物化课程建设需紧跟时代发展

物理化学课程建设需紧跟时代发展南京大学化学化工学院沈文霞第一页，共77页。物化课程建设教材建设试题库建设数字化建设应用性建设教学团队建设第二页，共77页。目前大学教学的现状1。课时越来越少，课程的门类和内容越来越多，教学必须“少而精”；2。经济模式转变，知识(信息)爆炸，社会急需创新型、交叉型的拔尖人才；4。学生的学习热情下降，学非所爱；要拓宽学生的就业路子，提高应用能力。3。信息技术发展，传统教育理念受到冲击，教学模式从被动接受式向主动探究式过渡；第三页，共77页。韩愈说:授业解惑现在：教书、育人传道老师是用简单的方法教会学生复杂的东西，并让学生爱上它。老师是课堂教学的组织者；学生学习的指导者；教育、教学的研究者；课程资源的开发和建设者。老师是学生的榜样、朋友，自己要不断更新知识教师的责任教学相长，不耻下问，鼓励学生超越自己。让学生快乐地学习。第四页，共77页。科学性概念正确：有一套高水平的中、外文教材和参考书先进性应用性多样性不断更新:除基础理论外,内容要不断更新,跟上学科发展关注应用:将基础理论与应用挂钩,引导学生学以致用.百家争鸣:要有特色,满足不同层次,发展电子教材一。教材建设第五页，共77页。1.概念正确：立意科学，表述清楚，符号和单位符合国家标准2.题量大,使用方便:让使用者在组卷时有较大的选择余地，组卷和换题方便3.不断充实更新:将过时的或有歧意的题目换掉，不断补充新颖的试题,增加不用计算器的计算题4.增加题库功能:分章测验，期末考试，综合选拔，抢答竞赛，不同类型的考研试题等二。试题库建设第六页，共77页。数字化照相技术电视、电影通讯技术办公无纸化部队信息化教学数字化三.数字化建设城市网络化住宅智能化信息化第七页，共77页。1。数字化教材课程数字化建设的内容2。数字化电子教案4。数字化辅导答疑5。数字化智力竞赛6。数字化试题库、资源库7。数字化模拟课堂教学3。数字化网络课程8。信息技术的应用——教育云第八页，共77页。第九页，共77页。电子书ipad电纸书第十页，共77页。数字化建设中需注意的问题（1）做好、用好讲课的PPt继承传统的教学方法，与多媒体技术有机融合，PPt不是教材搬家，不能用读PPt来代替讲课。不能将未经加工的教材内容直接搬上屏幕（2）充分利用网络资源，作为课堂内容的延伸可以利用网络答疑，引导学生看网上的精品课程和学科最新成果，博采众长，扩展课堂的教学内容第十一页，共77页。热和功（heatandwork）人们对于热的本质的认识是经过较长期的探索过程。在历史上，一段时间内错误的“热质说”甚至占据了统治地位。现在我们知道热是物质运动的一种表现形式，它总是与大量分子的无规则运动相联系着。分子无规则运动的强度越大（即分子的平均平动能越大），则表征强度大小的物理量——温度就越高。当两个温度不同的物体相接触时，由于无规则运动的混乱程度不同，它们就可能通过分子的碰撞而交换能量。经由这种方式传递的能量就是热。热力学的研究方法是宏观的，它不考虑热的本质，给“热”下了如下的定义：由于温度不同，而在系统与环境间交换或传递的能量就是热，用符号Q表示。并规定当系统吸热时，Q取正值，即Q>0，系统放热时，Q取负值，即Q<0。在热力学中，把除热以外其他各种形式被传递的能量都叫做功，用符号W表示。在物理化学中常遇到的有膨胀功、电功和表面功等。第十二页，共77页。功与过程热力学能只由状态决定，而功却与变化的具体途径有关。功的概念最初来源于机械功，它等于力F乘以在力方向上所发生位移dl的乘积，即：1．自由膨胀（freeexpansion）若外压为零，这种膨胀过程称为自由膨胀。由于外压为零，所以系统对外不作功2．外压始终维持恒定若外压保持恒定不变，从状态1膨胀到状态2所作的功为：3．多次等外压膨胀4.可逆膨胀第十三页，共77页。功与过程1．自由膨胀（freeexpansion）

功与变化的途径有关。功的概念最初来源于机械功，它等于力

乘以在力方向上所发生位移的乘积2．等外压膨胀

3．多次等外压膨胀4.可逆膨胀第十四页，共77页。数字化建设中需注意的问题要注意讲课的速度，使学生有思考和记录的时间利用全微分的性质第十五页，共77页。1。介绍著名的科学家和事迹2。表达用讲述和粉笔不易表达的内容多媒体课件发挥作用的地方3。介绍学科前沿和新的科研成果第十六页，共77页。МВЛомоносовW.Ostwald(1853～1932)

J.H.van’tHoff(1852～1911)1。介绍著名的科学家和事迹第十七页，共77页。Joule(1818～1889)

是热力学第一定律的奠基人Mayer(1814～1878)

Helmholtz(1821～1894)

物理化学家介绍第十八页，共77页。Thomson即Kelvin(1824～1907)

是热力学第二定律的创始人Clausius(1822～1888)

物理化学家介绍第十九页，共77页。Carnot法国工程师Gibbs美国物理化学家（1796-1832）(1839-1903）物理化学家介绍第二十页，共77页。

Faraday英国化学家（1791-1867）物理化学家介绍第二十一页，共77页。

Nernst德国物理化学家（1864-1941）1920年荣获诺贝尔化学奖物理化学家介绍第二十二页，共77页。

黄子卿中国物理化学家（1900-1982）物理化学家介绍Prigogine(比利时物理化学家)(1917～2003)

第二十三页，共77页。Langmuir-Blodgett物理化学家介绍第二十四页，共77页。PeterAtkins物理化学家介绍第二十五页，共77页。用图片可加深印象第二十六页，共77页。第二十七页，共77页。石墨烯是当今物理、化学、材料、电子、生物等各领域的研究热点，迄今ISI检索的论文超过9000篇。英国曼彻斯特大学的AndreGeim教授和KonstantinNovoselov博士，由于他们自2004年开始的一系列石墨烯的开创性研究工作，共同获得了2010年诺贝尔物理学奖。2010年12月初，Geim教授和Novoselov博士到瑞典参加诺贝尔奖颁奖盛典，Geim教授于12月8日在斯德哥尔摩大学作了题为“RandomWalktoGraphene”的诺贝尔演讲（NobelLecture），诺贝尔奖官方网站对他们的演讲进行了现场直播。演讲中Geim教授讲述了自己的求学、工作历程，并引用了哈工大化工学院甘阳教授研究组的论文。

但2003论文发表时，石墨烯研究热潮还没有开始，Graphene这一术语在国际学术界也尚未普及，论文摘要和正文中用的是“单层石墨片”（GraphiteMonolayer）而没有采用Graphene一词。所以，论文发表后，尽管剑桥大学的Durkan教授在其2005年的一篇综述中用较大篇幅对2003论文进行了详细讨论，但2003论文在石墨烯研究界却少有人知。2009年起，石墨烯中晶界和超点阵的结构和性质逐渐成为研究热点，论文也开始受到关注和评价第二十八页，共77页。2。表达用讲述和粉笔不易表达的内容第二十九页，共77页。开尔文的经典解答：将大量相同的十四面体垒在一起，每个十四面体就是一个小“泡泡”，其中有6个正方形和8个正六边形，与蜂窝的结构类似。随后100多年里，没人能进一步缩小开尔文结构的接触界面。至20世纪90年代，通过计算机模拟，利用正十二面体和另一种十四面体进行组合，其小单元接触界面会比开尔文结构的接触界面缩小0.3%1887年开尔文问题：若将三维空间分为若干个小部分，要使接触面积最小，这些部分该是什么形状？“水立方”外表面的“泡泡”布局就采用了上述原理。第三十页，共77页。一次等外压膨胀第三十一页，共77页。多次等外压膨胀第三十二页，共77页。可逆膨胀第三十三页，共77页。氢气在镍表面的吸附第三十四页，共77页。物理化学抢答竞赛第三十五页，共77页。2.有一高压钢筒，打开活塞后气体喷出筒外，当筒内压力与筒外压力相等时关闭活塞，此时筒内温度将：()答案：（C）(A)不变(B)比原来高(C)比原来低(D)无法判定第三十六页，共77页。6．ΔH=Qp,

此式适用于下列哪个过程：()答案：（B）(A)理想气体从106Pa反抗恒外压105Pa膨胀到105Pa(B)0℃,101.325kPa下冰融化成水(C)电解CuSO4水溶液(D)气体从298K、105Pa可逆变化到373K、104Pa第三十七页，共77页。第三十八页，共77页。（2）Zn(s)+2HCl(l)=ZnCl2+H2(g)

进行非绝热等压反应答：W

0放出的氢气推动活塞，体系克服外压对环境作功。可以活动的活塞非绝热等压1。用热力学概念判断下列各过程中功、热、热力学能和焓的变化值。第一定律物理化学辅导答疑Q

0反应是放热反应。U

0体系既放热又对外作功，热力学能下降。H0因为H=Qp

第三十九页，共77页。1。用热力学概念判断下列各过程中功、热、热力学能和焓的变化值。第一定律（3）H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)在绝热钢瓶中进行答：W=0在刚性容器中是恒容反应，不作膨胀功。

H2Cl2Q=0绝热钢瓶

U=0根据热力学第一定律，能量守恒，热力学能不变。

H

0因为是在绝热刚瓶中发生的放热反应，气体分子没有减少，钢瓶内温度升高，压力也增高。第四十页，共77页。1。用热力学概念判断下列各过程中功、热、热力学能和焓的变化值。第一定律（7）氢气和氧气在绝热钢瓶中爆鸣生成水，电火花能量不计H2O2答：W=0

Q=0

U=0

H0第四十一页，共77页。四。应用性建设目前大学生就业压力很大，所学的知识用不上，社会急需的高素质研发人员和高级技工很缺乏课堂教育从教师的一言堂逐步变成以学生为主体，教师是“指导者”和“领路人”高中生上大学的比例逐年提高，但高校的培养模式变化不大，处理好精英教育与大众教育的关系开设应用性课程和社会实践课程，改变毕业论文的方式，培养动手能力，提高学生就业的竞争力第四十二页，共77页。南京大学试行的“三三制”三个培养阶段：三条发展路径：学术专业类交叉复合类就业创业类打通院系界限和专业壁垒，全面推行学分制逐步做到个性化培养，将课程、专业和发展路径的选择权都交给学生自己大类培养专业培养多元培养第四十三页，共77页。大类培养专业培养多元培养专业选择类别选择1.0-1.5年1.0-1.5年1.0-2.0年专业学术类交叉复合类就业创业类本专业学位本专业升学本专业学位双学位本专业学位就业、创业第四十四页，共77页。1.各个专业要有一个准入、准出的标准2.各个科目的教学内容要作适当的调整，适合分流教学的需要物理化学Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ3。总的核心专业课的学分不超过50学分，建立新的课程体系和相应的管理制度。4。增加学生自选课程和自修的时间，针对不同学生改革毕业论文的时间和内容，实现大学生和硕士生课程的融通选择。第四十五页，共77页。四。应用性建设热力学第一定律（1）热力学第一定律是能量转换和守恒定律在热现象领域内所具有的特殊形式（2）第一类永动机是不可能造成的思考一：那么多的太阳能到哪里去了？思考二：那么多化石燃料燃烧的能量到哪里去了？第四十六页，共77页。1796---1832CarnotN．L．S

法国工程师卡诺循环高温存储器低温存储器热机1.如何提高热电厂的效率第四十七页，共77页。化学能热能机械能化学能

电能机械能

电能第四十八页，共77页。火力发电厂的能量利用高煤耗、高污染（S、N氧化物、粉尘和热污染）第四十九页，共77页。火力发电厂的能量利用第五十页，共77页。火力发电厂的改造利用第五十一页，共77页。太阳能的利用提高水的势能提高空气温度提高水的温度光伏电池发电进行光合作用第五十二页，共77页。水力发电站提高水的势能太阳能水的势能电能

热能第五十三页，共77页。废热利用大金多功能VRV可将制冷时的废热进行回收，将其用于加热生活热水，既节约了加热水的费用，大金多功能VRV同时也减少了“热岛效应”，大金多功能VRV是更节能、更环保的系统第五十四页，共77页。热电厂的能量利用第五十五页，共77页。废热发电美国能源资料数据显示，燃煤发电厂在生产过程中浪费的能源竟达到51%。传统发电厂用三份燃料仅得出一份电能，过程中产生的热能都转化成水蒸气，通过排气口浪费了。相比较，核电站生产中浪费的能量较少，但也达到了21%。钢厂在鼓风炉中烧炭熔化和熔合钢材，能量回收部门在其上添加了设备，捕获燃烧过程所产生的热能，将之变成蒸汽，推动涡轮机发电。第五十六页，共77页。废热发电外燃机废热发电的优点：目前外燃机是世界上唯一能直接利用工业废热来发电的装置。不需要任何介质或热能转换装置，直接将热腔伸入热源之中，将余热转换成高价值的电能1.可将废热直接转换为电力2.无温室气体排放3.输出端的交流电可直接并网4.系统中的废热可以作为工艺蒸汽加以利用第五十七页，共77页。蒸汽螺杆膨胀动力机利用加热炉余热发电螺杆膨胀动力机包括两根（阴、阳）螺杆转子、外壳、轴承和密封装置等。工作时，蒸汽介质先进入机内螺杆齿槽，推动螺杆转动，随着螺杆转动，容积不断增大，蒸汽降压降温膨胀（或闪蒸）做功，最后排出气体，从主轴阳螺杆输出功率，驱动发电机

第五十八页，共77页。废热利用空气源热泵技术空气源热泵的节能性体现在它可从室外空气中获得大量大自然的免费能源，并通过电能将其转移到室内。第五十九页，共77页。空气能热水器空气能热水器是运用热泵工作原理，吸收空气中的低能热量，经过中间介质的热交换，并压缩成高温气体，通过管道循环系统对水加热，耗电只有电热水器的1/4。第六十页，共77页。空气能热水器优点：2。没有燃气热水器有可能爆炸和中毒的危险1。是通过介质换热，不需要电加热元件与水接触，没有电热水器漏电的危险。3。更没有燃油热水器排放废气造成的空气污染。4。比普通太阳能热水器体积小，安装方便，雨天、晚上也能保证有热水第六十一页，共77页。用体温为手机充电造型標新立異、功能前所未有，採用特殊的金屬銅導熱材料製成，可以借助熱能轉化成電能技術，幫忙手機自動充電，不再需要充電器和插座.第六十二页，共77页。太阳能手机贴膜这块透明的太阳能面板仅厚0.1mm，覆盖在液晶屏表面也不会影响到触摸操作和图像清晰，当贴了贴膜的手机在室内光或阳光下使用时，6小时即可为iPhone4充满电。第六十三页，共77页。人造树叶美国麻省理工的诺克拉，用硅、电子和催化剂构成，人造树叶的工作原理是：把它放在一加仑水里，然后放在阳光下，它就能把水分解成氢和氧，通过燃料电池产生电流。一个这种仪器产生的电能可以满足发展中国家一个家庭一天的用电需求.第六十四页，共77页。人造树叶诺克拉取得新突破的关键是：最近发现的几种新型强效、廉价催化剂，这些催化剂用镍和钴制成，它们能在简单条件下非常有效地把水分解成氢和氧两种成分。第六十五页，共77页。人造树叶它的制作原材料价格非常便宜，几乎随处可见，而且这种仪器的稳定性好，对工作环境要求不高。实验室研究显示，他的人造树叶原型持续工作至少45小时后效率仍不会下降。诺克拉的人造树叶的光合作用效率比真正的树叶高10倍。他认为以后这种仪器的效率还能进一步提高。诺克拉说：“自然由光合作用提供能量，我认为未来世界也能用光合作用和这种形式的人造树叶提供能量。第六十六页，共77页。近日，美国麻省理工学院研制出一种纳米机械，可以仅利用分子热运动的能量来工作。纳米永动机这种纳米机械采用了类似钟表机构的机械系统，其中最重要的是其末端的一个长薄片。将其末端进入水中后，水分子热运动撞击薄片使薄片发生不规则的振动，类似于钟摆来回摆动。这种振动通过薄片根部的定向机械结构带动微型齿轮向一个方向转动，从而带动整个装置运行。第六十七页，共77页。这种装置利用的其实是类似布朗运动的能量，如果将大量的这种纳米装置相互连接，其产生的功率甚至可以带动一个小型手表。纳米永动机这种单纯利用内能工作的装置在只要有热源的地方就可以工作，比如人体的体温。从某种意义上讲，这个装置可以被称为永动机。第六十八页，共77页。“热空气”发电“太阳塔”与埃菲尔铁塔等建筑高度比较

美欲建“千米太阳能塔”发电供20万户使用

澳大利亚太阳塔第六十九页，共77页。“热空气”发电类似的太阳能装置设计的提出已有20多年，原型基础设计叫做“太阳能收集器”，用于加热地球表面附近的空气，将加热的空气引导进入高中枢塔，位于塔底部的涡轮通过上升气流制造出电能。澳大利亚能源任务有限公司的吉姆·福特说，“太阳能塔的设计结合了烟囱、旋转涡轮和温室，最终实现了电能生产。”据美国生活科学网报道，在美国西南部未来有可能出现一座“太阳能塔”，这是一种最新的能源生产概念，看上去它就像一个巨大的烟囱，但并不释放有害浓烟气体，而是通过太阳能加热空气，并转换成为电能，可以20万户居民使用第七十页，共77页。风筝风力发电风筝风力发电机的工作原理很简