PBL教学法在《无机化学》电化学教学中的应用实践_王锦霞.pdf

第 卷第 期 年 月广 州 化 工 .教学法在无机化学电化学教学中的应用实践王锦霞，桑晓光，张 霞，韩义德（东北大学理学院，辽宁 沈阳）摘 要：是一种以问题为导向、学生为主体、适应现在教学发展要求并流行于国际的一种教学模式。本文主要介绍 在无机化学课程中电化学知识学习中的实施。通过教师提出问题、学生查找资料、分组讨论、小组汇报总结的步骤，进行 教学方法的实施。通过应用该方法能充分调动学生学习的积极性和主动性，培养了学生的自主学习能力，团队合作意识，对学生整个学习过程产生积极影响，促进学生地全面发展。关键词：教学法；无机化学；电化学中图分类号：文献标志码：文章编号：（）基金项目：年辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目，东北大学 教学法研究与应用项目（）；年教师发展专项立项资助项目（）。第一作者：王锦霞（），女，博士，讲师，研究方向为电化学材料制备。，（，）：，.，.，.：；无机化学课程是东北大学理工科的公共基础课，也是大一新生进入大学后学习的第一门化学课程。无机化学课程学习对培养理工科学生的化学思维发挥着重要的作用，学生对本门课程的知识掌握程度会直接影响后续相关化学课程的学习。作为一门公共基础课程，如何通过改变传统课堂教学模式，激发学生的学习兴趣，从而引导学生主动积极参与教学过程，充分发挥课堂教学环节是一个永恒的研究课题。无机化学中的电化学部分是对电化学理论知识的简单介绍，课程内容包括原电池，电池符号，电极电势，能斯特方程及其应用等内容。传统的教学方法以教师讲授为主，学生被动的接受知识，缺乏思考、探索和创新，学生在学习这部分内容时，普遍感觉理论知识深，知识点抽象难懂，所学无法联系实际，与课程前面知识点的关联不紧密，没有知识的连续性。此外，大学一年级的学生，由于地域差别，其知识体系和学习能力存在较大差别，如何进行电化学部分的教学，提高学生学习的积极性，调高教学效果是教师值得深思和探讨的重要问题。（）是一种以理论为指导，问题为导向、学生为中心、适应现在教学发展要求并流行于国际的一种教学模式。在这种教学模式中，学生建立在先前知识的基础上，面对开放性的问题，努力找到最佳的解决方案。教学模式不同于传统的教学形式，强调以学生的主动学习为主，以学生为主体、以小组的形式对问题进行讨论学习。在学习过程中，教师只是学习的协调人，对于学生在自主学习过程中出现的问题进行协调。教学模式旨在培养学生的创新思维、创新能力、自主学习能力及批判思维的能力。培养学生解决问题的能力，将日常问题和学科知识结合起来，学生将所学知识融会贯通于实际需要，通过学习了解所学知识在实际体系中的应用。如果提出的问题仅凭学生现有的知识背景难以解决，学生可以通过广泛收集资料使问题得以解决，从而扩展了学生的知识体系，提高了学生的学习兴趣。学生以小组的方式进行问题的引入和讨论，对于不太常见的知识领域，学生需在小组内互相交流，集思广益，通过小组合力共同完成任务，锻炼了学生的合作能力。这些将为学生今后的学习和工作打好良好的基础。本文主要尝试 教学模式在传统无机化学电化学部分的实践与应用。第 卷第 期王锦霞，等：教学法在无机化学电化学教学中的应用实践 教学法实施过程.问题设计 教学过程中，问题的提出至关重要。教师设定的问题最好是开放性的，答案不是唯一的，可以有不同的解决方案，能让每个学生提出自己的解决方案，从而产生学习和探究的驱动力。此外，问题应该结合课程进度，难度不超过学生的现有知识基础，不会让学生感到困难因而望而却步，使学生具有能够解决问题的自信。问题不能太简单，需要具有一定的难度，学生只有查阅大量文献资料，分析总结讨论交流后才能得到问题的答案，使学生在不断挑战中提高自己。通过问题的讨论，学生可以加深对理论知识的理解，还可以发现新的问题，并能解决新问题。无机化学中电化学的知识体系，包括原电池和电解两个方面。电解对于大一的学生来说比较陌生，如果从此方向提出问题，学生的兴趣不大。而电池与我们的生活已经密不可分，日常生活中的许多设备，或大或小都包含着这种称为电池的电化学装置。电池更是目前科学研究的热点之一，于是选用原电池作为问题的出发点。为了调高学生的兴趣，讨论课的题目定为“电池的一生”，包含电池的制备，电池的使用以及电池的回收利用，整个过程从制备、使用和回收三个方面蕴含了电池的一生。如果整个问题从电池的制备开始提出，对于学生来讲具有一定的难度，会让学生对问题的探索失去信心，于是从问题的难易程度进行，先认识电池，接着从钴酸锂电池出发，认识正极材料钴酸锂的制备，最后学习电池的回收再利用。问题具体内容如下。.认识电池从日常生活中见到的电池开始，请学生写出一种用电池做动力的装置，要求学生写出电池的名字，锂电池，铅酸电池还是其他电池等等。了解电池的分类，属于一次电池还是二次电池。正确认识电池各部分的结构（正极、负极、电解质、外壳），每部分结构有何作用等。电池放电时发生的反应，包括正极反应、负极反应和总反应。最后计算一下电池的理论电量和实际电量并讨论电池电动势理论值和实际值之间的差别产生的原因。学生在认识电池的过程中，应用到电化学中原电池组成、电极电势、方程、电极电势的应用等相关知识，提高了自身对这些知识点的理解和应用能力。.电池正极材料制备电池的制备过程包括正极材料、负极材料、电解质和外壳的制备以及组装。而 是目前大规模商品化的锂离子电池的正极材料，以上的商品化锂离子电池采用 作为正极材料。年.等首先由碳酸钴和碳酸锂在高温下合成钴酸锂（），反应方程式如下：因此对于电池正极材料的制备主要是了解钴酸锂的制备，如果空气中含有 的，含有.的，要求学生计算说明钴酸锂合成反应进行的温度以及实际合成反应进行的温度，并分析原因。.钴酸锂电池的回收利用废旧锂电池由正极，负极，电解液，隔膜，金属外壳及电流集等部分组成，由于其巨大的消费量与前所未有的更新速度，废旧锂电池造成的环境污染事故层出不穷。废旧锂离子电池包含有多种金属物质，其中钴含量为，铜占，铝、铁和锂分别占.、和.，被称为“废弃的资源库”。要求学生说明废旧锂电池对环境的污染；在分离溶液中的钴离子的过程中，加入了 的氢氧化钠，如果溶液中 和的浓度均为.，学生试通过计算说明能否分离钴和铜。.交流讨论交流讨论包含小组内部交流讨论和小组间交流讨论。交流讨论之前在雨课堂发布问题，学生先在小组内部进行交流讨论，然后教师组织小组间交流讨论。.小组内交流讨论大一新生之间的联系并不广泛，如果在无机化学课程成员中随机组成小组会增加学生间交流的难度，因此在组建小组的时候以寝室为单位进行，每个小组 人。小组成员日常在一起学习生活，更容易建立联系，更易于自主学习和相互交流。问题提出后，教师主要起引导和支持学生学习的作用，解答学生在准备过程中遇到的问题，引导学生有目的性地进行准备。学生是学习的主体，学生通过书籍、文献、音频和视频，网络等资源进行学习，并自由安排学习时间，小组内讨论时间，并做相应的记录和小结，得出小组结论并提交给教师。.小组间交流讨论在小组内讨论结束得到结论后，教师组织进行小组间的交流讨论，每个小组都在课堂内展示本组的结论，同时组与组之间相互设疑，其他组可以向汇报组提问，如果汇报小组回答不出，其他小组可以进行补充。在讨论的最后，教师需对每个小组的结论进行点评，点评要从学生的表述能力、文献查阅总结能力、问答、观点创新性等多方面进行，在充分肯定学生的表现基础上，对知识点进行全面的总结，查漏补缺，更正学生学习过程中产生的错误，补充学习过程中漏掉的知识点。最后，每个小组要对内容进行总结并按小组提交一份小组报告。教学效果分析目前从 课堂教学中的观察来看，课堂讨论过程中，整个课堂氛围活跃，每个学生均积极参与讨论，并主动发言，能够通过小组汇报和答辩的方式展示小组的成果。教师与学生之间、学生与学生之间的相互交流增多。整个过程中，学生是学习的主体，充分调动了学生学习的积极性和主动性。学生对问题的回答和延伸表明学生具有了发现问题和解决问题的能力。在解决问题的过程中，学生开阔了眼界，看到了更多所学知识在实际中的应用。每个参与的学生受益匪浅，小组内每个人不仅学到了知识，同样在合作、交流、沟通能力上有了长足的进步；与其他组同学的交流也使得学生的思维碰撞出新的火花，对以后的化学学习意义重大。结 语使用 教学法在电化学的学习中虽然覆盖了电化学的重要知识点，但还有很多零散的知识点没有设计进去，还需结合传统的教学方法对知识点进行查缺补漏。教学法在学习过程中，没有教师在课堂上的实时监管和督促，部分学生对其他组员存在依赖思想，分配的任务不能按质按量完成，抱着还有其他组员和组长会把工作完成的想法；还有部分同学只能机械完成发布的任务，没有对问题进行思考并提出自己的观点和看法，因此需要教师加强监管和完善评价机制，调动所有学生的积极性参与到学习中去。课程整体学生人数如果较多，学生将不能完全参与 课程中，需要进行小班教学。综上，对于 教学法还需要不断进行实践探索和完善。（下转第 页）第 卷第 期熊信柏，等：晶面表征中密勒指数的几何含义 面垂直。设 平面是正点阵（其基元矢量为、）中平行晶面中距原点最近的平面，该面上原子所在的位置用坐标（，）表示，其在三个晶轴上的截距分别为 、，如图 所示，那么该平面可表示为：（）即：（）其中 表示离原点最近的平面。对于平面 上的两个任意点（，）和（，），有下列等式存在：（）（）（）（）写成点乘形式：（，）（，）（）由式（）可知，矢量 与晶面 的任意两点组成的线段垂直，所以该向量与晶面垂直。这说明，指数 是可以反映晶面特征之一的。接着，我们需要阐明指数 与晶面 间距的关联性。由晶体点阵的性质可知，点阵中的阵点位于与任一个点阵面平行的所有平面内。所以，从原点到该点阵面的任一阵点的距离必然为整数，设其为。因此，从原点到该点阵的垂直距离一定是晶面间距 的整数。假设平面 的法向量为，那么有：，（）由式（）可知：，（）由式（）可知，三个基元矢量构成的向量与晶面 间距的比值可用一组常数，来表示。在晶面方向已知的条件下，指数 与晶面间距成反比，这说明指数 也可以反映晶面的另一特征，晶面间距。如果让该组常数互为质数，记为，那么 就是教材中所定义的晶面指数，即密勒指数，晶面记为（）。以上分析表明，采用密勒指数法能够反映了晶面的两个特征量：晶面方向和晶面间距，因此它可以用来表征晶面。讨 论通过以上过程的阐述，我们可以知道晶面指数定义背后的几何含义，这为学生理解晶面特征提供理论依据。值得注意的是，在记忆晶面指数的含义时，我们可将晶面指数的构建过程进行简化。晶面指数可以定义为基元矢量除以晶面在基元矢量的截距后值的最小互质数。基于此，或者结合式（），我们可知，晶面间距越大，指数越小，反之，晶面间距越小，晶面指数越大，两种呈互为倒数的比例关系。值得注意的是，我们也可以这样理解晶面指数，（）晶面可将基元矢量的大小分别分成，份。指数 越大，基元矢量被分后的长度越小，晶面间距也越小，反之亦然。基于以上讨论，我们还可进一步引申到衍射指数的概念记忆中去。晶体衍射时，衍射面的间距总小于或等于晶面间距，为对应晶面间距的 倍，所以其衍射指数总是为晶面指数的 倍。我们也可以这样基于，由于衍射面将晶面间距，即将基元矢量分得更细，所以其指数越大。结 语晶面特征由晶面法向量以及晶面间距构成。借助空间解析几何和向量代数工具，结合晶体点阵性质，推导了密勒指数能够反映晶面特征的原因。晶面指数可简化理解为是晶面截取基元矢量的份数，这方便了晶面指数的理解，也方便了衍射指数概念的记忆。参考文献 陶杰.材料科学基础北京：化学工业出版社，：.：，：.潘金生，田民波，仝健民.材料科学基础北京：清华大学出版社，：.胡赓祥，蔡珣.材料科学基础第 版上海：上海交通大学出版社，：.刘智恩.材料科学基础西安：西北工业大学出版社，：.余永宁.材料科学基础第 版北京：高等教育出版社，：.（上接第 页）参考文献 周丹，李海霞，付煜荣.教学法在无机化学元素部分教学中的应用广东化工，（）：.王冬梅，马小艳.基于 模式的无机化学元素知识探究性教学研究广东化工，（）：.钟