方程导出相平衡的热力学关系.PPT

科学方法教学与创新能力培养 高 盘 良 北京大学化学与分子工程学院 基础理论与科学方法 基础理论诚可贵 科学方法价也高 若为创新能力故 两个方面都重要 科学方法教育 物理化学教学内容由 普遍性原理和科学方法组成 存在一手硬一手软， 忽视了科学方法的教育在 塑造人才中的作用， 使学生在学习上举一反三能力低， 在研究工作中创新活力不足 科学方法教育 提倡培养创新能力 应对科学方法的教育 给以重视。 科学方法教育 一、提高对科学方法教育的认识 科学方法对创新的启示和借鉴 科学实验方法的作用 教学实践中科学方法的作用 科学方法的价值被低估 1、科学方法对创新的启示和借鉴 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，则往往看不清楚 因此，不仅要收获前人科研的成果，更要探讨前人取得成果的方法 一：提高对科学方法教育的认识 1、科学方法对创新的启示和借鉴 经验： 在科学研究中拥有正确的科学方法， 就能对科学事业作出有价值的贡献。 门捷列夫利用分类法、比较法 发现了元素周期律。 海特勒、伦敦等用移植法 将量子力学的理论和方法引进化学研究 创立了量子化学。 门捷列夫周期律 门捷列夫和迈尔1882年双双获得戴维勋章，但为什么称为门捷列夫周期律？ 迈：重视元素的物理性质（如原子体积） 门：注意化学性质的周期性 迈：科学方法上狭隘和保守 门：善于应用归纳和推理找到周期性的规律，通过分析和综合作出科学的推测和预言。类铝（镓）类硼（钪）类硅（锗）的预测就是光辉的例证。 量子化学的创立 恩格斯认为 在各门学科的接触点上可期望得到最大的成果 海特勒、伦敦等：用移植法将量子力学的理论和方法引进化学研究，创立了量子化学。 鲍林提倡：量子力学的思想与经验性数据相结合发展成结构化学的半经验理论；福井谦一发现前线轨道理论 合成化学家伍德瓦德、量子化学家霍夫曼提出分子轨道对称守恒原理 他们把量子化学发展推进到一个新阶段。 物化学科早期发展的迟缓 受当时化学家研究方法和思维方式局限性的影响 过分强调有机化学的非定量推理方法，忽视行之有效的思维工具数学方法的广泛应用 注重具体物质实验研究，不注重在理想条件下对物质一般规律性的研究 人们通过理想途径抽提出的概念和模型有助于更深刻地的认识和把握客观事物及其过程的本质 偏重化学反应过程中的物质的量的变化及其规律性的认识，忽视了与之紧密相关的能量的变化及其规律的研究，不注意物理学的发现（如熵） 物化学科发展 科学方法的创新促进了物化学科的发展 从宏观到微观、 从体相到表相、 从静态到动态、 从定性到定量、 从纯学科到边缘学科。 以致推动了化学学科前沿的发展 微观反应动力学 化学合成和分子设计 量子化学新进展 化学振荡和耗散结构 生命过程的化学 提高对科学方法教育的认识 2、科学实验方法的作用 化学是一门以实验为主的学科， 化学家的创新成果主要是在实验室中得到。 实验是化学家最常应用的一种获得更丰富更具体更精确的感性材料和经验知识的重要手段（途径）， 提高对科学方法教育的认识 2、科学实验方法的作用 如何把科学上的灵感、直觉 设计成实验及 从实验测得的零乱的数据 整理上升为规律， 渗透着科学方法的作用， 在物理化学学科发展及教学中体现得最明显。 以线性化方法为例 线性化方法 线性化方法是把高级次热力学、动力学方程， 经过线性化操作（如取对数、取倒数、微扰……）降为线性方程处理的方法 功能 （1）由实验数据求算热力学和动力学参数 （2）加深对反应过程及物化参数物理意义的认识。 线性化方法是自然科学研究中的普遍方法 线性化方法 类型 线性方程 一级反应～ 二级反应～ 平行1-2级反应～ 对峙2-2级反应～ 活化能Arrhenius公式 单分子反应Lindmann历程 线性化方法 弛豫动力学方程（对微扰为一级） 线性化方法 光化学Stern-Volmer公式 Michalies-Menton酶催化历程 线性化方法 热力学及电化学中的线性方