探究式教学法在物理化学的实践

时间：2020-11-02 11:08:02 所属分类：教育理论 浏览量:

探究式教学法，指学生在学习概念和原理时，教师给学生一些事例和问题，引起学生的认知冲突，并让学生主动探究、自行发现并掌握相应知识的一种教学方法。该方式充分体现以学生为主体、教师为主导的教学理念，学生在获取新知识的同时，其归纳推理能力得以发展

　　探究式教学法，指学生在学习概念和原理时，教师给学生一些事例和问题，引起学生的认知冲突，并让学生主动探究、自行发现并掌握相应知识的一种教学方法。该方式充分体现以学生为主体、教师为主导的教学理念，学生在获取新知识的同时，其归纳推理能力得以发展，并有利于学生研究性技能和创造性态度的形成。在实际教学运用探究式教学法过程中，需充分考虑学生已有基础，适当发挥教师主导作用，以使教学以最有效的方式展开。物理化学是各化学分支学科理论与方法的基础，其概念抽象，理论性强;将探究式教学法引入到抽象概念如偏摩尔量的教学中，能启迪学生思维，提升学生学习兴趣和效果，提高解决实际问题的能力。

　　1教学目标

　　掌握偏摩尔量的概念、意义及其应用;运用探究式教学法引导学生发现问题、提出问题和思考问题，激发学习兴趣，从而培养学生科学研究的思维方式和探究意识。

　　2教学过程

　　2.1设置情境

　　引入新课：以多数学生已知知识为起点、并与日常生活中的实例作类比。具体如下：将一升水与一升乙醇混合形成溶液，经实验测定溶液总体积并不等于(1+1)升而是小于二升，这是由于这两种分子的结构、大小不同且它们之间存在相互作用;进一步类比，这就好像日常生活中把一杯黄豆与一杯芝麻混合，总体积不等于两杯容器的体积一样，因为两种颗粒大小不同，使得芝麻可以“钻”到黄豆的缝隙之中。进一步拓展：不仅是体积，体系中任意广度性质均有此情况，只是体积更易被观察到。

　　2.2提出问题

　　教师设问，引导学生发现问题：为什么会出现这种结果?怎样解释这种情况?能否通过计算得出上述乙醇和水混合后的总体积呢?要解决这些问题，需要引入一个新概念“偏摩尔量”。

　　2.3猜想假设

　　利用上一章已学知识，继续启发学生：上章学习单组分或组成恒定的多组分系统时，确定其广度性质的改变值是借助于数学上的函数关系，即该系统的任意广度性质Z可写作Z=f(T,p)，用全微分dZ表示广度性质的改变值，其中T、p是系统的温度和压力。进一步引导学生：水和乙醇混合溶液是组成可变的多组分系统，能否也用数学中的函数去解决其广度性质改变的问题呢?学生猜想：上面的引导后，学生就会猜想用数学函数方法可以解决组成可变多组分系统中广度性质改变的问题。设该系统的任意广度性质是Z，系统的温度和压力分别是T、p，系统中各组分的物质的量分别是n1,n2,n3,„,nk。组织学生做进一步的假设：学生设想写出dZ的数学表达式，将学生分成小组进行讨论，再让每小组派一名代表给出本组的讨论结果，最后师生共同归纳得出准确结果，如下。对组成可变的多组分均相系统，其状态除与T、p有关外，还与各组分物质的量有关，这种关系可写成数学上的函数形式Z=f(T,p,n1,n2,n3,„,nk)，对此式求全微分有式中，B指发生改变的物质，C指除B外的其它物质。值得注意的是，猜想假设一步是必要的，它对下一步的制定方案非常重要，因为有了猜想假设这步，学生才能清楚为什么要制定这样的方案。

　　2.4制定方案

　　偏摩尔量是数学上的偏导数，为一抽象概念，怎么理解其物理意义呢?有两种理解方式。2.4.1偏摩尔量是变化率提示学生，数学中导数的意义是变化率，这可作为偏摩尔量的第一种理解方式。之后提问，请各小组派代表发言，并总结出结论：偏摩尔量是一个变化率，具体讲，指在等温、等压、保持B物质以外的其它组分物质的量不变的有限系统中，加入微量B物质dnB所引起广度性质Z的变化值dZ与dnB之比值。2.4.2偏摩尔量是改变量教师引导，在偏摩尔量的第一种理解中，如系统改为无限大量系统，且dnB=1mol时，又能怎样理解ZB呢?学生设想并得到第二种理解方式：偏摩尔量是一个改变量，具体讲，指在等温、等压、保持B物质以外其它组分的物质的量不变时，在无限大量系统中，加入1molB物质而引起系统广度性质Z的改变值。继续引申，从第二种理解方式可得出偏摩尔量的实质：一定条件下的多组分系统中，1molB物质对系统广度性质Z的贡献。启发引出问题：既然系统中某种组分有偏摩尔量ZB，那么这些ZB与系统总广度性质Z之间有什么关系呢?

　　2.5实施方案

　　启发学生，通过引入偏摩尔量ZB，利用数学知识可解决ZB与系统总广度性质Z之间的关系问题。前面曾得到，等温等压时有进而提出问题，怎样从上式得到系统总广度性质Z的数学表达式呢?这时多数学生会回答出用数学积分方法;之后分小组进行讨论，并给出积分过程和结果。在保持偏摩尔量ZB不变情况下，对上式积分有：此式为偏摩尔量的加和公式对二组分体系，如果广度性质Z是体积V，则有学生自行分析，得出加和公式含义：多组分系统的任意广度性质等于各组分偏摩尔量与物质的量乘积的加和。进一步拓展，能否从偏摩尔量的实质去解释加和公式的合理性?这时多数学生能自己解释：因偏摩尔量是多组分系统中1molB物质对系统广度性质Z的贡献，那么所有组分对Z贡献的加和必然等于总Z值。

　　2.6归纳交流

　　提问学生，回答一开始上课时提出的问题，即1升水与1升乙醇混合形成溶液的总体积不等于2升的原因，这时学生们就能自行得出，是由于水及乙醇在溶液中的偏摩尔体积与其纯态时的摩尔体积不相同造成的，且混合后总体积可以根据加和公式计算得到。学以致用：给出有关偏摩尔量加和公式应用的例题，学生小组间进行交流，起到巩固和应用知识的作用。

　　3结语

　　偏摩尔量是物理化学热力学部分的重要物理量，概念抽象、理解有些难度，传统讲授式教学法易导致学生失去兴趣而造成理解困难;探究式教学法突出学生主体作用、兼有教师主导作用，将探究式教学法引入到偏摩尔量这一抽象概念教学之中，通过教学环节的合理设计，使知识问题化、问题层次化，进而激发学生积极性，促使其更好领会抽象理论知识，并有助于培养学生科学研究的思维方式。

　　参考文献

　　[1]黄梅.中学化学教材分析与教材研究[M].北京:科学出版社,2014:182-183.

　　[2]傅献彩,沈文霞,姚天扬,等.物理化学(上册)[M].5版.北京:高等教育出版社,2006:207-210.

　　[3]杨蓉,钟世华,肖小明.探究式案例教学模式在药物制剂工程教学中的实践研究[J].化学教育,2018,39(16):57-61.

　　《探究式教学法在物理化学的实践》来源：《化学工程与装备》，作者：李永红 周艳梅

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