時間:2023-01-06 13:38:44
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇物理化學論文,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
傳統的物理化學實驗大部分采用灌輸式教學方法,教師對實驗原理、實驗步驟、數據處理都進行詳細講解,學生的積極性和創造性得不到充分發揮。[2]重視學生實踐能力和創新能力的開發,培養創新型人才,已成為當今高校教育改革的核心。[3]實驗教學在培養學生實踐創新能力方面發揮著重要的作用。[4]因此,我們在總結實驗教學中經驗的基礎上,對“立足基礎知識培養創新思維能力面向科研實踐”的三層次進階型的物理化學實驗教學模式進行了探索和實踐。
(一)立足基礎知識
基礎性實驗的目的是培養學生掌握基本操作,正確使用儀器;能夠認真觀察、準確記錄實驗現象和科學處理實驗數據;初步具有查閱手冊、工具書及其他信息源的能力,以及實事求是的科學態度、勤儉節約的優良作風。環化學院“春曉班”是從應用化學和材料化學專業新生中選拔的優秀學生所組成的特色班級,以中國工程院曹春曉院士的名字命名。下面以“春曉班”為例介紹物理化學實驗立足基礎的教學內容。“春曉班”中一共開設了15個實驗(共64學時,分2個學期進行),其中10個實驗為基礎性實驗(共40學時),占總實驗學時的62.5%,學生如果基礎實驗部分做得不好,就不能通過物理化學實驗這門課程。在實際教學中,教師從嚴規范基本操作,嚴格把關,耐心指導,未掌握規范操作的學生必須重新進行實驗,直至合格。從嚴教學有利于培養學生準確觀察實驗的能力,掌握實驗的基本技能,同時也培養了學生實事求是的態度,學會了嚴謹的實驗方法。
(二)培養創新思維能力
物理化學實驗課第一個學期的最后一個實驗為設計性實驗。此實驗要求學生自己查閱文獻,設計方案,實施實驗,以提高實踐創新能力。學生沒有現成的實驗方案,需要自己動手設計方案。下面以設計型實驗“表面活性劑的臨界膠束濃度的測定及影響分析”為例介紹具體的實施過程:實驗中,學生可以根據自己的興趣選擇表面活性物質的種類、實驗測定的方法及影響因素(溫度、離子及醇的種類及醇的用量)。因此,在老師的指導選題下,每位同學選擇的實驗內容都不相同,這意味著每位同學要獨立進行實驗方案的設計,并根據自己的實驗內容查閱文獻資料,實施方案。教師在實驗前提供文獻檢索的途徑、一個主題或幾個關鍵詞,由學生自己檢索、篩選、閱讀相關的文獻,學生要在規定的時間段內根據查閱的資料,組織、總結前人的工作,然后設計自己的實驗方案。教師面對的學生的設計方案往往是五花八門的,這就需要教師做好足夠的預案。對于部分設計實驗能力欠佳,實在找不到相關文獻的同學,教師則會提供幾篇相關文獻供學生參考,但設計方案則必須由學生自己總結提出。實驗實施過程中,教師在場提供幫助,但不再手把手地指導,目的是培養學生獨立自主完成實驗的能力。實驗完成后同學們分組進行討論,如:選擇不同離子及醇的同學在一組討論,可以了解各種離子及醇對臨界膠束濃度的影響。這樣能提高大家的團結合作、共同討論的積極性,為后面的畢業設計及進行科研創新起到積極的作用。經過基礎性和設計性實驗的學習,第二個學期物理化學實驗的最后四個實驗為創新探索研究型實驗。我們開設了B-Z振蕩反應的影響因素分析、不同體系鈍化曲線的繪制及其鈍化劑的影響、高聚物分子量的測定研究、不同方法測定粉體的比表面積4個創新探索研究型實驗。選好創新探索研究型實驗項目后,同學們根據自己的選題方向搜集所需要的文獻資料,寫好實驗方案,由指導老師把關,方案可行才能進入實驗室進行實驗。實驗后如果發現問題或與原先預想的結果不一致,學生會積極地與老師探討,共同查找原因及重做實驗。同學因進度、實驗內容及儀器藥品不一樣,除了在規定的實驗時間內可以來進行實驗,還可以跟老師預約其他時間來進行實驗,直到實驗完成為止。該類實驗有可能成功也有可能失敗。實驗過程中,我們鼓勵同學由淺入深,先從自己熟悉的部分開始實驗,在此基礎上進行改進、探索,得出有益的結論。實驗方案的設計及實驗完成后均要求制作PPT進行答辯,對方案中可能碰到的問題,同學們共同探討解決的方法,實驗完成后將成果組織成論文格式的實驗報告,這樣學生的積極主動性及好奇心都大大地提高了。
(三)面向科研實踐
面向科研實踐方面所做的革新主要是打破原來物理化學實驗室只承接課程任務的局面。由于課時的限制,學生課程內在物理化學實驗室進行的實驗是有限的,然而他們在后繼的科研實踐如畢業設計、科學研究訓練及課外科技創新(如省級和校級大學生科技創新項目)等方面往往又會用到物理化學實驗相關的知識和操作,而這時的學生往往對以前課程內學習的知識會有所淡忘,如果能夠允許學生重新回到物理化學實驗室,結合自身正遇到的科研實踐問題進行物理化學實驗,不但能加深以前學過的知識的印象,而且對其今后的科研創新會有巨大的促進作用。但不可回避的問題是,這樣一來必然增加了物理化學實驗室管理的工作量。為了解決這一問題,我們采取的措施是預約制和指導教師負責制。那些課程外要來物理化學實驗室實驗的同學,必須先行預約。為此,我們正在構建網上預約系統,五臺基礎化學實驗網絡查詢及預約機也已經到位,不日即可投入使用。指導教師負責制是指來進行實驗的學生由其指導教師負責,所產生的儀器、藥品損耗等藥費一律由指導教師承擔。并且,該指導教師在學生進入實驗室之前,自身必須接受相關培訓,在得到物理化學實驗室管理教師認可的前提下才能使用物理化學實驗室。這對學生和教師的科研創新都起到了積極的促進作用。
二、改革實驗教學方法與手段,強化能力培養
傳統的基礎實驗采用“預習-實驗-總結實驗結果”,學生學多局限于教材,這不利于提高他們的自主創新性。在進階型的實驗教學過程中,我們結合具體的教學任務選擇合適的教學方法進行教學。如:在探索研究型實驗過程中,我們引導學生積極學會自主學習,即采用以學生自主探究為主,教師根據學生的需求加以引導為輔的主體性教學方式。[3]實驗完成后,要求學生將成果撰寫成論文格式的實驗報告及制作成幻燈片,并組織學生進行現場答辯。教師和參與整個項目的同學共同積極討論,根據答辯情況給出學生的成績,營造一個良好的師生互動、積極向上的氛圍。這樣,可以鍛煉學生的語言表達能力,對現場提問的思辨能力和綜合能力,增強自信心,提高學習、思考的積極性。“教學有法,教無定法”。新的教學模式應以現代信息技術,特別是網絡技術為支撐,能使學生選擇適合自己需要的材料和方法進行學習,并獲得學習策略的指導,逐步提高學習的能力。隨著現代教育技術的發展和應用,開展網絡化教學已是實驗教學的大勢所趨。基礎化學實驗中心為此建立了開放的網絡平臺,為實驗預習及實施提供幫助。我們鼓勵學生利用Excel、Origin、Chemoffice等軟件進行數據處理,同時規范了數據處理過程,為學生將來從事實驗或科學研究奠定基礎。
三、以人為本,創建“物理化學實踐教學大環境”,加強教學的平臺與團隊建設,達成“教學相長”
1.1學生基礎分析
由于學生對相關的高等數學和中學物理知識的應用理解欠深入,產生對物理化學的畏懼,如物理化學在公式的推導、概念的理解及原理的應用較多地涉及高等數學中的偏微分方程,其次是剛進入大學的學生還未能完全適應大學的學習方法,常拘泥于細節的糾纏而難以認識該門重點課程的總體結構,容易導致“只見樹木,不見森林”的情況。我校為大專層次,85%的學生在高中為文科生,物理和化學的基礎不得而知。而物理化學總課時為30課時,如何利用有限的課堂教學時間,按照教學目標,順利有效地完成教學內容,對學生和任課教師都是一個極大的挑戰。為了實現教學目標,必需在教學內容上做出合理的取舍及必要的補充,否則就會滿堂式的灌輸或“眉毛胡子一把抓”的情況,這樣的方式學生受不了,也達不到滿意的效果。
1.2內容的取舍和補充
首先是結合開設的其它專業基礎課程無機化學和分析化學,將重復的內容(如化學平衡和電化學兩章)刪掉不講,學生自學。其次是要對授課內容做到重點突出,重點內容細講,讓學生弄懂,讓學生在學習中獲得成就感,從而提高學生學習積極性。如反應熱的計算,主要講標準摩爾生成焓和標準摩爾燃燒焓,其它四種計算方式,只做簡單的提示,以學生自學為主。對前后有聯系的概念,必需講透,為后面的知識做好鋪墊,不能趕進度。如相平衡的基本概念學習時,組分數K的計算是個難點,必需結合例題將獨立的化學平衡R和濃度限制量R'講透,因為自由度f的計算涉及到組分數K。根據學生的基礎和學習內容的需要,適當補充基礎內容,減小學習難度。大專學生基礎不好,物理知識和高等數學知識的欠缺,靈活運用物理和化學基礎知識的能力不強,使很多學生在做習題時知道使用哪個公式,就是算不出結果或是計算出的結果與答案相差甚遠,這樣學生就失去了學習興趣,慢慢地失去了學好物理化學的信心,不再愿意動筆做習題,上課情緒也不飽滿。教師根據授課內容,選取具有代表性的習題,用極少的時間,及時地添加部分必要的基礎知識,降低學生學習的難度。如熱力學第一定律中常用到理想氣體的狀態方程PV=nRT,該公式中的體積V,在分析化學和無機化學中溶液的體積一般是以升(L)或毫升(mL)為單位,而公式中主要是立方米(m3)為單位;其次溫度T,平時用的是攝氏溫度(℃),熱力學溫度T=攝氏溫度(℃)+273.15K。又如物質體積的計算。
2精心設計授課內容的引入和講解,激發學習興趣
托爾斯泰曾經說過:“成功的教學,所需的不是強制,而是激發學生學習的興趣。”需要是興趣的基礎,也是學習的動力所在,物理化學授課老師盡可能將書本理論知識與中實際生活聯系起來,使課堂教學變得形象直觀、有趣,從而激發學生的學習興趣,培養學生學習物理化學的積極性和創造性,提高學生“學以致用”的能力。通過生活中隨處可見的、貼切、簡單易懂的舉例引入和講解。在新課開始時,從學生感興趣的事物出發,提出與教學內容相關的問題,激發學生的求知欲,讓學生找到所學內容能解釋的現象,做到有的放矢。在例如熱力學第一定律的引入:首先展示一張高級轎車并設問(看到高級轎車有什么感覺?),調動學生情緒(學生會有不同的想法),再展示一張汽油油價表,學生發出人們常說的“車買得起,養不起”的感慨,在此基礎上再提問(如果汽車不需要提供能量就能自己跑該多好,此種設想能否實現呢?)引出熱力學第一定律的表達方式和研究內容。又如在化學動力學的新課開始時,從每次服藥的藥量、每日服藥的次數和保質期是怎么來的引入,此種引入方式過渡自然,還可以為后續學習內容做好鋪墊。雖然物理化學知識抽象,但是生活中的很多現象卻可以用物理化學知識來解釋。如:表面現象與水滴成圓形、干毛巾吸汗、干旱時鋤地;化學動力學與藥物的服用量、生物酶;膠體與人體血液;相平衡與酒精提純、鹽融雪等等。將物理化學知識和生活中常見的現象聯系起來,通過啟發式提問和圖片直觀的刺激,激發學生探求事物本質原因的求知欲。激發了學生的求知欲,課堂教學就達到了成功的一半。
3利用框架式教學將教學內容系統化
物理化學知識點多、定義多、公式多,讓初學者摸不著頭腦,因此每引進一個新的概念、定義、公式,首先講明概念的產生背景與條件,分析一概念內含的幾個要點,再講概念適用的范圍與條件,使學生對概念的內涵及應用有所了解。教師作為課堂的主導者,引導學生將相關的知識點按層次地安排于框架結構中,使之層層有序、步步可循,使學生了解各知識點的位置和彼此的關聯,便可從內容的邏輯結構中獲取貫通的知識。如熱力學第一定律可設計附圖。
4多媒體教學與板書輔助教學有效結合
隨著科技的發展,教學手段越來越多,其中多媒體應用最為廣泛。多媒體能將圖像、圖形、文字、聲音、動畫結合在一起,能把一些微觀的、用傳統方法無法表達清楚的信息形象、生動、直觀的展示出來。多媒體的直觀展示在一定程度上能刺激學生的各種感覺器官,有效地化解教學中的重點和難點,增加課堂信息量,調動學生學習的積極性,有助于提高學習效果。在物理化學教學中,可以將抽象概念和實驗過程形象化、簡化公式的推導過程、習題講解便捷化、圖標內容生動化。例如毛細現象實驗、表面張力的實驗視頻、油和水的分層情況、膠體的聚沉等運用多媒體教學,既節省了時間,又可獲得好的教學效果。但是多媒體播放過程一晃而過,播放過內容在學生頭腦中留下的記憶不深。在物理化學教學中,究竟是多媒體還是板書更受學生青睞?調查結果顯示,大部分學生傾向于教師在黑板上以板書的形式進行公式推導和例題解答;對于那些理論性較少且偏重于介紹性的知識,學生則傾向于教師以多媒體的形式表現出來。因此我們不能斷定板書和多媒體孰優孰劣,應以物理化學各章節內容的特點來確定我們要采取的教學手段。如果是需要學生歸納或推導的內容,黑板板書有其不可替代的優勢。板書輔助的課堂教學中,教師的自主空間很大,可以根據學生的反饋信息,及時調整教學目標、教學難度及知識拓展的廣度,為學生提供質疑、交流和討論的機會,從而更有利于知識的掌握和能力的培養。對遇到有關計算公式的推導和知識的歸納時,運用邊講解邊板書更有利于引導學生的思考的方向。如熱力學第一定律的知識歸納,狀態函數熵、吉布斯能、亥姆霍茲能定義公式的推導和計算等。根據教學內容,將多媒體教學與適當板書有效結合,取長補短,提高教學效率。
5結語
該模式為學生提供了很大的自由度,充分調動學生做實驗的積極性和興趣。學生可以最大限度的按照自己的意愿來管理實驗課程,在整個實驗過程中有了更高的參與度,學習積極性相對過去傳統的排課式有了很大的改善,對實驗內容的理解和掌握比之前有明顯的提高。在線預約平臺的開發和應用也在很大程度上解決了開放式實驗給管理帶來的難題,學生、管理員和教師三方面通過網絡平臺有機的結合起來,實驗相關信息的傳達效率相較于傳統的發通知傳達有了質的提升。
2存在的問題
在教學實踐中我們發現“全面開放”模式存在一定的問題,物理化學實驗課程安排中,部分實驗之間存在相同的知識點和操作,譬如“溶液粘度測定”和“酯皂化反應動力學的研究”使用相同的控溫裝置,又如“不同外壓下液體沸點的測定”和“環已烷-乙醇二元氣液平衡相圖”則使用相同的恒壓裝置,在“全面開放”模式下每個同學完成實驗的進度和順序皆不一致,帶課教師無法掌握所有學生的實驗完成情況,遇到這類情況只能每次重復講解。另外實驗課程在設置時是遵循一定的層次和框架來進行的,學生的自主選課隨機性很強,容易忽視各實驗之間的關聯所在,不利于培養學生對課程整體的把握能力。
3“有序開放”管理模式
3.1“有序開放”管理模式的引入
鑒于以上這些情況,我校物理化學實驗中心近年來嘗試使用一種“有序開放”管理模式。該模式下各種動作方式于“全面開放”模式基本一致,主要的改變在于以“實驗組合”取代單個實驗作為選課單元,供學生選擇。實驗教師可以按照實驗類型、操作和難易程度對每學期的實驗進行分類和組合,每組一般2~4個實驗。實驗組中的實驗順序固定,有相同的知識點和操作點的實驗盡量分開,而不同組實驗間則相互對應。比如某學期開放四個實驗A、B、C和D,A和C、B和D均存在相同的知識點,將A和B做為組合1,C和D做為組合2,學生就可以選擇先完成組合1,再進行組合2的實驗時,教師就能了解到該班學生對知識點的掌握程度,進而可以簡要或者更加深入對該知識點進行講解。其它管理方面仍然依照之前的模式。
3.2“有序開放”管理模式的實踐成果和需改進之處
這種模式在本質上仍然屬于開放管理模式,因為學生同樣可以自主選擇實驗內容和教師,而實驗課程經過優化組合后,一方面增加了教師和學生見面的次數,有利于教師對學生實驗進度的把握,教學資源和時間可以得到更加充分的利用,另一方面則有利于學生在宏觀上對實驗層次和框架有一定的理解,對理論課程的學習也會起到積極的作用。我校物理化學實驗推行該模式迄今已滿三個學年了,新模式首先繼承了之前模式的優點,包括選課系統的使用和課后測試等特色,對實驗進行一定的排列組合則更能體現實驗之間承上啟下、由簡及深的關系,有利于學生對實驗課程結構的把握和實驗技能的深層次培養,有利于教師對學生學習進度的了解,同一實驗可以跟據不同的情況采用不同的方式來講解。在一定程度上解決了之前模式隨機性過強帶來的一些弊端。取其中兩個學期學生實驗成績繪制成分布圖,如圖4所示。由于“有序開放”管理模式實踐時間尚短,并未完全成熟,會給實驗管理和教學方面提出一些新的要求,比如需要更高的師資水平,每個教師需要掌握熟悉更多的實驗課程,并要具備更加靈活的授課方式;學生在時間上的自由度和“全面開放”模式相比受到了一定的限制,管理方需要投入更多的精力進行協調;另外需要在教學中不斷對實驗的排列組合進行優化,以進一步突出實驗教學的整體性和相關性。這些問題在今后的教學實踐中需進一步完善。
4小結
作者:張雪嬌 單位:西安醫學院藥學院
對于新理論的實驗依據,處理方法和該理論的應用以局限性都必須講清講透,澄清可能產生的各種模糊認識,而對于無機化學、有機化學、分析化學等前設課程中已有完整論述的內容不講或略講,讓學生自己閱讀鞏固提高,再用較少的課時加以引申和提高。例如在無機化學中已經系統地學習過的熱力學中的基本計算、化學平衡的基本計算以及電化學中的有關Nernst方程的計算等,在物理化學課程中就可以略講,甚至于可以不講。對比法—強調知識的相關性和連續性任何知識體系都是在舊的較簡單的知識體系中發展而來的,不同的知識體系之間往往是相互關聯的。物理化學與其他學科的相關性和連續性主要體現在2個方面:一是將已學過的其他學科知識加以應用,如高等數學、物理學、無機化學、有機化學、分析化學等。講授這些內容時可以進行扼要的回顧或簡單的復習,使學生溫故知新;二是與學過的課程進行類比,如在講授體積功時可與物理學中功的概念進行對比,加深學生對新概念的理解。當教師傳授新知識時,如果能夠指出即將學習的內容與已學知識之間的聯系,就可以大大提高學生對新知識理解和掌握。啟發式—發揮學生主觀能動性啟發式教學是教師的主導作用和學生的主體作用共同發揮,雙向互動的一種有效的教學方式[2]。一個善于用啟發式教學的教師,能從主導作用開始,逐步過渡到主導和引導相結合,使學生的學習狀態也逐漸由被動轉向主動。
同時教師再加以必要的引導和啟發,通過知識的擴展和引申,師生共同得到結論———自然界中的一切發展變化過程都是有方向性和限度的。需要注意的是,在啟發思考過程中,要給學生思考的時間,使他們不僅從啟發中理解知識,還要從啟發中掌握獲取知識的方法。啟發式教學在教學過程中充分發揮了學生的主觀能動性,有利于培養學生的科學思維能力。多媒體—加深對重、難點的理解和認識近年來,隨著多媒體技術的迅速發展,多媒體教學在教育領域中的應用已經成為教學方式改革中的熱點。其中電子教案是多媒體教學的主要工具,一個好的電子教案不僅可以大大提高講課效率,而且可以充分發揮計算機多媒體技術的特點和優勢[3],幫助學生更快、更深刻地理解教學內容。如熱力學中的體積功和卡諾循環等比較抽象的概念。如能應用專用軟件和多媒體技術,通過圖形、文字、動畫等多種形式將其形象而直觀地展示給學生,使學生對該部分知識的理解和記憶就相對比較容易。同時,多媒體教學課堂信息量大,解決了課時少、學生多、教學資源不足的問題。值得注意的是,多媒體教學只能作為課堂教學的輔助手段。物理化學中一些重要公式的推導如能在板書中給出,學生的聽課效果會更佳。開放式—培養學生自主學習能力為擴大學生知識結構,豐富物理化學與醫藥行業密切聯系這方面的知識,教師可以根據課程進度,對于一些理論性較強的基礎知識,如藥物制劑與化學熱力學及動力學之間的關系、表面現象與學生實際生活的密切聯系等,擬定好專題討論的題目,提前將討論提綱及具體要求通知學生。學生在學習之余,收集信息資料并作出相應的課題報告。然后在教師的組織指導下開展討論,通過各種形式談出各自的見解和觀點。這樣不但有利于學生了解與本專業相關的一些前沿知識;同時還能通過相互之間的交流鍛煉學生的思維和口頭表達能力,真正做到一舉多得。
加強習題訓練,鞏固所學知識在物理化學的教學中,除了課堂講授之外,加強習題訓練也是至關重要的。這一點,相信每個物理化學教學工作者都深有感觸[5]。在物理化學的學習過程中,一般學生即使上課聽得很明白,教材也能看懂,但拿到習題時卻無從下手,這種情況極為普遍。因此,在課堂上精選一些有啟發性的典型例題進行分析講解就顯得十分重要。由基本概念到計算公式,再到每一個計算公式的適用條件,引導學生自己進行邏輯推理。此外,還可以讓學生做一些改錯題練習,引導學生從錯誤中探索知識,辨別是非。布置學生作業時,要采取少而精的原則,盡量布置一些綜合性較強的習題。為此,教師在課后習題的基礎上編寫了與教材相適應的難易適當的習題冊,進一步提高學生對所學知識的理解和掌握。如何改進和提高物理化學教學,既是一個老問題,也是一個新問題,本文僅是作者在進行物理化學教學時的一些嘗試和思考。這一課題所涉及的深層次問題尚值得同行在今后教學實踐中繼續深入研究。總之,靈活運用各種良好的教學方法,借助現代化的教學手段,必定可以大大加深學生對教學內容的理解,提高教學質量。
2.遼寧師范大學化學化工學院,遼寧 大連 116029)
摘要:電化學是物理化學考研科目必考內容,電導測定的一些應用內容是電化學中非常重要的組成部分。結合各高校的物理化學考研真題對電導測定的一些應用內容的考研考點進行深入分析,使考物理化學科目的學生能更好的理解和掌握此考點。
關鍵詞:考研分析;物理化學;電化學
中圖分類號:G646.1 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)49-0208-02
考研是人們都非常關注的話題,考研為人們進一步深造學習提供了很好的機會,同時為其拓寬了就業之路。物理化學作為大部分高校考研專業課中的必考科目備受學生的重視。國內有關物理化學考研方面的書籍不是很多,而相關論文則更少,之前任慶云等人曾對物理化學熱力學及其應用方面內容做了考研考點的分析,并發表了相關的學術論文[1-4]。電導測定的一些應用內容是物理化學課程電化學部分主要內容之一[5-9],同時也是物理化學課程考研的重點內容之一,本文將對其考點進行深入分析。
一、電導測定的一些應用內容簡介
電導表示電解質溶液的導電能力的物理量。有關溶液電導數據的應用是很廣泛的,而物理化學教材中主要介紹了檢驗水的純度、計算弱電解質的解離度和解離常數、測定難溶鹽的溶解度和和電導滴定四個方面的應用。
二、考研考點及真題分析
1.電導測定的一些應用的考研考點分析。對電導測定的一些應用的考研考點分析如下:
考點1:計算弱電解質的解離度和解離常數。
考點2:測定難溶鹽的溶解度。
考點3:電導滴定。
考點4:電導測定的綜合應用。
2.電導測定的一些應用的考研真題分析。
真題1 (2010年陜西師范大學物理化學考研真題)在298K時,濃度為0.01mol?dm-3的CH3COOH(aq)在電導池中測定電阻為2220Ω,已知該電導池常數為36.7m-1。試求該條件下CH3COOH的電離度和電離平衡常數。
A.滴定終點是溶液的電導率由逐漸減小到保持不變的轉折點
B.滴定終點時溶液的電導率最小
C.滴定終點時溶液的電導率最大
D.定終點是溶液的電導率由逐漸增大到保持不變的轉折點
答案:B
涉及考c:考點3和考點4。
解析:用NaOH溶液滴定HCl溶液,在加入NaOH溶液前,溶液中只有HCl一種電解質,因為的H+離子電導率很大,所以鹽酸溶液的電導率也很大;當逐漸滴加NaOH后,溶液中H+與加入的OH-結合生成H2O。這個過程可以看作是電導率較小的Na+離子取代了電導率很大的H+,因此整個溶液的電導率逐漸變小。當加入的NaOH恰與HCl的物質的量相等時溶液的電導率最小,即為滴定終點。當NaOH溶液加入過量后,溶液的電導率又增加。
真題4 (2013年吉林大學物理化學考研真題)電導測定應用,但下列問題中哪個是不能用電導測定來解決的?( )
A.求難溶鹽的溶解度
B.求弱電解質的解離度
C.求平均活度系數
D.測電解質溶液的濃度
答案:C
涉及考點:考點4。
解析:考察的就是電導測定常見的應用,求難溶鹽的溶解度、求弱電解質的解離度和解離平衡常數、測電解質溶液的濃度、檢驗水的純度、電導滴定。
真題5 (2014年東北師范大學物理化學考研真題)不能通過測定電解質溶液電導來計算的物理量是( )。
A.離子遷移數
B.難溶鹽溶解度
C.弱電解質的電離度
D.電解質溶液的濃度
答案:A
涉及考點:考點4。
解析:考察的就是電導測定常見的應用,求難溶鹽的溶解度、求弱電解質的解離度和解離平衡常數、測電解質溶液的濃度、檢驗水的純度、電導滴定。
三、結論
物理化學考研題注重的是基礎知識掌握和深入拓展的有機結合,故考生復習時應先掌握重點的基礎知識,再深入挖掘與之相關的知識點。本文針對物理化學考研中電導測定的一些應用考點結合相關考研真題進行了系統的分析,為考研的學生提供參考。
參考文獻:
[1]王松濤,任慶云.對物理化學考研中van der Waals方程及其應用考點的分析[J].廣東化工,2014,41(2):134.
[2]任慶云,王松濤,王志平.對物理化學考研中二組分雙液系相圖的考點的分析[J].廣東化工,2014,41(23):171-172.
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[5]傅獻彩,沈文霞,姚天揚,等.物理化學(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2005:72-73.
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[7]沈文霞.物理化學學習及考研指導[M].北京:科學出版社,2007.295-310.
關鍵詞:物理化學;貼近專業;細化教學
中圖分類號:G642.4 文獻標志碼:A ?搖文章編號:1674-9324(2013)16-0055-02
一、引言
物理化學是用物理的理論及實驗方法來研究化學的一般理論問題[1],它為了建立可以適用于各個化學分支的知識,采用了理想氣體、理想液體等在現實中不存在的物質作為研究對象,導致物理化學的內容抽象、不易與現實聯系起來的情況。
自2008年開始,作者承擔了本校建筑工程學院給水排水專業《物理化學》的教學任務。對于這門課的教學,從教師角度來講,課時數太少(其中理論教學32課時,實驗教學16課時),即使采用篇幅精練的《物理化學簡明教程》[2],平均到每節課應完成的教學內容也不少,從學生角度來看,這門課屬于選修課,在專業課程較多、學習時間較緊張的情況下,利用課后時間來加深對物理化學理解的主動性并不高。因此,只有讓學生明白學好物理化學,可以準確認識給水排水過程所涉及現象的產生原因、能夠提供解決專業問題的實用思路和方法,才會讓學生與物理化學產生共鳴,引起他們的興趣,從而主動地自學,增加這門課的學習時間。
分析學生的專業,可以發現他們的課程體系是圍繞著“水”來安排的,在給水排水專業的課程設置中,名稱帶有“水”的課程共有23門。由于水是與人類生活和生產密切相關的液體,在水中發生的化學反應是最常見的化學變化,這使得“水”是物理化學知識逐漸形成和建立的主要載體之一。所以,“水”完全可以把學生的專業與《物理化學》聯系起來,如果恰當運用“水情景”來進行各知識點的教學,可以讓學生在較短的學習時間內對《物理化學》形成全面認識,進而掌握其中的基本規律和應用方法。
二、教學實例
《物理化學》中有很多與“水”相關的知識點和對應的習題,如熱力學第一定律的應用和相關的計算、熱量計的工作介質涉及溶液的內容、利用H2與O2反應生成H2O進行平衡常數的計算、水的相圖,電化學中各種現象和計算基本上是發生在水環境中的,溶膠的聚沉和絮凝也是較多地與水聯系在一起。
但在教學中,只是指出和強調這些知識點與水有關還不能讓學生掌握在給水排水專業上,應用物理化學知識來解決實際問題這一方法。因此,教師需要進行一些教學內容的細化講解,作者采用圖1所示的思路來實施課堂教學,以說明物理化學可以解釋日常生活,它的知識及內容已經融入到部分專業課程中,掌握物理化學知識能夠對將來從事的科研工作進行指導。
1.物理化學知識對日常生活的揭秘。教學實例一:近年來,我國南方地區經常發生大范圍的降雪,路面結冰導致交通受阻,融雪劑被大量使用,作者在課堂上適時進行習題演算,如:在某種情況下需要配制25kg的甘油水溶液(此溶液在-17.8C時才不致結冰),設此溶液為理想液態混合物,試計算最少需用甘油多少公斤?練習這種類型的習題,能夠直接讓學生感受到理想稀溶液依數性知識的實用性價值。
教學實例二:冰上運動給觀眾留下了靈活印象,人們大多認為這種靈活性來自于冰刀的銳利,而利用克勞修斯-克拉佩龍(Clausius-Clapeyron)方程對固態冰-液態水之間的相變過程進行定量研究后,發現冰刀的主要功用是通過顯著減小運動員對冰的作用面積,從而產生足夠大的壓強,使得冰刀下方的固態冰因凝固點下降而變成了液態水,這才讓運動員能夠靈活地滑動,這項運動的奧妙,原來是處于冰刀下的冰至水的相變所致。這些知識會讓學生體驗到物理化學在日常生活中的效用,有助于消除對《物理化學》是抽象性課程的認識,并對它產生親近感,樂于通過自學獲取更多的物理化學知識。
2.物理化學知識在給水排水專業的應用。教學實例三:給水排水系統要大量使用金屬管件,它們的腐蝕與防護是工程建設上必須要注意的問題。電化學腐蝕是導致金屬管件損壞的一種因素,而電化學保護是一種有效解決手段。發生腐蝕和產生保護現象,都是由所用材料與環境的電極電勢相對高低決定的,這會促進學生更深入地理解電極電勢概念,對安排的電極電勢測定實驗有著更強烈的動手欲望。教學實例四:溶液表面的吸附現象包括正吸附和負吸附,根據這兩種類型中的溶質分布特征,引導學生考慮是否可以根據不同污染物在水中的分布特性來開發相應的水處理方法,這項要求會引導學生深究正吸附和負吸附產生的原因,加深對表面能概念的理解和運用。通過這方面的教學,能夠引導學生主動地將物理化學內容與專業學習融合起來,在將來的職業發展中,他們有可能成為善于運用理論來解決實際問題的專家。
3.物理化學知識對科學研究的指導。教學實例五:在表面張力教學中,引入其他學科的研究實例。介紹具有不同表面張力的溶劑,如水和無水乙醇用于催化劑制備時,它們對催化劑結構和反應性能會產生明顯不同的影響[3],通過對催化劑樣品的透射電鏡照片展示,學生可以直觀地認識液體表面張力對材料制備的影響,同時起到拓寬學生的知識面的作用。
教學實例六:向學生推薦給水排水的專業學術論文,讓他們對物理化學知識在專業科研工作上的應用有具體認識,如鄒衛華等[4]在脫除污水中的重金屬離子工作中,系統地運用了多項物理化學知識,其使用的確定吸附等溫式類型、反應級數的程序、熱力學函數的求算方法、活化能的計算等,這些內容在《物理化學》課本中都能找到。這種介紹能夠破除學生對科研工作的神秘感,建立起從事專業研究的信心。
展示這些具體的科研實例,有助于學生悟到物理化學并不是運用難度非常高的一門知識,表述簡潔的熱力學定律和方程能夠用于各種類型的研究中。
三、結論
通過采用上述方法來教學,可以讓學生逐漸形成物理化學在專業學習和工作上有著廣泛應用,并且易于運用的認識,消除他們對物理化學內容過于理論化的感覺。作者仍在繼續探索和完善這種細化的教學方法,以更好地激發學生的學習興趣,鼓勵他們將來能在專業上創造性應用物理化學知識,并對物理化學的進一步發展做出貢獻。
參考文獻:
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1公式的推導講解不深入
物理化學是一個邏輯性很強的課程,如果講課時只是簡單地給出公式以及公式的使用條件而不加以推導,雖然授課簡單了,但課堂顯得單薄且深度不夠,但如果公式推導過多,又會導致課堂內容單調難懂,因此必須掌握公式推導的度。例如在講述絕熱過程功的計算時,不必單獨再推導其專門的計算公式,而用熱力學第一定律即可計算。在基爾霍夫定律的推導過程中,只需要用熱熔的定義進行推導,簡單清晰。對于理想氣體的熵變計算公式的推導,直接采用推導通式而不是逐個過程進行推導要方便的多。而在熱力學第一和第二定律之外的章節,可以減少推導過程。例如杠桿規則、二級反應積分方程的推導、開爾文公式以及吉布斯吸附等溫式的推導則可以不必介紹。但對于相率來說,由于其推導過程中引入了相率中“2”的涵義是溫度和壓力,若在課堂上進行推導則有利于學生對公式深刻的理解。
2內容面面俱到
物理化學課時有限,不可能面面俱到,必須有所取舍。在教學過程中,可以把前后聯系不緊密的留給學生自學。例如熱力學中的鍵焓估算反應熱和離子反應的熱效應,亥姆霍茲能變化的計算,麥克斯韋關系式,電化學中的法拉第定律等內容可以不講。而對于在前期課程中已經出現的內容,也可以不必深講。但對于卡諾循環、卡諾定理以及熵的導出過程,如果不講就直接給出熱力學第二定律的數學表達式,則違背了物理化學的嚴謹性,人為的降低了物理化學的理論性和邏輯性,只強調能正確使用公式進行計算而不關心其內涵,使物理化學難度和形式等同于先期課程無機化學和物理學,并可能導致內容的簡單重復,學生的理論水平始終達不到一定的高度。物理化學里面的概念大多學生都有接觸,因此教師的任務應該轉移到用系統的物理化學方法把以前學過的概念聯系起來上去。
3減少習題、作業量
大學強調素質教育,因此包物理化學在內,很多課程往往不再讓學生做大量的習題。物理化學有別于其它藥學專業的課程,課堂和課后做一定量的習題對于知識的鞏固和加深理解是很有必要的,因此在課堂上,必須有一定量的習題講解時間。利用多媒體講解習題,可以減輕教師抄寫習題的時間。在計算比較多的章節中,應保證充分講解2~3道典型例題。例如講述熵變、吉布斯自由能和動力學計算時,應該精講一部分習題,在每一周課程結束時,給學生布置1~2道作業習題是很有必要的。實踐證明,合適的習題量不僅不會增加學生的負擔,反而可以促進知識的吸收,更有利于對學生學習的督促,可以取得更好的教學效果。
4過多講述藥學知識
藥學專業開設物理化學的主要目的在于用全面的理論知識指導藥物研發和生產領域的各個過程,但是也不能過多講解藥學中的知識,以免喧賓奪主。例如表面活性劑在以后的藥劑學課程中依然會詳細講解,因此在物理化學課程中應當側重其基礎的理論,而不應過多關注其應用,講述時可以列舉一些藥學中應用表面活性劑的例子即可,主線仍應以表面現象的原理講解為主,更多的應用可以留給學生作為課外閱讀或者課堂論文,提高其主動性。另外,對于中藥學來說,粉體也是僅講解其和物理化學有關的內容即可,而不必過多的講解粉體的專用術語的意義,例如休止角等概念。
5大量使用多媒體教學
多媒體由于其形象生動而被大量運用,但物理化學并不是每一章都適合用多媒體的[4],應當是多媒體輔助教學。由于多媒體預先設定好要講的內容,限制了老師思維的發散性,如果學生產生一些疑問需要老師及時講解,或者教師臨時的思維跳躍,多媒體往往束手無策,而常規板書教學這時候卻顯得機動靈活。例如,在每一章節后的總結,用常規板書,可以慢慢的整理思緒,學生邊聽邊記筆記,但如果用多媒體,節奏則顯得過快,學生很難跟上教師的節奏,因此應該合理使用多媒體。
6PBL教學法不適合物理化學
基于問題的學習法在不少以案例為主要載體的課程中可以取得很好的效果,尤其是醫學專業。因此PBL教學法在物理化學課程中也進行了不少的嘗試[5]。但是鑒于國內班級往往人數過多,學生可以掌控的文獻資料有限,因此效果并不理想。但是不能因此而放棄這一先進的教學方法。其實物理化學的部分章節也是適合采用PBL教學法進行的,例如可以設計物質摩爾質量測定方法的PBL教學,把溶液的依數性、大分子溶液等內容講述的非常透徹;另外,熱力學方向和限度的判據關系也是一個很好的案例教學內容。在案例教學中,可以不必拘泥于章節,更加有利于學生的學習積極性。但需要注意的是,對于較難的理論內容進行常規課堂教學,效果反而更好。
關鍵詞:物理化學;改革;結合
中圖分類號:O642.0 文獻標識碼:A 文章編號:167Z-3198(2009)05-0188-02
物理化學是物理學與化學交叉的邊緣學科,是化學學科的一個重要分支,是化學學科的理論基礎。該課程是化工技術類專業一門必修的重要的基礎課,它在化學與化工人才培養中有負有極其重要的作用,對學生科學世界觀和綜合素質的培養、動手能力和創造思維能力的培養起著至關重要的作用。因此必須加強物理化學課程建設,不斷深化教學改革,提高教學質量,創建精品課程,才能完成時代賦予我們的使命。
物理化學教學改革包括教學內容(即教材)改革、教學過程改革、教學方法手段改革、教學管理(包括教學時間、教學安排、考試內容、考試方法、評分標準等等)改革。
1 教學內容改革。即教材改革
我們先后使用了天津大學王正烈主編的《物理化學》第一版、第二版,教學過程中,不斷選用新教材,對老師來說要加重負擔,要不斷寫新的備課筆記。但我們體會到,寫備課筆記可以加深對內容理解,提高教學效果。近些年來由于量子力學、微電子技術、波譜技術的發展,新材料、新催化劑、納米材料的出現,促進了物理化學的發展。因此在教學內容上就不能局限于教材,要把物理化學的新知識、新成果介紹給學生。
2 教學過程改革中。采用“六個相結合”
①宏觀與微觀相結合。對于難理解的概念,先從微觀上解釋,說明其物理化學意義,再從宏觀上形象化。比如介紹熵的物理意義時,我們可以將紅墨水滴入水中,紅墨水不斷擴散。系統混亂度逐漸增大,來描述熵是系統混亂度的量度。
②理論與實際相結合。例如講孤立體系熵增加,而開放體系因為可以有負熵流,可使開放體系熵減少。教學中聯系生物體成長、壯大、死亡過程與熵的變化情況;還聯系我國的改革開放政策,孤立體系――“一個封閉的山村”,熵值會越來越大,發展的動力就越來越小,經濟落后,人民受窮,而要改變面貌。必須改革開放,把山村變成開放體系,“要想富先修路,少生孩子多種樹”,引進外資、引進先進科學技術,就是引進負熵流,使體系熵值減少,才能快速發展。這樣既加深了對熵定律理論的理解,又能從自然科學角度說明黨的改革開放政策是正確性。
③內容與方法論相結合。對物理化學中一些原理、定律的建立,除了要講清原理的內容外,還要說明該原理是采用何種研究方法得來的。例如講理想氣體、理想溶液、理想吸附時,向學生說明這是采用理想模型法得來的;講可逆過程時,說明這是采用科學抽象法得來的;講標準燃燒熱、標準生成熱、標準電極電位等時,說明這是采用相對數值法得來的。還結合教學內容向學生說明逆向思維、發散思維、類比思維方法的運用,教學中注意培養學生創造思維能力。
④基礎知識與前沿知識相結合。在教材的每一章末尾。或習題課上,介紹與本章內容相關物理化學前沿新知識、新理論、新成果、新技術。
⑤課堂教學與教學研究相結合。在課堂教學中,要把教學研究成果結合進去。例如在講熵判據時,結合教研論文“對化學熱力學熵判據的討論”,來討論“熵總是過程方向的判據嗎?”,在講化學平衡移動時,結合教研論文“反應組分濃度對化學平衡的影響”,來討論“增加反應的濃度平衡一定向產物方向移動嗎?”等等。
⑥理論教學與化工生產相結合。我們是職業院校,培養的大多數學生將來要到化工生產第一線,因此更要注重實驗環節,增強學生學習興趣,培養高技能,高水平的應用性人才。例如在講化學反應速率時,結合工業合成氨的具體狀況。探討如何提高反應速率,增加氨的產量。
3 習題課是提高教學質量的重要環節
物理化學課程是一門十分強調概念、定律和邏輯推理的理論課程。要學好它很不容易的,物理化學被認為是化工技術類專業中最難學的課程。難學的原因在于它有許多基本概念、基本定律,非常抽象不好理解,不好掌握,習題難解。我們在教學實踐中體會到,要化難為易。提高學生學習積極性,除了上好理論課外,習題課是一個重要的、必有可少的環節。學過物理化學的人都知道,必需多做習題。在解題過程中,加深對理論的熟悉與理解,培養分析問題、解決問題能力,解題過程是理論聯系實際的過程。上習題課要象上理論課一樣,認真備課、寫好教案。我們習題課的內容一般包括下列幾個部分:
①擴大知識面的新理論、新知識介紹。
②歸納總結一章中所學的知識。學生每節課所學的知識往往是“零碎”的感覺、片段的知識,只有把它們聯系在一起,形成相互關聯的知識系統,才能更深刻理解,更好掌握。為此,每一章學習后,我們幫助學生把一章中所學的知識點以“聯絡圖”形式進行歸納總結。
③總結學生作業中問題。對學生作業中的錯誤,特別是典型的有代表性的錯誤要及時指出,對有特色的解題技巧要介紹推廣。
④組織討論思考題。一般教材的每章后面,都有一些思考題。我們先布置給學生先思考、解答,習題課時進行討論講解。
⑤做一定數量的練習題。每章學習后,我們都印發給學生一些數量的練習題,其中選擇題20個左右,計算題5至8個。這些練習題都是歷年教學中精心挑選出來的,有代表性,有一定的難度。我們一般提前發給學生,要學生先做一遍,上習題課時,老師選擇其中典型試題講解。
4 把現代化教學手段應用到物理化學教學中
20世紀90年代以來,計算機技術與網絡技術飛快發展,多媒體計算機集文字、聲音、圖形、圖像、動畫、影視等為一體,突破了時空限制,虛擬現實。多媒體計算機與網絡成為重要的教學手段、教學工具,把多媒體計算機應用到教學上,實現教學現代化。多媒體計算機在教學上應用,使教學的思想、教學的理論發生了變化,教學手段、教學方法、教學觀點與形式發生了變化,課堂教學的結構與內容、課外輔導的內容與形式、考試內容與方式、學生成績評定的標準與手段等發生了變化。國內外的大量實踐表明,進行計算機輔助教學,提高了教學質量,提高了學生的素質。把多媒體計算機和網絡技術應用到教學中,是教學改革的一個重要方向。計算機輔助教學有以下建議和思考
①編制課堂教學的電子教案與教學課件。
②對教材的思考題、練習題、習題進行詳細解答。并且輸入到計算機中,形成word文檔。
③編制計算機輔助教學課件(CAI)。
關鍵詞:工科學生;物理化學;本科教學
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)45-0197-03
物理化學課程是化學化工類專業的一門重要學科基礎課程,也是學好后續專業課的必要準備。由于物理化學是在前人大量實驗資料的基礎上進行分析、綜合和歸納,從而得到很多的各種定律理論及公式,所以歷來的化學化工類學生都對之望而生畏。盡管物理化學公式多、概念多、模型多,但是很多知識源于物理的原理和實驗,而且經常用高等數學為工具進行推導和演算。總之,該課程理論性強,邏輯思維性強,抽象概念多,因此,如何在課堂上將物理化學講授的生動、形象,激發工科學生的學習興趣就顯得尤為重要了。興趣是最好的老師,學生有了興趣,教師才能較好的指導。我校涉及工科的化學化工類本科專業主要有:應用化學、高分子科學與工程、化學工程與工藝、環境工程等。以下是我們在課堂教學活動中,關于如何激發學生學習興趣的一些方法。
一、提出問題法
提出問題,引發學生思考。進行探究式教學是提高學生學習興趣的重要手段。例如講授“Carnot循環”一節時,可從Carter小時候觀察奶奶燒開水,看到水在鍋里沸騰將鍋蓋頂起來,受此啟發,長大后Carter發明了蒸汽機。一種工作在高溫熱源(鍋爐內水蒸汽)與低溫熱源(空氣)之間,源源不斷地將高溫熱源吸收的熱轉變為功并將部分熱量傳遞給低溫熱源,其最大效率是多少(工業上能提高生產效率)?然后聯系前面講過的可逆過程特點(系統膨脹對環境做最大功,壓縮得到最小功),引出Carnot循環。
又例,講授偏摩爾量時,理想混合物如苯(A)和甲苯(B),沒有體積效應,即Vmix=nAV*mA+nBV*mB,而真實混合物如水(A)和乙醇(B),具有體積效應,即Vmix≠nAV*mA+nBV*mB,為什么呢?這是由于兩種分子(A和B)的結構和分子之間范德華相互作用力不同造成的。
二、例舉一些與講授知識緊密相關的自然現象或工業上的應用
實踐是認識的來源。認識是主體對客體的能動性反應,這種反應只有在實踐中,在主體和客體的相互作用中才能完成實踐是認識發展的動力。認識產生于實踐的需要,實踐為認識的發展提供日益完備的認識工具,鍛煉和提高人的認識能力。例如,講授“Henry”一節前,舉例啤酒、碳酸飲料開瓶后,大量氣泡從瓶口溢出,問學生為什么?講授“Raoult”一節前,舉例為什么海水在低于0℃結冰?“表面物理化學”一章涉及許多自然現象或應用,例如,講授“表面張力”一節前,可舉例為什么水滴自動形成球形?可從以下兩個角度進行解釋,若形成不規則形狀,則各處的曲率不同,附加壓力不同,不穩定;形成球形表面積最小,則表面吉布斯自由能最小。講授“附加壓力及Kelvin公式”一節前,可舉例如下:人工降雨;干旱的稻田土壤龜裂,在縫隙里比較濕潤;香菇干在梅雨季節若沒有密封包裝,則容易受潮;等等。Kelvin公式可以解釋兩種重要的現象:(1)毛細凝聚現象:在多孔固體表面,水蒸汽被吸附時,在細孔道內彎曲液面上的蒸汽壓比平液面上小,容易發生凝聚。例如,干香菇在梅雨季節很容易受潮;多孔性結構的物質如活性碳、硅膠等常作為干燥劑;泥土中孔道和縫隙常常保持潮濕狀態;等等。(2)亞穩狀態的存在:例如過飽和溶液、過熱液體、過冷液體、過飽和蒸汽等亞穩現象。亞穩狀態在熱力學上不穩定,在動力學上卻能保持暫時穩定的狀態。講授“固體表面吸附”一節前,可舉例活性炭用于蔗糖汁脫色制白沙糖。
三、例舉一些與講授知識緊密相關的物理化學實驗
實驗是一種實踐,它是感性的,而理論是理性的。從感性上升到理論是邏輯必然,是認識更加深入的過程。理論指導實踐,反過來實踐或應用推動理論的發展。從生動、鮮活的實踐提煉上升到理論是認識的飛躍。例如,講授“熱化學―等壓熱效應與等容熱效應”一節前,講述氧彈量熱器測量物質燃燒熱―等容熱效應,如何換算為等壓熱效應?從Gay-Lussac-Joule實驗講授理想氣體熱力學能變和焓變,從Joule-Thomson實驗講授實際氣體的熱力學能變和焓變及其節流膨脹的應用,從鉍―鎘相圖的步冷曲線測量實驗講述簡單的低共融二元相圖等。
四、類比法
類比推理是一種重要的思維手段,類比教學法對于引發學生的學習動機、幫助學生理解抽象的事物和概念、發展學生的求異性思維以及培養學生學習的主動性具有重要意義。類比教學法在課堂教學中被廣泛運用,形式多樣,但是類比教學的運用也有一定的局限性,類比的運用要適度,不能盲目依賴。例如,講授“電解質溶液的電導”一節時,將離子導體與金屬導體進行相應的對比講述,讓學生對這兩種導體的特點、影響導體電阻的因素等有明確的認識。再比如,可以提問學生,電化學反應其實也是一種氧化還原反應,那么,這種氧化還原反應與普通的氧化還原反應有何區別?引導學生經過思考后加深對電極反應的認識。
五、講述科學家的生平故事,特別是他們的科學精神
講述科學家的生平故事,可激勵學生以他們為榜樣,勇攀科學高峰。涉及的物理化學家主要有:Carnot、Joule、Clausius、Gibbs、Helmholtz、Claperon、Faraday、Nernst、Arrhenius等。比如在講Ag|AgCl電極時,可以講周公度先生的一個親身經歷。周先生早年在北大做實驗助理教師時制備Ag|AgCl電極,第一次制備時發現電極上有一個黑點,他一開始認為可能是實驗操作問題,然后重新做,結果第二次還有,這時,他認為這可能不是實驗操作的問題,而是有相關實驗現象產生。于是,周先生對電極上的黑點進行了詳細的結構分析,結果發現了一個文獻中還沒有報道過的晶體結構,并將研究結果發表在國際相關主流學術期刊上,該研究成果奠定了其在國內結構化學領域的領軍地位。經過這一事例可以教育學生要善于發現問題,并勇于解決問題。這一點不僅可以教書,而且還可以育人。
六、學生課堂練習法
講授氣體混合物中各組分的化學勢――理想氣體及其混合物的化學勢時,先讓學生做以下例題。
計算1.0 mol理想氣體在等溫下從標準壓力P變化到任意壓力P化學勢的變化。
標準態:在T、P的純理想氣體。以上就是化學勢表示式。
七、介紹科技前沿法
教師在教學過程中應當結合現代科學技術的新發展,把一些與課程有聯系的最新科技進展穿插在理論的講授中,學生通常對這部分比較感興趣,既拓展了學生的科學視野,也提高了學生的學習興趣。例如教授“化學電源”一節,除了介紹教材上列舉的蓄電池(如鉛酸、金屬氫化物―鎳電池等)和燃料電池,還補充介紹了目前廣泛使用的鋰離子電池。隨著全球礦物能源的日益減少和環境問題的日益突出,對于新能源的利用和研發越來越重要,因此特別介紹了鋰離子動力電池和超級電容器作為替代轎車傳統發動機的能源動力,可達到減少環境污染和減少對石油的依賴。
八、提問學生法
對于比較容易和簡單的講授內容,可采用此法。一方面可提出下面講課的內容,另一方面可檢查學生的預習情況。例如講授“Hess定律”一節時,可以提問學生:Hess定律的內容是什么?Hess定律在什么條件下成立?等問題。
此外,還有先講結論法、歸納法、演繹法等。總之,要根據授課內容來選擇合適的激發學生學習興趣的方法。讓學生感到物理化學重要(是其他化學基礎課程的理論基礎)、有用(工農業生產應用,解析自然現象等)、形象而不抽象,達到學生自覺和主動學習的目的,從而促進學生掌握物理化學知識。
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關鍵詞: 化工計算 教學內容 教學方法 改革實踐
物理化學是高職化工工藝類專業的一門非常重要的核心專業課程,其學習效果直接影響到學生對后續專業課程(如化工原理、畢業論文與設計)的學習,更間接地影響到學生畢業以后的崗位適應能力和發展能力。從總體上講,高職學生數理邏輯能力是明顯的弱項,大部分學生對本課程存在不同程度的學習障礙。如何推動物理化學課程教學改變,一直是基礎化學課程授課教師面臨的一個懸而未決的老大難問題。
一、刪繁就簡
從教材與教學內容改革入手調動學生積極性。從內容上看,若干教材版本基本上由緒論、氣體、熱力學第一定律、熱力學第二定律、化學平衡、相平衡、膠體與表面化學、電化學、動力學基礎構成。教材理論色彩濃厚,缺少鮮活的行業實踐案例,對其進行增刪取舍是非常必要的。筆者的主要做法可概括為單元化、模塊化改革,突出實踐性教學內容。首先將教學內容劃分為五個單元:熱力學基礎單元、化學平衡單元、物質分離提純單元、電化學單元、動力學單元。五個單元按照由簡單到復雜的邏輯方式遞進,既遵循專業知識學習的內在邏輯規律,又考慮到刪繁就簡,以適應高職學生的偏好。每個學習單元設置數量多少不一的學習模塊或任務,這些學習模塊之間既有相互之間的內在聯系,又各具獨立性特點。對高職化工工藝類學生而言,重在如何應用所學到和掌握的專業知識、技能解決現實化工生產問題,而不應過于強調課程知識的系統性。因此,筆者對本課程內容刪減最多的要數熱力學基本定律。教學實踐表明,熱力學基本定律能解決兩個問題:能量衡算和方向判斷,而這一直是一個幾乎令所有課程師生傷腦筋的問題。解決的辦法是大幅刪減具有相當難度、師生都厭煩的理論內容,突出具有實用性、行業實戰性的內容。
二、高度重視案例教學和情境教學的巨大作用
物理化學是一門理論性很強的、比較枯燥乏味的專業基礎課程,教學過程與方法策劃不當,教學雙方的主體性均不可能得到充分發揮,效果不言自喻。通過案例的引入,開展研討式教學,充分調動學習的主動性,學生顯然能提高學習興趣。例如,在化學平衡單元教學中,筆者引入我院生產實訓裝置――乙苯脫氫反應案例,學生現場學習,迅速理解了溫度、壓力、催化劑、惰性氣體-水等工藝參數的重要性及原則性的操作步驟與方法,活躍了課堂氣氛,發展了發散思維能力和綜合能力。此外,從教學過程來看,企業鮮活現實再現于課堂,企業生產經營中現實的策劃、規劃、設計、作業管理決策的再現,能使學生掌握發現問題、診斷問題成因、解決現實問題的思路、方法技能,持之以恒,逐步養成創造性思維和靈活運用理論知識的習慣,提高分析、綜合能力和創造性,從根本上內化理論知識,鞏固學習效果。
三、注重引導好學生的研究性學習
所謂研究性學習,從廣義上理解,泛指學生主動探究的學習活動,是一種學習的理念、策略、方法,適用于學生對所有學科的學習。從狹義看,是指教學以問題為載體,創設類似科學研究的情境和途徑,讓學生通過自己收集、分析和處理信息實際感受和體驗知識的生產過程,進而學會學習,培養分析問題、解決問題的能力和創造能力。毫無疑問,研究性學習給老師留下了很大的創造空間,但也增加了課程實施中的大量的不確定因素:課程的實施模式、價值判斷、切入口、推行步驟、資料來源、研究結果及呈現方式,等等,幾乎每一個環節都需要因地制宜、因人而異、因現存條件而決定。針對物理化學課程,研究性學習中“問題”的呈現可以是多種多樣的。筆者主張這些問題來源于化工生產實際過程比較妥當,也可以與問題情境教學配合進行。在老師的引導下,學生通過課程知識整合,合作研究,逐步明晰了解決這一問題的邏輯思路,最終內化專業知識與技能。
四、充實反映科學前沿的內容,拓寬學生的知識面
例如:光化反應在動力學內容占很小比例,常被忽略,但光化反應與環境科學、生命科學、材料科學反應及信息科學緊密相關,在講課時結合科研內容介紹光催化在環境凈化的應用,開闊學生的視野,引起學生的興趣,同時鼓勵學生參與到部分科研工作中,調動學生學習積極性,爭取近年內開設若干高層次應用物理化學基礎理論的選修課程,如界面與膠體化學,表面活性劑物理化學、生物物理化學。這些課程不僅可以彌補課內學時的不足,加深學生應用與掌握物理化學的基本理論,而且與前沿科技均有密切關系,可以擴大學生的知識面。
五、提高實驗課起點,組織綜合型的實驗
第一,刪減部分和整合陳舊簡單的實驗,提高實驗課的起點。如恒溫槽與其性能測定這一實驗內容過于單一,應與以后涉及使用恒溫槽實驗整合,“化學平衡常數及分配系數測定”和“中和熱-電離熱測定”兩個實驗所用儀器設備和操作過于簡易,顯得落后陳舊,應當刪減,或與無機分析實驗整合,動力學章節涉及速率常數測定的實驗有3個,顯得重復,應刪減或增加新的內容,如增加流體黏度及表面張力的測定等內容。第二,擴充和加深實驗內容,組織開發性、綜合型的實驗。例如電化學實驗中“電動勢的測定和應用”實驗可與綠色化學結合,對含Cr+6廢水進行處理,不僅拓寬了基礎知識面,還讓同學們了解了學科間知識交叉與滲透,又如二元氣-液相圖實驗中可增加高難度非均相氣液平衡內容。同時準備開設綜合性實驗光催化氧化處理高濃度有機廢水,這一實驗不僅涉及物理化學中的光化反應,速率常數的測定,反應級數的求法,還涉及反應器的設計,催化劑的篩選和工藝改造,以及計算機對實驗數據的處理等多方面知識,可以充分發揮學生的創造能力,自行改造與設計。
教學改革是擺在我們面前的新問題,對許多問題的認識還很膚淺,有待進一步認真地研究和探討。
參考文獻:
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【關鍵詞】化學,物理;學生;院校,藥學;教學方法
藥學科學是研究藥物與人體及致病體相互作用的科學。隨著社會的進步,生活質量的提高,對于藥物的要求也日益增強。而新藥設計、藥物合成中路線的選擇、工藝條件的確定、藥物的穩定性及其在體內的吸收、分布和代謝都與《物理化學》原理密切相關[1]。可以說從藥物的研發、生產、貯存到藥物的使用和吸收直至發揮作用,都與《物理化學》息息相關。因此,《物理化學》是藥學相關專業的一門重要專業基礎課,其為后續專業課程(包括《藥物化學》、《藥劑分析》、《藥理學》、《藥物動力學》等)的學習提供方法和理論指導;同時也是聯系藥學理論與實際操作應用的重要橋梁。但是在近幾年的教學過程中,作者發現對于獨立醫科院校的學生,由于醫學院校的大規模擴招,學生生源的整體素質都不理想;很多基礎知識薄弱的學生普遍感到《物理化學》內容繁多,理論性強,邏輯推理嚴密,課程過于抽象,很難接受和理解知識點,一些學生甚至對《物理化學》課程產生了厭惡和畏懼心理,嚴重影響學生對該門課程的學習。興趣才是最好的教師,興趣是推動學生學習的內在動力,是調動其學習積極性和主動性最有效的催化劑。因此,根據本校藥學專業學生的實際情況,作者進行了一系列嘗試,設法激發學生的學習興趣,優化課堂教學,提高課堂的教學效果。
1補充課外輔導,及時課后答疑
《物理化學》教學內容較為豐富,理論性和邏輯性強、概念原理抽象、公式多而雜;其知識點的學習和理解,不僅需要化學相關的基礎知識,也需要與之相關的物理和高數的知識應用。而很多獨立醫學院校學生的數學和物理學基礎知識相對比較薄弱,并且由于教學條件的限制,很多學校都采用大班制授課,使得很多學生感到該門課程很難聽懂,從內心深處產生了畏懼感和厭惡感。多年的教學實踐經驗提示,那些學不好的學生,都是在客觀上學不懂、聽不懂,而從主觀上放棄學、厭惡學。所以要克服這種不利的影響,首先要克服教學上的心理障礙,減少學生對該課程的畏懼感和厭惡感,提高學生的熱情和興趣。因此,做好課外輔導和課后答疑在引導該門課程的學習起到了非常重要的作用。在每一章開始學習之前,對于與之相關的物理學和高數相關的知識,以視頻教學或者PPT文本資料的形式上傳到校園網上,讓學生上課之前做好相關的預習,從而達到上課能聽懂,課后能理解應用的效果。此外,還可以在校園網上上傳每章的重難點知識和習題簡答等,以緩解課堂教學時間不足的問題,讓學生在理解的基礎上,再深入學習并激發興趣。同時充分利用學生們常用的通訊聊天工具(如QQ、微信)和學生建立學習討論群,及時解答學生當天課堂學習中不理解的知識點和難點,為學生營造一個溫馨和諧的學習環境,讓他們化被動為主動,建立起對該課程的自信和興趣[2]。
2精選課程內容,注重學科融合
目前大多數醫科院校,在新一輪課改要求下,對于《物理化學》的學時進行了大幅度的縮減,按照之前的教學內容已經無法完成。針對教學學時數不足的實際情況,本校首先合理安排理論講授學時,對教學內容進行恰當精選,并對現行教材內容進行合理取舍,刪減一些理論性、推理性較強的知識,強化一些與藥學后續課程緊密聯系的應用知識。例如,對于熱力學和動力學部分,刪減一些與公式推導相關的內容,重點要求學生掌握公式的應用及使用條件和范圍;又如,對于電化學部分,由于無機化學已經系統學習過,不再講授氧化還原的知識點,而是重點從熱力學的范疇討論電池可逆性及生物電化學相關的內容。這樣有針對性地進行內容的取舍,在保證教學的系統性和完整性的同時,還可以結合藥學專業實例進行講解,將所學的知識引入到藥學問題的研究中,必然可以增加學生的學習興趣。例如,熱力學知識可以應用于人體中,結合體內腺苷三磷酸的代謝來判斷其方向和限度;動力學知識可以結合藥物在人體內的代謝,以及藥物有效期預測和藥物穩定性等實例講授[3];相平衡一章可以介紹真空冷凍技術在藥物制劑方面的應用,其原理就是利用水的升華將冰直接變為水蒸氣,最終得到干燥的藥品;電化學部分可用電化學的原理解釋細胞水平上的電荷和能量傳輸的運動規律并探究生命過程的機制和意義。這種授課方式使《物理化學》更貼近藥學,讓學生明白基礎課程對后續課程學習的重要性,激發了學生對該門課程的學習興趣,使得單調、乏味的理論知識變得生動有趣。
3優化教學手段,改革教學評價
針對該門課程的特點,在教學中要拋棄過去以教師為中心的“填鴨式”教學模式,逐步實現以教師為主導、學生為主體,探索以教師課堂講授、學生課程小組課堂展示2種方式相結合的教學模式[4]。如相平衡一章的第二節,關于單組分系統的相圖,整個知識點比較容易理解和掌握,并且涉及冷凍干燥和噴霧干燥在制藥工業的應用,可以讓學生形成研究小組,通過專題討論,查資料和文獻,以PPT的形式結合知識點在藥學方面的運用以課堂小組討論完成教學。這種以學生為主的探索性學習,注重培養學生對所學知識和技能的實際應用,在教師的指導下,學生選擇和確定題目進行學習、研究,在學習、研究的過程中,讓學生由被動聽課到主動參與,學會主動地應用所學知識解決實際問題[4]。同時,還可以結合課程講授,不定期開設一些有關學科前沿的、結合專業的專題講座,開闊學生視野、提高學習興趣[5]。科學的評價方式不僅能客觀反映教學質量和學習效果,而且能激勵學生對該課程產生濃厚的興趣,提高學習的積極性。而目前大多數《物理化學》都是單一的期末筆試決定學習成績,一次考試決定了學生的成績很不公平也不科學。全面、科學、公平的評價學生的學習成績應該包括課堂表現、課后作業、小組討論、論文報告、實驗成績、期中考試及期末考試等多方面的情況,才能考查學生是否已經全面掌握該門課程并能運用到專業實踐中[6]。這種教學評價內容多樣,避免了傳統的單一死板的考核制度,其內容涉及理論知識、實驗技能、科研創新、實踐應用等多方面的考核。這種考核方式可以讓學生從死板的背書、記公式的課堂模式上解放出來,培養學生實踐能力、科研能力及理論知識對藥學實踐中運用等多方面的能力,大大提高學生對該門課程的學習興趣。
4真誠對待學生,發展學生個性
在這個亦師亦友的年代,很多大學生都特別愿意和教師成為朋友,在探討學術問題的同時還可以探討人生;如果在教學中,繼續遵從傳統的“師道尊嚴”的傳統觀念和作風,很可能和學生在心靈和溝通上越走越遠,導致學生產生畏懼并厭惡在課堂上學習。所以作為教師,應該真誠地對待每一位學生,學會和學生做朋友,積極參與到學生的生活中,了解和關注他們所感興趣的地方,拉近和學生的距離;從而形成良好的師生關系,讓學生以一種主動、愉快的心態聽課,在一種其樂融融的教學氛圍中學習。同時還應該發展學生的個性,所謂發展個性,對大學生來說,就是在學習上發揚自覺性、積極性、主動性,根據發展的需求,對學習內容、方法做科學的判斷、準確的選擇,培養自己獨立思考、動手、創新的能力,盡快找到后續學習的路徑,并且能夠學以致用,不斷有所發現,有所發明[7]。因此,應盡可能地在課堂上給學生提供一個發揮自己個性的機會。個性的發展是興趣和創造的前提,個性凸顯出來,才敢于表達自己的觀點,顯露自己的興趣所在,并不斷為之努力和奮斗。此外,當學生努力學習獲得進步要對他們的點滴努力給予激勵,這種激勵不僅可以促進學生的認知發展,更可以促進學生的情感、意志、興趣等方面的全面發展。總之,對于獨立醫科院校《物理化學》課程的教學,教師首要關注的地方應該是學生在學習過程中的積極性和主觀能動性,培養學生對《物理化學》的學習興趣。“授人以魚,不如授人以漁”,激發他們的學習熱情,讓學習和興趣相交融,才能更好地學好《物理化學》。
參考文獻
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關鍵詞:鏡質組反射率,干酪根,有機質
0.引言
沉積有機質的演化是一個非常漫長而復雜的物理化學過程,這個過程受控于許多因素包括有機質本身性質。沉積有機質在一定地溫、壓力以及微生物作用下可形成對人類文明發展有巨大幫助的化石能源——煤、石油、天然氣。隨著資源的日益緊缺,深入認識有機質的演化過程對于指導我們尋找化石能源有重要意義。
1. 認識有機質的演化過程的重要意義
在沉積盆地中,原始的沉積有機質伴隨其它礦物質沉積后,隨埋藏深度的逐漸增加,地溫不斷上升,在缺氧的還原條件下,有機質發生一系列復雜的物理化學變化。由于地質因素以及有機質的自身性質的差異,發生的物理化學反應類型和產物不同,且具有較大的差異。為表示在溫度作用下有機質的熱演化程度,我們常用的指標是鏡質組反射率。隨著鏡質體演化程度的增高,反射光能力增強。科技論文。針對分散有機質的演化特點,根據有機質鏡質體反射率的大小,一般將有機質的演化劃分為四個階段:未成熟階段、成熟階段、高成熟階段、過成熟階段。在不同的階段,油氣生成的機理和產物類型都有區別。科技論文。未成熟階段即鏡質組反射率小于0.5%,此時生成的化學物質主要是一些生物成因的氣體,其中以甲烷含量為主,干酪根呈黃色,對應的煤階為泥炭——褐煤,這一時期的沉積有機質主要受壓實作用的影響,孔隙水分被大量排出,發生一些化學物質分解和聚合。在這個階段會有少量的液態烴生成,從化學成分上看,這些液態烴中相對分子質量較高的正烷烴在C22——C34范圍內有明顯的奇數碳優勢;芳香烴也是以相對分子質量高的化合物為主。成熟階段又稱為熱降解生油階段,鏡質組反射率在0.5%——1.2%,干酪根為暗褐色,這一階段生成的有機產物主要是石油,不過在鏡質組介于0.5%——0.7%之間時,生成的石油以低成熟度石油為主,它們會與一些未熟油混合,形成所謂的未熟油——低熟油。科技論文。這個階段粘土礦物可作為降低干酪根降解反應活化能的催化劑,尤其是蒙皂石。它可以是有機質組分在顆粒表面富集,并依據物質吸附性能的差異進行重新分布,這一過程可以降低有機質的成熟溫度。高成熟階段即熱裂解生濕氣階段,此時處于高成熟階段的有機質,鏡質組反射率介于1.2%——2.0%,干酪根顏色為深褐色,生烴機理為熱裂解作用,對應的煤階為焦煤——瘦煤——貧煤,該階段地溫是超過多數烴類的臨界溫度,主要反應時大量C—C鏈的斷裂,包括環烷烴的開環和破裂。一些相對分子質量較高的正烷烴含量漸漸趨于零,而相對分子質量較低的烷烴數量劇增。原油裂解氣的生成時間要晚于干酪根降解氣的生成時間。進入高成熟階段后,在鏡質組反射率低于1.6%時,生成的氣體以干酪根降解氣為主,而鏡質組反射率大于1.6%之后,大量的原油發生裂解,產生裂解氣。雖然原油裂解發生的時間較晚,但是生氣量遠遠高于干酪根降解生氣的量。過成熟階段即深部高溫生氣階段,鏡質組反射率大于2.0%,干酪根顏色為黑色,生烴機理以熱裂解為主,對應的煤階為半無煙煤——無煙煤,主要產干氣。在該階段干酪根的殘渣釋放出甲烷后進一步縮聚,H和C的原子比會接近生成甲烷的最低限度。幾乎所有的有機質在這個階段的熱演化中形成最終的產物——干氣甲烷和碳瀝青或石墨,也就是說先期形成的一些液態烴類最后形成了氣體與固體。在干酪根的熱演化過程中,生油還是生氣取決于干酪根的種類。I型干酪根和II1型的干酪根在熱降解作用中以生油為主,天然氣的生成量較少,而II2型與III型的干酪根則以生氣為主。在煤層中積聚的III型干酪根可以形成所謂的煤層氣,不過在中國的吐哈盆地中,煤層中賦存的II2型與III型的干酪根經過熱演化形成了液態烴,即煤成油,而且聚集形成了規模較大的油田。關于這點,事實上煤中若含有較多的富氫顯微組分就會具有一定生成液態烴的能力。煤或煤系有機質的生烴機理與干酪根生烴機理無本質上區別。只要煤中富氫顯微組分的含量占總有機質的5%——10%以上,就可以形成達到一定工業規模的油。
2.結束語
有機質演化的四個階段代表了有機質從沉積開始一直到演化終極的全過程,有些盆地中的有機質演化到某一階段可能由于地質因素的變化而停止。從演化的歷史來看,隨著地溫和埋藏深度的增加,演化階段在不斷提高。在一些古老地層中的有機質可能大多已向天然氣或瀝青轉變。因此在有機質處于高成熟或者過成熟階段的盆地中找到石油的可能性就不太大而極有可能找到天然氣資源。由于不同沉積盆地地質環境和演化歷史的各異性,油氣生成過程以及煤化過程可能具有較大的差異。這些過程本身都是非常復雜的,各異性又增加了研究它們的難度。自二戰以來,許多特大油田、氣田和煤田被接連發現,這極大地促進了社會發展,然而到今天能源問題已越來越嚴重,尋找未發現能源的緊迫性日益增加,勘探難度也在提高,這就需要我們進行大量的科學研究和理論創新。地球化學知識及手段是尋找能源的一個重要支撐。相關領域的工作需要油氣地球化學家、煤巖學家以及廣大的地質工作者密切配合,相信取得的一些成果將會對資源勘探提供重要理論支持和科技保障。
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