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浅析环境科学专业化学热力学章节教学环节

作者2019-03-25 11:16未知
 1化学热力学在环境科学专业教学现状
  物理化学又称为理论化学,包括化学热力学、化学动力学和物质结构三大部分,国内主流的教材在内容选取上则只有化学热力学和化学动力学两大部分。物理化学是环境科学专业的一门重要基础课,在人才培养方案中先修的课程包括无机及分析化学、大学物理、高等数学等,并为后续的环境化学、环境工程原理、大气污染控制等课程提供支持。
  但在环境科学专业教学中,由于现有各种版本的教材都主要是面向化学、化工专业,涉及环境科学相关的内容较少。即便是有的教材具有少量的内容与环境科学内容相关,也主要集中在化学动力学部分,例如光化学反应中的自由基反应级数等有关内容,可见只有物理化学教材中有关内容贴近了环境科学,本专业才能进一步加深学生对专业的认识,并激发其学习的热情。化学热力学作为物理化学中的一大重要分支,在物理化学教学环节中也有相当有着较大的篇幅,但是众多内容编排上基本没有涉及环境科学相关内容,再加上其公式推导较多,以及多年扩招后学生相对能力有所下降,导致学生普遍反映物理化学难度较大,并且还对为什么学习物理化学尤其是化学热力学部分产生了质疑。以上这些矛盾使得学生在学习过程中对化学热力学部分存在畏难的情绪,学习的兴趣不大。
  2化学热力学在环境科学专业教学对策
  针对上述问题,最合适的解决方案是出版一部具有大量环境科学知识的物理化学教材,但是一部教材的出版是需要多年的教学经验积攒以及丰富的环境科学背景和扎实的物理化学基础,因此在没有达到这些要求之前,需要找到合理的方案。这是一套组合方案,包括教师组织教案、学生课外阅读两个方面。
  2.1准备环境科学背景的教案
  有种观点认为,教案是中小学教学环节中采用的,大学教学环节是不需要的,这种观点是错误的。大学课堂教学环节中,也是需要依据教学大纲、教学计划,以及不同教材的特点和学生专业实际能力的差异进行教案,中往往是依据课时或者教学课题为单位,内容上需要将核心教学目的、主要教学内容安排列出,并包含教学过程中的教学手段、师生两方面的教学语言及组织。由此可见,教案是为上课提供充足的准备工作,是教师科学构思课堂组织活动的基本措施。对教案相关内容的研究、和运用,关系到最后的课堂教学是否成功、教学质量的高低。但是,高校教案的又不可以与中小学教案雷同,因为这是大学教学本身的特点所决定的,最大的特点就是大学一次课的授课内容远远高于中小学,如果按照课本页码计算,有时候一节课平均相当于课本二三十页。因此,在保证教案中的教学目标、教学内容要点、教学活动设计、教学效果反思这四个基本要素的基础之上,文、理、工、艺、体等不同的课程不必强求统一的模式,不同的高校课程应该有自身的特色。积极吸收现代教学心理学的理论,强调教学过程中学生应该达到的认知目标、情感目标、行为目标。在教案中体现不同专业间学生创新意识的培养、实践能力的提高,并结合授课教师自身的专业背景和教学风格,从而最终提高教学质量。
  由于现有的诸多物理化学教材中缺乏环境科学背景方面的化学热力学教学章节,因此需要授课教师在备课时,广泛搜集相关的资料。最好的办法就是利用CNKI、万方、维普等数据库,在数据库中以“环境”和“化学热力学”,或者化学热力学下某些章节的主要知识点作为关键词进行搜索,查找已有的文献资料,将文献资料的内容仔细研读,加入教案中,从而提高化学热力学教学环节中的环境背景。例如,通过文献搜索,发现环境三废处理中废渣采用了就热力学稳定性判断。有关教案主要内容如下:某工厂生产钡盐,在生产流程中有硫化钡残渣,在进行环境影响评价时候,需要分析其化学热力学稳定性,从而便于进行下一步的处理。这其实就转化为讨论在常压,25℃时候BaS的热力学稳定性,可通过ΔG是否小于零,判断其自发性,已知BaS遇到潮湿空气中的水会形成易溶性的Ba(OH)2和剧毒的H2S,反应式如下:
  ΔrGθm=ΔrHθm-TΔrSθm
  =(65.76-298×94.84×10-3)kJ•mol-1=37.498kJ•mol-1
  计算结果表明ΔG>0,即在常温常压的条件下,BaS不会自发分解产生H2S,因此废渣是处于稳定的状态,无需进一步处理。
  通过这个例子,可见其化学热力学知识很好的应用于实践之中,让学生可以牢固的掌握相应的方法,也体现了课程教案建设的重要性。
  2.2提供课外阅读材料
  广泛的课外阅读材料可以为学生学习提供兴趣,但是化学热力学类专业性较强的书籍不可能与通俗易懂的科普类书籍一样,这需要授课教师广泛的学习,并找出与环境科学专业有关的化学热力学类书籍。我们在实践教学中发现,《溯源探幽:熵的世界》这本书籍通俗易懂的讲解了化学热力学有关的知识,并进一步的延伸到其他学科,而《环境多介质模型———逸度方法》则很好的将化学热力学的基本概念运用于环境科学相关实践中,是难得的一本适合的课外读物。
  随着网络技术的发展,以手机为代表的移动网络日益走入教学环节。作所周知,单纯文字、图表、视频这三种的传递信息是逐步增加的,且逐步容易被人们接收。近年来,大量传统的电脑网络课堂逐步转移到手机载体的平台,出现了大量的可以运用于手机平台的在线课程,例如尔雅通识课、“高校邦”等,不仅提供传统的网页形式,还有APP、微信等平台,这些课程可以作为广泛的课外阅读材料,通过给学生加以引导,让其在课下扩充掌握化学热力学、环境科学相关的材料,促进物理化学课程基础知识的掌握。
  3结论
  通过授课教师积极准备教案,给学生积极提供课外阅读材料,并充分利用现代化的手机移动网络平台的在线课程,可以为现阶段环境科学专业的学生有效学习物理化学中化学热力学部分的内容提供支持。

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