物理化学教学中激发工科学生学习兴趣的方法

王森林　陈亦琳　杨卫华

摘要：根据工科物理化学课程和学生的特点：物理化学理论性强、逻辑思维性强、抽象概念多等，讨论了激发和培养学生学习物理化学兴趣的方法。因此，如何在课堂上将物理化学讲授的生动、形象，激发工科学生的学习兴趣就显得特别重要。我们应从提高思想认识和提高教学内容、方法和手段的“趣味”性两大方面着手来激发和培养工科学生学习物理化学的兴趣。

关键词：工科学生；物理化学；本科教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）45-0197-03

物理化学课程是化学化工类专业的一门重要学科基础课程，也是学好后续专业课的必要准备。由于物理化学是在前人大量实验资料的基础上进行分析、综合和归纳，从而得到很多的各种定律理论及公式，所以历来的化学化工类学生都对之望而生畏。尽管物理化学公式多、概念多、模型多，但是很多知识源于物理的原理和实验，而且经常用高等数学为工具进行推导和演算。总之，该课程理论性强，逻辑思维性强，抽象概念多，因此，如何在课堂上将物理化学讲授的生动、形象，激发工科学生的学习兴趣就显得尤为重要了。兴趣是最好的老师，学生有了兴趣，教师才能较好的指导。我校涉及工科的化学化工类本科专业主要有：应用化学、高分子科学与工程、化学工程与工艺、环境工程等。以下是我们在课堂教学活动中，关于如何激发学生学习兴趣的一些方法。

一、提出问题法

提出问题，引发学生思考。进行探究式教学是提高学生学习兴趣的重要手段。例如讲授“Carnot循环”一节时，可从Carter小时候观察奶奶烧开水，看到水在锅里沸腾将锅盖顶起来，受此启发，长大后Carter发明了蒸汽机。一种工作在高温热源（锅炉内水蒸汽）与低温热源（空气）之间，源源不断地将高温热源吸收的热转变为功并将部分热量传递给低温热源，其最大效率是多少（工业上能提高生产效率）？然后联系前面讲过的可逆过程特点（系统膨胀对环境做最大功，压缩得到最小功），引出Carnot循环。

又例，讲授偏摩尔量时，理想混合物如苯（A）和甲苯（B），没有体积效应，即Vmix=nAV*mA+nBV*mB，而真实混合物如水（A）和乙醇（B），具有体积效应，即Vmix≠nAV*mA+nBV*mB，为什么呢？这是由于两种分子（A和B）的结构和分子之间范德华相互作用力不同造成的。

二、例举一些与讲授知识紧密相关的自然现象或工业上的应用

实践是认识的来源。认识是主体对客体的能动性反应，这种反应只有在实践中，在主体和客体的相互作用中才能完成实践是认识发展的动力。认识产生于实践的需要，实践为认识的发展提供日益完备的认识工具，锻炼和提高人的认识能力。例如，讲授“Henry”一节前，举例啤酒、碳酸饮料开瓶后，大量气泡从瓶口溢出，问学生为什么？讲授“Raoult”一节前，举例为什么海水在低于0℃结冰？“表面物理化学”一章涉及许多自然现象或应用，例如，讲授“表面张力”一节前，可举例为什么水滴自动形成球形？可从以下两个角度进行解释，若形成不规则形状，则各处的曲率不同，附加压力不同，不稳定；形成球形表面积最小，则表面吉布斯自由能最小。讲授“附加压力及Kelvin公式”一节前，可举例如下：人工降雨；干旱的稻田土壤龟裂，在缝隙里比较湿润；香菇干在梅雨季节若没有密封包装，则容易受潮；等等。Kelvin公式可以解释两种重要的现象：（1）毛细凝聚现象：在多孔固体表面，水蒸汽被吸附时，在细孔道内弯曲液面上的蒸汽压比平液面上小，容易发生凝聚。例如，干香菇在梅雨季节很容易受潮；多孔性结构的物质如活性碳、硅胶等常作为干燥剂；泥土中孔道和缝隙常常保持潮湿状态；等等。（2）亚稳状态的存在：例如过饱和溶液、过热液体、过冷液体、过饱和蒸汽等亚稳现象。亚稳状态在热力学上不稳定，在动力学上却能保持暂时稳定的状态。讲授“固体表面吸附”一节前，可举例活性炭用于蔗糖汁脱色制白沙糖。

三、例举一些与讲授知识紧密相关的物理化学实验

实验是一种实践，它是感性的，而理论是理性的。从感性上升到理论是逻辑必然，是认识更加深入的过程。理论指导实践，反过来实践或应用推动理论的发展。从生动、鲜活的实践提炼上升到理论是认识的飞跃。例如，讲授“热化学—等压热效应与等容热效应”一节前，讲述氧弹量热器测量物质燃烧热—等容热效应，如何换算为等压热效应？从Gay-Lussac-Joule实验讲授理想气体热力学能变和焓变，从Joule-Thomson实验讲授实际气体的热力学能变和焓变及其节流膨胀的应用，从铋—镉相图的步冷曲线测量实验讲述简单的低共融二元相图等。

四、类比法

类比推理是一种重要的思维手段，类比教学法对于引发学生的学习动机、帮助学生理解抽象的事物和概念、发展学生的求异性思维以及培养学生学习的主动性具有重要意义。类比教学法在课堂教学中被广泛运用，形式多样，但是类比教学的运用也有一定的局限性，类比的运用要适度，不能盲目依赖。例如，讲授“电解质溶液的电导”一节时，将离子导体与金属导体进行相应的对比讲述，让学生对这两种导体的特点、影响导体电阻的因素等有明确的认识。再比如，可以提问学生，电化学反应其实也是一种氧化还原反应，那么，这种氧化还原反应与普通的氧化还原反应有何区别？引导学生经过思考后加深对电极反应的认识。

五、讲述科学家的生平故事，特别是他们的科学精神

讲述科学家的生平故事，可激励学生以他们为榜样，勇攀科学高峰。涉及的物理化学家主要有：Carnot、Joule、Clausius、Gibbs、Helmholtz、Claperon、Faraday、Nernst、Arrhenius等。比如在讲Ag|AgCl电极时，可以讲周公度先生的一个亲身经历。周先生早年在北大做实验助理教师时制备Ag|AgCl电极，第一次制备时发现电极上有一个黑点，他一开始认为可能是实验操作问题，然后重新做，结果第二次还有，这时，他认为这可能不是实验操作的问题，而是有相关实验现象产生。于是，周先生对电极上的黑点进行了详细的结构分析，结果发现了一个文献中还没有报道过的晶体结构，并将研究结果发表在国际相关主流学术期刊上，该研究成果奠定了其在国内结构化学领域的领军地位。经过这一事例可以教育学生要善于发现问题，并勇于解决问题。这一点不仅可以教书，而且还可以育人。endprint

六、学生课堂练习法

讲授气体混合物中各组分的化学势——理想气体及其混合物的化学势时，先让学生做以下例题。

计算1.0 mol理想气体在等温下从标准压力P⊙变化到任意压力P化学势的变化。

标准态：在T、P⊙的纯理想气体。以上就是化学势表示式。

七、介绍科技前沿法

教师在教学过程中应当结合现代科学技术的新发展，把一些与课程有联系的最新科技进展穿插在理论的讲授中，学生通常对这部分比较感兴趣，既拓展了学生的科学视野，也提高了学生的学习兴趣。例如教授“化学电源”一节，除了介绍教材上列举的蓄电池（如铅酸、金属氢化物—镍电池等）和燃料电池，还补充介绍了目前广泛使用的锂离子电池。随着全球矿物能源的日益减少和环境问题的日益突出，对于新能源的利用和研发越来越重要，因此特别介绍了锂离子动力电池和超级电容器作为替代轿车传统发动机的能源动力，可达到减少环境污染和减少对石油的依赖。

八、提问学生法

对于比较容易和简单的讲授内容，可采用此法。一方面可提出下面讲课的内容，另一方面可检查学生的预习情况。例如讲授“Hess定律”一节时，可以提问学生：Hess定律的内容是什么？Hess定律在什么条件下成立？等问题。

此外，还有先讲结论法、归纳法、演绎法等。总之，要根据授课内容来选择合适的激发学生学习兴趣的方法。让学生感到物理化学重要（是其他化学基础课程的理论基础）、有用（工农业生产应用，解析自然现象等）、形象而不抽象，达到学生自觉和主动学习的目的，从而促进学生掌握物理化学知识。

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课题资助：华侨大学校级教学团队项目——工科物理化学教学团队（201100380）

作者简介：王森林（1962-），男，福建晋江人，博士，教授，材料科学与工程学院副院长，研究方向：应用电化学。endprint