’Conceptual Understanding by Concept Mapping in a General Chemistry Laboratory，Res Sci Educ.2008，（38）：91–110.
[5]汪小华等.基于提高物理化学教学效果的探索[J]，科技视界，2015，36：90.
[6]天津大学物理化学教研室.物理化学[M].北京：高等教育出版社，2010：43.
[7]同济大学普通化学及无机化学教研室.普通化学[M].北京：高等教育出版社，2004：1-5.
作者简介：
汪小华，1982年8月，女，硕士研究生，讲师，同济大学浙江学院，从事化学课程教学，催化加氢方面的研究。
【关键词】物理化学概念 关键词解析法 案例分析法 点面结合法
【中图分类号】O64-4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）30-0151-01
在传统的《物理化学》教学中，往往注重计算，概念剖析较少，但概念在搭建学科教学体系中至关重要，精准地把握科学概念对学科认识和学生抽象概括能力甚至智力发展都非常重要[1-4]。本文从多个方面探索《物理化学》概念教学的方法，力求将复杂概念简单化、具体化，让物理化学概念易教易学，提高教学效果。
一、关键词解析法
标准摩尔生成焓是化学热力学中的重要数据，但学生由于对标准摩尔生成焓的概念缺乏理解，在应用时往往出错，比如计算化学反应焓变时，漏乘系数，分不清使用条件等。
“通俗讲解法”[5]无法用来理解标准摩尔生成焓，因为其概念为：在温度为T的标准态，由稳定相态的单质生成化学计量数为1的β相态的化合物B，该生成反应的焓变[6]。概念中嵌套多个俗语，只有抓住这些俗语才能全面地掌握概念。
因此，我们可以抓四个关键词解读。第一，“标准态”，即气体、固体、溶液分别如何规定？[6]第二，“稳定相态的单质”。单质因聚集态（如气、液、固）的不同而不同，因同素异形体而不同。该选取哪一种呢？相同条件下，最稳定的那种，如298.15K、Pθ下氧的单质中，气态最稳定，而碳的同素异形体中，石墨从热力学上最稳定。当然，规定为稳定相态的单质，其标准摩尔生成焓为零[6，7]。第三，“生成反应”说明此概念的内涵属于某一个特定反应的焓变，如查表得到ΔfHm（H2O，g，298.15K）=-241.8kJ·mol-1表示由特定的反应H2（g）+1/2O2（g）=H2O（g）在298.15K，标态下测出ΔrHm=-241.8kJ·mol-1定义为H2O（g）的标准摩尔生成焓。第四，“摩尔”表示反应进度为1摩尔，即生成反应中，生成物H2O（g）的系数为1。
二、案例分析法
《物理化学》中一些抽象的概念若用数学方法去推导，容易乏味，可采取举例分析的方法。Gibbs相律描述了相平衡系统中独立变量数，揭示了多相平衡物质的自由度、相数和组分数之间的关系（F=C-P+2），若进行数学推导往往更加难理解。因此，在抓关键词教学的基础上，举例讲解概念。如，一密闭抽空容器中有CaCO3（s）分解反应：CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）求此系统的自由度？解答：根据组分数C=物质数S -独立化学反应数R-独立的限制条件R?可得：S=3，R=1，R?=0，则 C=S-R-R?=3-1=2，相数P=3，则自由度F=C-P+2=2-3+2=1。这说明，对于CaCO3（s）分解达到平衡后，要维持三相系统平衡，能独立改变的变量数只有1个，这个变量可以是温度、压力（即CO2的分压）或者组分的浓度中的任意一个。教学中，先让学生对概念有整体的认识，再从案例中分析求解，最后对求解的结果进行物理意义的阐述和概念的回归，既增强学生的信心，又让复杂概念更易掌握。
三、点面结合法
《物理化学》中状态函数的概念在热力学教学中贯穿始终，如果这个“点”没明白，整个“面”将受影响。如何在教学中，由点及面，点面结合是概念教学的关键。
状态函数的概念为表示系统状态性质的物理量，其特征描述为当系统从某一状态分别经过不同的途径变到另一状态时，状态函数的改变量只取决于系统的始态和终态，而与变化途径无关。如果这样介绍状态函数很难让学生理解其特点。采用举例法效果较好，如考察压力P是否属于状态函数。设计两种不同的途径（途径a，一步加压；途径b，先加压再减压）从始态到末态，计算出压力的改变量。
根据图1，途径a压力的改变量ΔPa=202.6-101.3=101.3 KPa，途径b压力的改变量ΔPb=（1013-101.3）+（202.6-1013）=101.3KPa，由于ΔPa=ΔPb，说明压力P属于状态函数。其次，在讲解同类型概念时进行合理关联，如在盖斯定律的讲解时关联状态函数的特征，可得出其本质是因为焓是状态函数，焓变的数值只与始态与终态有关，而与所经历的过程无关。最后，对具有状态函数进行汇总。如热力学能（U）、焓（H）、熵（S）、吉布斯自由能（G）都是状态函数，他们都可以用盖斯定律的思想进行分析和认知。
四、结语
学会理解课程中的概念好似找到了“打开宝藏的钥匙”。抓关键词让冗长的概念变得简短，目标可见地剖析关键词掌握概念；微观、抽象的概念通过实例使之宏观化、具体化；概念本身的讲解要为全局服务，由点及面延伸概念，避免为讲概念而讲概念。总之，教学中，引导学生多角度多方法地分析概念，提高教学质量。
参考文献：
[1]林静，赵红艳.基于学习科学的科学概念教与学[J]. 教育科学，2015，31（5）：25-28.
[2]江欣，杨立滨，吕玉光.物理化学双语课程教学体会[J].广东化工，2015，42（6）：172-179.
[3]石月丹等. 浅谈“物理化学”教学改革与实践[J].电力教育，2011，9：202-203.
[4]Osman Nafiz Kaya. A Student-centred Approach：Assessing the Changesin Prospective Science Teachers’Conceptual Understanding by Concept Mapping in a General Chemistry Laboratory，Res Sci Educ.2008，（38）：91–110.
[5]汪小华等.基于提高物理化学教学效果的探索[J]，科技视界，2015，36：90.
[6]天津大学物理化学教研室.物理化学[M].北京：高等教育出版社，2010：43.
[7]同济大学普通化学及无机化学教研室.普通化学[M].北京：高等教育出版社，2004：1-5.
作者简介：
汪小华，1982年8月，女，硕士研究生，讲师，同济大学浙江学院，从事化学课程教学，催化加氢方面的研究。