探究物理化学里的科学方法在教学中的应用
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PBL教学方法在物理化学课程教学中的应用探索——以热力
学第一定律教学为例
黄斯珉;张志凌;元武智
【期刊名称】《江西化工》
【年(卷),期】2024(40)1
【摘要】随着基础科学的快速发展,传统的以教师讲授为主的授课方式已经不能很好地满足教师和学生的需求。
为了更好地适应新发展趋势,提升教学质量,教师需要在教学过程中引进更为先进的教学方法。
PBL教学方法是以问题为导向的新式教学法,它以学生为中心,可以提高学生在课程中的参与度,使其在课程中思维更加活跃,同时提高学生学习的主动性和目标性,做到有的放矢,激发学生的学习乐趣。
本文以物理化学课程教学中热力学第一定律和热力学第二定律的“克劳修斯表述”教学为例,将教学目标和实际应用结合起来,阐述PBL教学方法的模式及优缺点。
实践表明,PBL教学法降低了热力学第一定律和克劳修斯表述的理解难度,既便于学生理解和接受,也能激发学生的学习乐趣,使枯燥的课堂氛围变得更加生动有趣。
【总页数】3页(P122-124)
【作者】黄斯珉;张志凌;元武智
【作者单位】东莞理工学院化学工程与能源技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】G642;O64
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科学方法在初中物理教学中的应用科学方法(scientific method)是一种通过观察、实验、假设和验证来解决问题的系统性方法。
在初中物理教学中,科学方法的应用具有重要的作用。
本文将从问题的选择、提出假设、设计实验、观察分析和结论总结等方面详细介绍科学方法在初中物理教学中的应用。
首先,在初中物理教学中,科学方法的第一步是选择问题。
教师可以根据学生的学习需求和实际情况,选择一些富有启发性和实际意义的问题。
例如,为什么铁制物体在加热后会膨胀?为什么天空是蓝色的?在选择问题时,需要结合学生的兴趣和专业知识,使问题具有足够的针对性和可操作性。
其次,学生需要学会提出假设。
在初中物理教学中,假设是解决问题的关键。
学生可以通过阅读相关资料、参观实物或进行实验,提出有关问题的假设。
例如,在研究铁制物体膨胀的原因时,学生可以提出“铁制物体膨胀是因为加热时颗粒的运动速度增加,导致间距增大”的假设。
通过提出假设,学生不仅可以培养科学思维,还能够激发学生的学习兴趣。
接下来,学生需要设计实验,验证假设。
在初中物理教学中,实验是探究物理现象和验证假设的重要手段。
学生可以根据提出的假设,设计相应的实验方案,选择适当的实验器材和方法。
例如,在验证铁制物体膨胀实验时,学生可以使用一根铁杆和火柴,通过加热铁杆并测量其长度的变化,验证假设的正确性。
通过设计实验,学生可以锻炼实验技能,培养观察和记录的能力。
然后,学生需要进行观察和分析。
在实验过程中,学生需要仔细观察实验现象,收集实验数据,并进行分析。
例如,在铁制物体膨胀实验中,学生可以记录加热铁杆前后的长度变化,并绘制趋势图。
通过观察和分析,学生可以发现规律,进一步验证假设的正确性,并提出新的问题和假设。
最后,学生需要总结结论。
在初中物理教学中,科学方法的最终目的是形成科学的结论。
学生可以根据实验结果和分析的数据,总结出关于问题的结论,并在小组或班级中进行讨论和分享。
例如,在铁制物体膨胀实验中,学生可以总结出“加热后,铁制物体的长度会膨胀”的结论。
[高中物理教学中科学方法的运用] 实验在高中物理教学中的运用摘要:在物理教学中有意识地加强科学方法教育,是实现学生智能的发展、培养科学的态度的有力途径,不仅可以使学生掌握物理知识本身,而且掌握研究和学习物理的方法,以及探索物理的精神。
在物理教学中,教师在完成传授知识的同时,有意识、有目的的进行科学方法教育和指导,有利于促进学生智能的发展,培养科学的态度,使学生在学习中不仅掌握了物理知识本身,而且掌握了研究和学习物理的方法,以及探索物理的精神。
一、指导阅读课本,培养自学方法在教学中充分利用教科书,指导学生读书的方法,是培养学生自学能力的有效途径。
一方面通过读书掌握物理的科学语言;二是通过反复读书,使掌握的知识更加全面、系统、准确;三是通过读书提高自学能力,在学习上变被动为主动,充分发挥学习的主动性和积极性。
那么,怎样正确指导读书呢?(1)基本概念、基本定律要着重读,对其中的重点字母要深入体会、准确理解。
因为这些字句或揭露了事物的本质;或指出了事物变化的范围和条件;或反映两个事物的区别与联系。
教学时,必须指导学生把这些重点字句“抠”出来搞清楚、弄明白。
(2)指导学生识图、读图、画图。
物理学上的图形很多,如速度图线、振动图线、波动图线、交流电的图线、气体状态变化图线、电力线、磁感线、电路图、受力图等,是用来描述量与量之间关系或变化规律的,是最简单的物理语言。
学会识图、读图、画图是一种基本功,决不能忽视。
通过对图形的理解,可以提高空间想象力,增强物理综合能力。
二、在物理知识的教学中渗透方法教育科学方法教育既需要潜移默化的熏陶,也需要有目的的训练。
脱离物理知识对中学生大讲科学方法,则犹如建设空中楼阁;埋头讲物理知识而不注意方法教育,则犹如给学生一堆砖瓦。
因此,科学方法教育应渗透在物理知识教学之中,只有根植于物理知识沃土之中的科学方法教育,才会结出丰硕的智慧之果。
在物理知识的教学中,处处蕴涵着科学方法。
物理概念、物理规律的建立常常运用观1察和实验、比较和分类、分析和综合、数学和推理、理想化等科学方法。
科学探究方法在初中物理实验中的应用引言在初中物理教学中,实验是一个不可或缺的环节。
通过实验,学生可以通过亲身操作,观察现象,收集数据,实现对物理规律的深入理解。
科学探究方法作为一种系统的科学学习方法,在初中物理实验中的应用显得尤为重要。
本文将探讨科学探究方法在初中物理实验中的应用,旨在帮助教师和学生更好地进行物理实验教学。
1. 科学探究方法的概念科学探究方法是指科学工作者在科学研究过程中遵循的一套有序的研究方法。
主要包括提出问题、制定假设、设计实验、收集数据、分析数据、得出结论等环节。
科学探究方法能够引导科学工作者系统地进行研究,确保研究过程的科学性和严谨性。
2. 科学探究方法在初中物理实验中的应用2.1 提出问题在进行初中物理实验时,首先需要明确实验的目的和要解决的问题。
学生可以通过观察现象和思考,提出相关问题,引导他们展开实验探究的思考。
2.2 制定假设在提出问题的基础上,学生可以制定假设,即对问题的初步解释或猜测。
通过提出假设,学生可以在实验过程中进行验证,培养他们的科学思维和探究精神。
2.3 设计实验设计实验是初中物理实验中的关键环节。
学生需要根据提出的问题和假设,合理设计实验方案,确定实验步骤、所需材料和仪器,以及数据的收集方法。
2.4 收集数据在进行物理实验时,学生需要准确记录实验过程中的数据和观测结果。
通过数据的收集,可以帮助学生分析实验结果,进一步验证假设并得出结论。
2.5 分析数据与得出结论通过对实验数据的分析,学生可以总结实验结果,验证假设的正确性,并得出科学结论。
在这一过程中,学生需要运用物理知识和科学推理能力,培养他们的科学思维和逻辑思维能力。
结语科学探究方法在初中物理实验中的应用,有助于培养学生的思维能力和实践能力,提高他们对物理规律的理解和掌握。
教师应该引导学生按照科学探究方法进行物理实验,激发他们的学习兴趣和探究欲望,实现对物理学知识的有效学习和运用。
希望本文对初中物理教学有所启发,促进学生科学学习方法的培养和实践。
Advances in Education教育进展, 2023, 13(10), 7904-7908Published Online October 2023 in Hans. https:///journal/aehttps:///10.12677/ae.2023.13101227探究科教融合:物理化学教学的精彩之处——培养学生综合素养与创新能力的关键路径李霞,郭志光*湖北大学材料科学与工程学院,湖北武汉收稿日期:2023年9月16日;录用日期:2023年10月17日;发布日期:2023年10月24日摘要科教融合是一种重要的教育理念,强调将科学教育与科学研究融合在一起,为学生提供更全面、实际的学习体验。
物理化学是一门既深刻又具挑战性的学科,通过将科研元素融入到物理化学教育中,可以激发学生的兴趣、深化他们的理解、培养实践能力、促进跨学科思维和科学沟通,以及提高他们的实际问题解决能力。
本文旨在探讨科教融合在大学《物理化学》课程教学中的重要性和精彩之处,以及如何通过融合不同学科、实验与理论、计算和模拟等元素来提高教育质量和学生创新能力的培养。
关键词科教融合,物理化学,创新能力Exploring Science-Education Integration:The Excellence in Teaching PhysicalChemistry—The Key Path to Cultivating Students’ Comprehensive Competence and Innovation AbilitiesXia Li, Zhiguang Guo*School of Materials Science and Engineering, Hubei University, Wuhan HubeiReceived: Sep. 16th, 2023; accepted: Oct. 17th, 2023; published: Oct. 24th, 2023AbstractScience-education integration is an important educational concept that emphasizes the fusion of *通讯作者。
探究物理化学里的科学方法在教学中的应用太原科技大学化学与生物工程学院武银桃摘要:本文结合物理化学教学的实践与研究提出,在基础理论的教学中,教师在传授给学生科学知识的同时,更为重要的是传授给学生科学方法。
应该从对科学方法意识淡漠转变为自觉应用科学方法于科研和教学中,进而启发学生举一反三的意识,提高学生的创新能力。
关键词:物理化学科学方法古人云,授人以鱼,不如授之以渔。
谈到大学教学,尤其是基础理论的教学,教师在传授给学生科学知识的同时,更为重要的是传授给学生科学方法。
当今科学发展非常快,知识的使用周期越来越短,大学生在大学阶段学习的知识,可能若干年后就没用了[1]。
所以,大学阶段教给大学生什么?怎样教?是非常关键的。
任何基础理论课程的教学内容均由普遍性原理和科学方法组成[2]。
教学中,教师往往只重视知识(普遍性原理)的传授,不重视方法的教育,使学生在学习中举一反三的能力不强,工作中的创新能力不足。
本文结合物理化学理论和实验教学的实践与研究,提出了一点想法,供商榷。
在教学过程中,传授(掌握)知识和传授(掌握)方法同样重要,而传授(掌握)正确的科学方法尤为重要。
1.科学方法在物理化学教学中的重要性所谓科学方法是指人们在认识和改造世界中遵循或运用的、符合科学一般原则的各种途径和手法,包括在理论研究、应用研究、开发推广等科学活动过程中采用的思路、程序、规则、技巧和模式。
1.1科学方法的重要性科学方法的价值往往被低估,许多科学家对自己的科研成果的价值津津乐道,甚是清楚,而对自己的科学方法的价值往往搞不清楚。
科学发展史上的实例也屡见不鲜。
以众所周知的元素周期表为例。
由于发现了化学元素周期律的俄国化学家门捷列夫和德国化学家迈尔于1882年同时获得了英国皇家学会颁发的戴维勋章。
但为什么叫做门捷列夫元素周期表呢?1868年迈尔根据原子体积的变化是各元素原子量的函数的原理,绘制了一张曲线图,直观地表示出个元素原子体积的变化的周期性,1869年又制作了一个化学元素周期表,明确指出元素的性质是它的原子量的函数,迈尔的化学元素周期表偏重于原子量和物理性质之间的关系。
物理化学中的科学思维方法及其在教学中的应用物理化学的科学思维方法主要体现在对实验数据的分析、理论模型的建立和问题解决的过程中。
在物理化学教学中,通过培养学生的科学思维方法,可以帮助他们更好地理解物理化学的概念和原理,并能够独立进行科学研究和问题解决。
首先,物理化学的科学思维方法之一是实验数据的分析。
学生应该学习如何准确、客观地收集实验数据,并运用统计学知识进行分析。
他们需要学习如何识别和排除实验中的误差,以获得可靠的结果。
在教学中,可以通过实验课程和实验报告的撰写,培养学生收集、整理和分析实验数据的能力。
此外,教师还可以设计一些实验活动,让学生参与实验设计和数据分析,以提高他们对实验数据的理解和应用能力。
其次,物理化学的科学思维方法还体现在理论模型的建立。
物理化学研究依赖于理论模型的建立和验证。
在教学中,可以引导学生从实验数据出发,运用科学原理和数学方法建立适当的理论模型,以解释实验现象并预测新的现象。
学生需要学习如何从实验中提取有用的信息,并运用科学原理进行合理的假设和模型的建立。
通过课堂讲解和练习,学生可以更好地理解如何建立科学模型,并培养他们的逻辑推理和抽象思维能力。
最后,物理化学的科学思维方法还包括问题解决过程。
在物理化学研究中,学生需要解决各种问题,如计算物质的性质、解释实验现象等。
在教学中,应鼓励学生主动思考问题和解决问题的方法,并给予他们足够的自主权。
教师可以提供一系列的问题,让学生自主分析和解决。
可以通过小组合作、辩论和写作等方式,帮助学生培养问题解决的能力,并提高他们的科学思维水平。
总之,物理化学的科学思维方法在教学中起着重要的作用。
通过培养学生对实验数据的分析、理论模型的建立和问题解决的能力,可以帮助学生更好地理解和应用物理化学的知识。
在教学实践中,需要教师提供合适的教学环境和指导,激发学生的兴趣和积极性,并注重培养学生的科学思维和创新能力。
大学物理化学课程中计算化学在教学中的应用随着科技的不断发展,计算化学作为一门新兴的学科,逐渐在大学物理化学课程中得到了广泛的应用。
计算化学通过运用计算机和数学方法,模拟和计算分子的结构、性质和反应机理,为物理化学的研究提供了新的思路和工具。
在大学物理化学课程中引入计算化学,不仅能够帮助学生更好地理解物理化学的基础知识,还能够培养学生的计算思维和科学研究能力。
首先,计算化学在大学物理化学课程中的应用可以帮助学生更深入地理解分子结构和化学键的概念。
在传统的物理化学课程中,学生通过学习分子的几何构型和化学键的形成来理解分子的稳定性和反应性。
然而,这些概念往往只停留在理论层面,学生很难直观地感受到分子结构和化学键的实际存在。
而计算化学通过模拟和计算分子的几何构型和能量变化,可以将抽象的概念具象化,让学生通过计算机屏幕上的分子模型,直观地观察和理解分子的结构和化学键的形成过程。
这种直观的感受能够增强学生对分子结构和化学键的理解,提高他们的学习兴趣和学习效果。
其次,计算化学在大学物理化学课程中的应用还可以帮助学生理解分子的性质和反应机理。
在传统的物理化学课程中,学生通过学习分子的能量、热力学和动力学等概念来理解分子的性质和反应机理。
然而,这些概念往往抽象而难以理解。
而计算化学通过模拟和计算分子的能量、热力学和动力学等参数,可以直观地展示分子的性质和反应机理。
例如,通过计算分子的电子结构和能级分布,可以预测分子的光谱性质和化学反应的速率常数;通过计算分子的振动频率和转动惯量,可以预测分子的热力学性质和动力学行为。
这些计算结果可以与实验数据进行对比,帮助学生更好地理解分子的性质和反应机理,激发他们对科学研究的兴趣和热情。
此外,计算化学在大学物理化学课程中的应用还可以培养学生的计算思维和科学研究能力。
计算化学需要运用数学和计算机方法来解决物理化学问题,要求学生具备一定的计算思维和编程能力。
通过学习计算化学,学生不仅可以掌握计算化学的基本原理和方法,还可以培养自己的计算思维和科学研究能力。
科学方法在物理教育中的应用一个科学理论的形成离不开科学思想的指导和科学方法的应用。
科学思维和科学方法是使人的认识实现从现象到本质,从偶然到必然,从未知到已知的桥梁。
科学思维和科学方法具有相对稳定性,不仅是学生在学习过程中打开科学大门的钥匙,也是未来从事各项工作的锐利武器。
物理学方法论是对物理学知识体系的某种规范,以特定的方式影响研究过程,使之朝着明确的目标发展,从而对创造过程起着调节和启示的作用。
教师在向学生传授物理知识的同时,要启迪引导学生掌握相关的方法论,这是培养具有创造性人才所必须的。
一、物理思维方式的培养,分析与综合方法的培养。
事物发展的无限性与复杂性,决定着每一个物理现象或过程都是具有多样属性的矛盾统一体,因而每一个具体物理事件的发展,不但是一个分解的过程,而且也是一个综合的过程,由此在物理学研究中要不断地运用分析与综合方法。
在物理教学中培养学生的分析与综合方法,并使他们能够逐渐理解、掌握和运用这种方法于物理学习的探究过程中,将会使他们的思维水平得到进一步发展。
二、在教育物理知识的同时,培养学生独立思考、分析问题解决问题的能力物理教育就是要让学生从实际的事物出发,然后认识清事物的本质,总结出规律,最后再通过规律了解事物,这就形成了一个循环,通过这个循环,让学生锻炼分析问题解决问题的能力,形成一种思维,这才是教育的目的,只是用科学的方法将培养能力的形式赋予物理的教育过程中,这样不仅仅是传输了知识,更是达到“育人”的目的。
埃德加·富尔在《学会生存》一书中深刻地指出:“未来的学习必须把教育的对象变成自己教育自己的主题,手脚眼的人必须成为教育他自己的人,别人的教育必须成为这个人自己的教育,这种个人同他自己的关系的根本转变是今后几十年内科学与技术革命中教育所面临的最困难的一个问题。
”在物理可课堂教学中应注重师生的生命性,同时最重要的是:“别人的教育必须成为这个人自己的教育。
”那么在具体的教学过程中要怎么实施呢?让学生脑海中形成结构群和结构思维的方法。
探究物理化学里的科学方法在教学中的应用物理化学是研究物质的结构、性质以及物质之间的相互作用的学科,它涉及到实验观测、数据分析和理论推导等多个方面。
在物理化学教学中,科学方法的应用具有重要意义,可以培养学生的科学思维和实验能力。
以下是科学方法在物理化学教学中的几个应用方面:首先,科学方法的观察和实验技巧应用。
物理化学实验是理论学习的重要补充,通过进行实验,学生可以观察和实验,了解物质的性质和变化。
在教学中,应教给学生观察事物的精确和系统性,引导学生进行实验设计、数据记录以及实验结果的分析与解释。
通过实验,学生可以理解物理化学现象的本质,并培养他们的实验技能。
其次,科学方法的数据分析和运算应用。
物理化学强调观察和实验的结果要与理论分析相结合,通过对实验数据的分析和运算,为学生提供实验结果的定量描述以及结果的合理解释。
在教学中,可以教授学生科学的数据处理方法,包括误差的计算和处理、数据拟合及统计方法等,让学生了解如何利用数据来验证理论,提高他们的逻辑思维和分析问题的能力。
再次,科学方法的模型构建和理论推导应用。
物理化学中有很多复杂的现象需要通过建立模型和理论来解释,通过实验观测和理论推导相结合,可以推导出相应的物理化学规律和公式。
在教学中,可以引导学生通过实验观测和理论思考,构建物理化学模型,进行理论推导,解释实验现象,并提高学生的理论推导能力。
最后,科学方法的问题解决和创新应用。
在物理化学教学中,可以设立一些问题,并引导学生通过科学方法进行解决。
通过引导学生提出问题、寻找答案、提出解决方案以及验证方案的过程,培养学生的解决问题的能力和创新思维。
同时,还可以通过课外拓展活动,让学生参与一些科学竞赛或科普实践,进一步培养他们的兴趣和创新能力。
总之,科学方法在物理化学教学中具有重要的应用价值。
通过科学方法的应用,可以培养学生的科学思维,提高他们的实验能力和数据处理能力,培养他们的理论推导能力,并激发他们的问题解决能力和创新思维。
第1篇一、活动时间:2022年10月25日二、活动地点:学校物理化学实验室三、活动主题:探究物理化学在生活中的应用四、参与人员:物理化学教研组全体教师五、活动内容:一、活动背景随着科技的不断发展,物理化学在各个领域中的应用越来越广泛。
为了提高物理化学教师的教学水平,增强学生对物理化学的兴趣,我校物理化学教研组于2022年10月25日开展了以“探究物理化学在生活中的应用”为主题的教研活动。
二、活动过程1. 主题讲座活动开始,教研组长张老师以“物理化学在生活中的应用”为主题,进行了一场精彩的讲座。
张老师从以下几个方面进行了阐述:(1)物理化学的基本概念及其在生活中的应用;(2)物理化学在能源、环保、材料、医药等领域的应用;(3)物理化学在生活中的具体案例。
讲座过程中,张老师结合实际案例,深入浅出地讲解了物理化学在生活中的应用,使教师们对物理化学有了更深刻的认识。
2. 小组讨论讲座结束后,教师们分成四个小组,围绕“物理化学在生活中的应用”这一主题展开讨论。
各小组结合自身教学实际,探讨了以下问题:(1)如何在教学中引入物理化学在生活中的应用案例;(2)如何激发学生对物理化学的兴趣;(3)如何将物理化学知识应用于实际生活。
在讨论过程中,教师们积极发言,各抒己见,分享了自己的教学经验和心得。
3. 互动交流各小组讨论结束后,各小组代表分别进行了发言,分享了本小组的讨论成果。
其他教师针对发言内容进行了点评和补充,形成了良好的互动交流氛围。
4. 总结与反思最后,教研组长张老师对本次活动进行了总结。
张老师指出,本次教研活动取得了圆满成功,教师们在活动中收获颇丰。
她强调,物理化学教师在今后的教学中,要注重将物理化学知识应用于实际生活,提高学生的实践能力。
三、活动成果1. 教师们对物理化学在生活中的应用有了更深入的认识;2. 教师们探讨了如何在教学中引入物理化学在生活中的应用案例;3. 教师们分享了各自的教学经验和心得,提高了教学水平;4. 活动促进了教师之间的交流与合作,为今后的教学提供了有力支持。
《物理化学教案》word版第一章:引言1.1 教案目标让学生了解物理化学的定义和研究范围。
使学生了解物理化学在实际生活和科学研究中的应用。
1.2 教学内容物理化学的定义和研究范围。
物理化学的实际应用举例。
1.3 教学方法采用讲授法,讲解物理化学的定义和研究范围。
采用案例分析法,分析物理化学在实际生活中的应用。
1.4 教学步骤引入新课,讲解物理化学的定义和研究范围。
分析物理化学在实际生活中的应用,如气象、材料、能源等领域的应用。
1.5 作业与评估让学生写一篇关于物理化学在实际生活中的应用的小论文。
对学生的论文进行评估,了解学生对物理化学应用的理解程度。
第二章:热力学第一定律2.1 教案目标让学生理解热力学第一定律的定义和表达式。
使学生能够运用热力学第一定律解决实际问题。
2.2 教学内容热力学第一定律的定义和表达式。
热力学第一定律的实际应用。
2.3 教学方法采用讲授法,讲解热力学第一定律的定义和表达式。
采用例题解析法,分析热力学第一定律的实际应用。
2.4 教学步骤引入新课,讲解热力学第一定律的定义和表达式。
通过例题解析,让学生掌握热力学第一定律的应用方法。
2.5 作业与评估让学生解决一些实际问题,运用热力学第一定律进行计算。
对学生的作业进行评估,了解学生对热力学第一定律的理解程度。
第三章:理想气体状态方程3.1 教案目标让学生理解理想气体状态方程的定义和表达式。
使学生能够运用理想气体状态方程解决实际问题。
3.2 教学内容理想气体状态方程的定义和表达式。
理想气体状态方程的实际应用。
3.3 教学方法采用讲授法,讲解理想气体状态方程的定义和表达式。
采用例题解析法,分析理想气体状态方程的实际应用。
3.4 教学步骤引入新课,讲解理想气体状态方程的定义和表达式。
通过例题解析,让学生掌握理想气体状态方程的应用方法。
3.5 作业与评估让学生解决一些实际问题,运用理想气体状态方程进行计算。
对学生的作业进行评估,了解学生对理想气体状态方程的理解程度。
物理化学的研究与应用物理化学是化学中的重要分支之一。
它研究物质的物理性质与化学变化之间的关系,同时也关注能量转移、热力学等方面的问题。
在科学与工业上,物理化学的研究与应用有着广泛的应用。
下面就来具体探讨。
物理化学的基本原理物理化学研究的是物质的性质与变化。
其中研究的重点主要是物质内部结构、分子间力学运作以及物质在不同条件下的反应。
这些研究能够为新材料的发现与研究,以及于科学探索,应用于发展新技术等领域提供重要的基础。
例如,物理化学通过分析溶液之间的交互作用,可以更好地理解溶液中各种物质的性质,同时也可以为溶液中各种化学反应的预测及其机理的解析提供支持。
通过热力学理论的研究,可以了解物质的热力学性质,例如热容、剩余物质的性质等。
同时,热力学还同样适用于化学工程、材料科学等领域,非常重要。
光谱分析是一种常见的物理化学方法。
依靠光谱分析我们可以从吸收或发射的光线色彩转化来识别物质。
例如,我们可以依靠UV-Vis吸收光谱来测量一个化合物的电子构型。
同时,利用核磁共振谱操作可以分析分子之间的结合。
而大分子的热力学性质则需要复杂的统计和计算手段来分析、预测与设计。
因此,物理化学在这方面的探究也是相当重要的。
物理化学在化学反应工程化研究中的应用通过了解化学反应的机制,物理化学可以帮助解决复杂的化学工程问题。
例如,当发生化学反应时,往往会产生能量的迁移,或是温度的变化,需要通过物理化学方法来解析反应的热力学性质以实现优化设计。
化学工程基本上是将化学反应过程工业化的学科领域。
可通过计算机模拟预测反应方法。
这可以更好地理解化学反应的机理、行为与特性,并制定合适的操作参数。
同时,模拟还允许研究人员在实验之前进行系统化评估,并模拟在实际情况下所需的各种特点数据。
物理化学在农业和环保领域中的应用物理化学应用于农业和环保领域同样迅速发展。
通过研究和分析大量数据,人们可以找到最合适的方法来处理污染物、废弃物以及其他环境问题。
浅谈物理实验教学中科学方法的运用摘要:在物理实验教学中应把科学方法的教育作为课堂教学的重要目标,重视对学生科学方法的培养,让学生掌握科学的方法比单纯地传授知识更为重要。
在实验教学中渗透科学研究方法是科学方法教育的一个重要途径,很多的科学研究方法在实验教学中都有所体现。
关键词:物理实验教学科学方法一、物理实验教学中常见的科学方法物理教学中,不仅要教给学生物理知识,更重要的是要引导学生经历一次物理学知识的“再发现”的过程,从而培养学生获取新知识的能力,收集和处理信息的能力,分析和解决问题的能力,体验科学探究的乐趣,学习科学家的科学探究方法,领悟科学的思想和精神。
控制变量法是初中物理实验中常用的探索问题和分析解决问题的科学方法之一。
等效替代法是指在研究某一个物理现象和规律中,因实验本身的特殊限制或因实验器材等限制,不可以或很难直接揭示物理本质,而采取与之相似或有共同特征的等效现象来替代的方法。
这种方法若运用恰当,不仅能顺利得出结论,而且容易被学生接受和理解。
观察和实验方法侧重观察实验法和实验数据处理等;分析和综合方法侧重定性分析、定量分析和因果分析;比较和分类方法侧重异中求同、同中求异的研究;归纳和演绎方法侧重简单枚举归纳和演绎;方法主要用比值定义物理量和物理规律,也经常运用图像描述物理现象和规律;理想化方法主要包括理想实验和理想模型等。
另外,还有类比方法和非思维方法等。
这些方法在科学认识过程中起着不同的作用,他们相得益彰,共同构成了物科科学方法教育的内容体系。
二、物理实验教学渗透科学方法的途径1.在实验教学中培养理论联系实践的科学研究方法。
物理学常遵循着实践、理论、再实践的途径来研究和解决问题:观察实验——猜想假设——实验验证——实践验证理论,不断循环上升。
2.在实验教学中培养科学的观察方法。
观察在物理学的发展中起到了很重要的作用,如牛顿定律是从天体运动的观察开始的,观察宇宙射线是研究高能粒子的重要方法。
物理化学的研究方法及应用物理化学是研究物质的物理性质和化学性质之间关系的学科。
它是化学与物理学两个学科的交叉领域,主要研究物质的结构、能量、反应等方面的问题。
物理化学方法丰富多样,应用广泛。
下面将详细介绍物理化学的研究方法及应用。
一、分子动力学模拟分子动力学模拟是指通过计算机模拟方法来研究分子的运动和相互作用。
它是理解分子结构和属性的重要手段。
这种方法可以为材料科学、化学、物理学等领域提供定量的理论支持。
这种方法广泛应用于设计分子的新药、晶体生长、材料强度和有机化学反应机理等领域。
二、表面分析技术表面分析技术是研究物质表面结构、形貌和反应机理的方法。
主要包括扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)、拉曼光谱分析、表面等离子共振光谱分析(SPR)等。
这些技术可以用于表面物理化学问题的研究,如表面化学反应、薄膜涂覆、催化物的表面修饰等方面。
三、核磁共振技术核磁共振技术是物理化学领域中重要的研究方法,它利用分子中原子核的自旋特异性来研究分子结构和性质。
常见的核磁共振技术包括高分辨核磁共振(NMR)、电子顺磁共振(EPR)、磁异方性核磁共振(MAN)等。
这些技术广泛应用于化学物质的结构分析、生物分子结构的研究等方面。
四、物理化学动力学技术物理化学动力学技术是在物理化学过程中研究反应动力学的一种方法。
主要有热重分析(TGA)、差示扫描量热分析(DSC)、微量热技术等。
这些技术可以研究物质的热学性质、相变行为和化学反应速度等方面。
五、电化学技术电化学技术是指通过测量电极电势、电流等参数来研究物质的化学性质和物理性质的方法。
常见的电化学技术包括电化学计量、电位滴定分析等。
利用电化学技术可以研究氧化还原反应、电解反应等化学反应机理,还可以用于电池、电极等电化学器件的设计和优化。
总之,物理化学的研究方法丰富多样,应用广泛。
这些方法可以为材料科学、化学、物理学等多个领域提供理论支持和实验帮助。
物理化学正在逐步深入到各种领域,我们相信,在未来,它的应用与发展将会更加广泛与深入。
探究物理化学里的科学方法在教学中的应用太原科技大学化学与生物工程学院武银桃摘要:本文结合物理化学教学的实践与研究提出,在基础理论的教学中,教师在传授给学生科学知识的同时,更为重要的是传授给学生科学方法。
应该从对科学方法意识淡漠转变为自觉应用科学方法于科研和教学中,进而启发学生举一反三的意识,提高学生的创新能力。
关键词:物理化学科学方法古人云,授人以鱼,不如授之以渔。
谈到大学教学,尤其是基础理论的教学,教师在传授给学生科学知识的同时,更为重要的是传授给学生科学方法。
当今科学发展非常快,知识的使用周期越来越短,大学生在大学阶段学习的知识,可能若干年后就没用了[1]。
所以,大学阶段教给大学生什么?怎样教?是非常关键的。
任何基础理论课程的教学内容均由普遍性原理和科学方法组成[2]。
教学中,教师往往只重视知识(普遍性原理)的传授,不重视方法的教育,使学生在学习中举一反三的能力不强,工作中的创新能力不足。
本文结合物理化学理论和实验教学的实践与研究,提出了一点想法,供商榷。
在教学过程中,传授(掌握)知识和传授(掌握)方法同样重要,而传授(掌握)正确的科学方法尤为重要。
1.科学方法在物理化学教学中的重要性所谓科学方法是指人们在认识和改造世界中遵循或运用的、符合科学一般原则的各种途径和手法,包括在理论研究、应用研究、开发推广等科学活动过程中采用的思路、程序、规则、技巧和模式。
1.1科学方法的重要性科学方法的价值往往被低估,许多科学家对自己的科研成果的价值津津乐道,甚是清楚,而对自己的科学方法的价值往往搞不清楚。
科学发展史上的实例也屡见不鲜。
以众所周知的元素周期表为例。
由于发现了化学元素周期律的俄国化学家门捷列夫和德国化学家迈尔于1882年同时获得了英国皇家学会颁发的戴维勋章。
但为什么叫做门捷列夫元素周期表呢?1868年迈尔根据原子体积的变化是各元素原子量的函数的原理,绘制了一张曲线图,直观地表示出个元素原子体积的变化的周期性,1869年又制作了一个化学元素周期表,明确指出元素的性质是它的原子量的函数,迈尔的化学元素周期表偏重于原子量和物理性质之间的关系。
1869年年仅35岁的俄国彼得堡大学化学教授门捷列夫明确提出,元素的性质随着元素的原子量的增加呈周期性的变化,并把这个规律称为“元素周期律”。
接着他又把当时已知的63种元素按原子量从小到大分成几个周期,同一周期的排在同一行上,并把原子量大的那一周期重叠在原子量小的周期下面。
这样性质相似的元素落在同一列里(同一族),制成了一张化学“元素周期表”。
门捷列夫在排周期表的同时,运用周期律,大胆地在周期表里留下许多空格,每个空格代表了一种未发现的元素,并预言了这种元素的性质。
他的预言和之后实践的结果取得了惊人的一致。
元素周期律作为描述元素的性质的基本理论有力的促进了现代化学和物理学的发展。
门捷列夫和迈尔同时发现了“元素周期律”,但由于在科学方法上存在差异,对元素周期律的理解和应用就不同。
迈尔在科学方法上比较片面,只注重元素的物理性质(原子体积),比较狭隘和保守,没能多做推测。
而门捷列夫在科学方法上,非常注意化学元素的化学性质的周期性,在实验和观察的基础上,善于应用归纳和推理找到化学元素周期性的规律,通过分析和综合做出科学推测和预言,因此,现代化学认为,化学元素周期表是俄国化学家门捷列夫首创的。
以上事例说明,拥有正确的科学方法能对科学事业做出有价值的更大的贡献,所以我们在基础理论的教学中不可忽视科学方法的教育,应该引起足够的重视。
1.2.科学方法在物化教学中的重要性物理化学是现代化学的核心内容和理论基础。
它在数学、物理学和化学的基础上,进一步阐述了化学最基本规律的理论,为后续的专业课程学习、知识应用和科学研究提供了更全面、更直接的基础,起着连接基础学科、应用学科和科学研究的枢纽作用[3]。
由70多位专家参与撰写的《自然科学学科发展战略调研报告》中指出,凡具有较好物理化学素养的大学毕业生,适应能力强,后劲足,容易触类旁通,开辟新的研究阵地,从而有可能站在国防科技发展的前沿。
如俄国化学家门捷列夫1859年在德国海德堡本生实验室进行深造,两年中他集中精力研究了物理化学。
他运用物理学的方法观察化学过程,又根据物质某些物理性质来研究它的化学结构,这就使他在探索化学元素间的内在联系时打下了更为宽阔和坚实的基础,于1869年制成了化学元素周期表。
物理化学中蕴含着十分丰富的科学方法,包括理论方法和实验方法。
它源于基本原理又有别于基本原理,它既具有自然科学方法的一般特征,又反映了化学学科研究方法的特殊规律。
除归纳法、类比法、演绎法、数学法外,还有理想化法、外推法、试验现象的辩证思考,相对零点数据法等等。
在物理化学教学过程中,我们把所学课程作为载体,通过这个载体,训练学生掌握科学方法。
既要传授学生物理化学的基本知识、基本理论,还要有意识地传授科学思维、科学方法。
使学生能灵活地应用物理化学的基本概念、知识点,借助科学方法,进行深度质疑,创造性释疑,提高师生发现问题、分析问题、解决问题的能力。
2.科学方法在物理化学教学中的应用据统计,自1901年至1997年获诺贝尔化学奖的129位科学家中,就有84位是物理化学家或从事的是物理化学领域的研究工作,约占64%,统计数据说明,物理化学在现代科学中已越来越起着先锋和桥梁作用,在具体的教学实践中要达到较好的教学效果,必须重视科学方法的教学。
授课教师应当注意把握,对学生加以循循引导,以丰富课程教学内涵。
下面举例谈谈个人体会。
2.1摩尔气体常数(R)的教学启发 在学习物理化学之前,我们已经介绍过摩尔气体常数(R ),1314.8-⋅⋅=Kmol J R 。
在物理化学课程中,为什么还要介绍摩尔气体常数呢?摩尔气体常数的准确数值是如何测出来的呢?所有这些正是物理化学课程要解决的问题。
在波义尔定律、盖-吕萨克定律、阿伏伽德罗定律这三大定律的基础上,人们归纳出了一个对各种纯低压气体都适用的方程。
()RT pV nRT pV m ==,称其为理想气体状态方程。
2.1.1摩尔气体常数(R)的测定: 首先测定某些真实气体在一定温度(T )不同压力(p )时的摩尔体积(V m )值,然后将pV m 对p 作图,外推至p →0处,求出所对应的pV m 值,进而计算出R 值。
图1给出了一些气体在300K 下的pV m -p 曲线,图中所示,真实气体在不同的压力(p )下有着不同的pV m 值。
在p →0时,12.2494-⋅mol J 。
由此可pV m 却趋于一共同的极限值计算的R 值。
()11103145.82.2494lim lim ---→→⋅⋅=⋅==K m ol J K m ol J pV R p T m p在其它温度下进行类似的测定,所得R 值完全相同。
[4]2.1.2结果分析⑴得出一个定量关系,下了一个定义,提出一个概念在压力趋于零的极限情况下,各种气体的p V T 行为均服从RT pV m =的定量关系。
因此,人们把在任何温度和压力下均服从RT pV m =的气体叫做理想气体。
R 是一个各种气体都适用的常数,把它称之为摩尔气体常数。
⑵极限外推法作pV m -p 图,外推至p →0处,求出所对应的pV m 值,进而计算出R 值的实验测定方法,称之为极限外推法。
它是物理化学中常用的科学方法之一。
用外推法处理问题, 探索规律, 寻求实验条件之外的有关数据和结论, 是一种重要的设计性实验方法,外推法并不是新的课题, 是由被誉为近代实验科学创始人的伽利略的外推思想逐步发展形成的外推法, 在科学实验研究领域中有十分重要的地位。
所谓外推, 就是从连续原理出发, 根据已有的实验结果去获得超越实验范围的一些无法直接或间接测量的结果。
在通常情况下, 如果在有限的实验条件下, 只能在一定的范围内取得一系列实验数据, 而有时需要研究的实验内容在该范围之外, 而要获得该范围之外的有关结论, 可用外推法来探索规律或处理问题,将逻辑推理、理论分析和实验验证紧密地结合在一起, 这也充分体现了物理化学理论和实验密不可分的特点。
表1列举了极限外推法在物理化学中的应用的几个实例。
在物理化学实验中,也直接或间接地使用了这种科学方法。
因此, 设计、研究外推法在探索性实验中的应用, 在今天强调素质教育的新形势下, 就显得更有必要了。
因为这些实验不仅能激发学生的学习兴趣, 有助于培养学生理论联系实际的综合能力, 而且能开拓学生的视野, 激发他们的创新意识和创造能力。
⑶理想化模型法0 p 的气体,从微观上讲,分子间距离非常大,说明分子间相互作用非常小,分子本身的线度与分子间的距离相比可忽略不计,可将分子本身看成是没有体积的质点。
由此抽象出了气体理想化模型,我把它叫做理想气体的微观模型。
理想气体微观模型具有两个特征: ① 分子间无相互作用力 ② 分子本身不要占有体积理想化模型法在物理化学中的应用也很广,许多重要的定理、公式都是通过理想化模型法得出来的。
表2列举了理想化法在物理化学中的应用的几个例子。
表2 理想化模型法应用举例理想化模型法主要特点是把研究对象所具有的特点理想化,也就是突出强调了研究对象某方面的特征或主要特征,而有意识的忽略研究对象其他方面的特征或次要特征,集中全力掌握研究对象在某些方面表现出的本质特征或运动规律。
这种方法的也是一种常用的科学方法之一。
2.2焦耳实验的辩证思考法国化学家盖-吕萨克于1807年,焦耳于1843年做了这样一个实验。
在一水槽中放有两个容量相等的金属大容器,其左侧充以低压气体,右侧抽成真空,中间用旋塞连通。
让各部分彼此达到热平衡后,打开旋塞,气体就由左膨胀到右,最终系统达到热平衡。
实验观测整个过程温度计读数没有变化。
这一实验现象,对于一般人来说,记录的结果可能是,没现象,温度没变化或实验失败等。
而焦耳抓住温度不变,气体向真空膨胀这两个细节,根据热力学第一定律得出了如下结论,即气 体在自由膨胀中内能不变。
进一步推出了理想气体的内能和焓都仅为温度的函数,与压力、体积无关。
这个结论有时也称为焦耳定律。
这一事例告诉我们,在进行科学实验时,必须认真操作、真实记录,应注意没有变化也是实验结果之一。
其中蕴含着事物内在的本质规律,同样也应加以分析绝不可随意忽略。
这种从不同角度辩证地分析问题的做法也是需要我们借鉴的科学方法之一。
3. 结语在教学中要讲科学方法,授人以渔不仅是授人以鱼。
物理化学中的这些科学方法在教材中不会明显体现,学生如果不仔细研读,认真思考,往往不能很好掌握。
授课教师在讲解基本原理的同时,应提炼出主要的科学方法加以讲解,启发学生举一反三的能力,培养学生的创新能力,从对科学方法意识淡漠转变为自觉应用科学方法于科研和教学中。