以热力学第一定律为例谈大学化学课程教学的设计

李兆 曹静 王永锋 王亚楠

摘要：文章以热力学第一定律为例，说明大学化学课程教学中的教学设计，教师引导学生复习化学的概念，引出化学需要解决的三个问题，通过做功和热传递的比较，让学生在老师的引导下讨论外界对系统同时传热和做功时应如何计算。从教学目的、教学方法及教学过程三个方面进行了探讨和分析，以期提高大学化学课程教学效果。

关键词：热力学第一定律;教学设计;大学化学

中图分类号：O6 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2020）21-0311-02

一、前言

大学化学在西安航空学院材料工程学院属于一门专业基础课，是材料科学与工程、材料成型及控制工程两个专业的必修课。本课程自2016年开设以来，分别为材料科学与工程专业、材料成型及控制工程专业共计14个行政班、600余人进行了授课。该课选用的教材是高等教育出版社出版的《大学化学》，教材符合西安航空学院应用型人才培养理念，教学效果良好。在大学化学课程教学中，热力学是非常重要的一部分内容，热力学第一定律是热力学的基础，而且在众多方面有广泛的应用，作者近年来一直进行大学化学课程的教学和研究，在教学过程中发现，学生对于热力学部分的掌握并不是太理想，而热力学部分又是该课程后续部分的基础和关键，因此本文以热力学第一定律为例浅谈大学化学课堂教学的设计，以期提高应用型本科教学效果。

二、教学思想及目的

教师是整个课堂不可或缺的一部分，但是教师不仅仅是讲授知识，而且还要做到和学生最大限度地沟通和交流，只有这样，才能提高学生学习的积极性。作为青年教师，在第一次讲授大学化学课程中，无法完全融入课堂，和学生的互动不太完善。随着教学经验的丰富，作者认为教师的主要角色是课堂秩序的维护者、答疑者、辅导者、帮助者、咨询者、引导者等。教师不仅要指导学生学会本课的知识和技术，还要培养学生的思维方法，引导学生掌握一定的学习方法，养成自主探究的精神风貌，激发学生主动学习的积极性，使学生“学会”“会学”“乐学”。从“知行合一”思想出发，让学生在实践中、在探究中、在解决问题及完成任务的过程中掌握知识和技术，将书本上的、教师讲的知识内化为自己的认知。在本节教学中，教学目的包括如下四点：（1）理解和掌握物体跟外界做功和热传递的过程W、Q、ΔU的物理意义;（2）理解热力学第一定律ΔU=W+Q;（3）会用ΔU=W+Q分析和计算问题;（4）学习化学家勤奋的精神，掌握归纳问题的方法。

三、教学方法

在热力学第一定律的教学过程中，作者采用的教学方法主要是：通过做功和热传递的比较，让学生在老师的引导下讨论外界对系统同时传热和做功时应如何计算。引导学生归纳热力学第一定律。通过习题进行巩固。引导学生理解表达式中各物理量正负的意义。一定要对功和热的正负做好取舍和判断。

同时结合本节教材的特点，为了突出重点、突破难点，教学中采用互动探究式的教学方法，使学生参与到教学活动中，教师在适当的时候进行点拨和小结。通过用定量计算的例题讲解及课件展示来加深大家对知识的理解。提倡发现法，鼓励学生开展基于资源的自主、探究、合作学习。培养学生创新能力、自学能力、探究能力、合作能力和问题解决能力。使学生的学习由“模仿型”学习向“创造型”学习转变，把知识转化为能力，促进有效的学习。

四、教学过程

在整个教学过程中，首先通过回顾上节课重点内容—化学的四大分支学科，引出化学中热力学的重要性。以I2（g）+ H2（g）==2HI（g）;ΔH=-9.48 kJ /mol 为例，引导学生讨论一个化学反应由物质变化和能量变化两部分构成。

其次，引导学生理解并掌握在研究化学反应的过程中必然会发生的三个问题，分别是：在哪些物质之间能发生化学反应，在哪些物质之间不能发生化学反应？如果反应能够进行，就要知道反应将进行到什么程度？反应过程中能量变化关系如何以及是否伴随有热效应？

再次，提出热力学能的概念：系统内所有微观粒子的全部能量之和，也称内能。用U表示，U是状态函数。以一个封闭系统为例，热力学能U1，从环境吸收热Q，得功W，变到状态2，热力学能U2。画出实际变化过程。具体过程如下：

热力学第一定律示意图

最后应当引导学生总结热力学第一定律：一个热力学系统内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。同时再次强调其表达式：ΔU = Q +W。

五、結论

化学是一门基础学科，大学化学是材料类专业的一门必修课，热力学部分的学习可让学生为后续学习材料科学基础、材料热力学等专业核心课程打下基础。本文以热力学第一定律为例，从教学目的、教学方法及教学过程三个方面进行了探讨和分析，以期培养具有分析能力、创新能力的人才，为应用型本科教学提供了新的思路。

参考文献：

[1]李兆，曹静，王永锋，等.应用型本科院校大学化学教学改革研究[J].广东化工，2018，45（21）：119+121.

[2]李兆，曹静，王永锋，等.应用型本科高校青年教师课堂教学能力提升的探索[J].教育现代化，2018，5（46）：148-149.

[3]李兆，刘朋涛，曹静，等.高校材料类专业《普通化学》课程思政的探讨与研究[J].教育现代化，2019，6（92）：234-235.

[4]柳福提.热力学第一定律的微观阐释[J].河南教育学院学报（自然科学版），2006，15（4）：12-13.

[5]武和全，谢文洪.热力学第一定律和热力学第二定律教学[J].科教导刊，2015，（04）：80-81.

[6]王晓雪，薛中会，李卫彬.热力学第一定律的讨论[J].焦作工学院学报（自然科学版），2003，（6）：495-497.

Abstract： This paper takes the  First Law of Thermodynamics as an example to illustrate the teaching design of College Chemistry. Teachers guide students to review the concepts in the course， and put forward three problems that need to be solved in chemistry. By comparing work and heat transfer， students are guided to discuss how to calculate the externally transferred heat and work of the system. This article discusses and analyzes from teaching purposes， teaching methods and teaching process in order to improve the teaching effect of College Chemistry.

Key words： First Law of Thermodynamics; teaching design; College Chemistry