大學(xué)化學(xué)中滲透壓啟發(fā)式教學(xué)淺析
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摘要:化學(xué)是高等學(xué)校大多數(shù)工科專業(yè)必不可少的一門課程，是化學(xué)與工程技術(shù)間的橋梁。以機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生為授課對象，以大學(xué)化學(xué)課程中的“溶液的滲透壓”這一知識點(diǎn)為例，在充分進(jìn)行教材分析和學(xué)情分析的基礎(chǔ)上，采用啟發(fā)式教學(xué)，注重教學(xué)與日常生活實(shí)際相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的興趣。在創(chuàng)造良好的教學(xué)效果的同時(shí)，提升學(xué)生分析問題和解決問題的能力。
關(guān)鍵詞:大學(xué)化學(xué);滲透壓;啟發(fā)式教學(xué);機(jī)械電子工程專業(yè)
大學(xué)化學(xué)是高等工程教育中實(shí)施素質(zhì)教育的必備基礎(chǔ)課程，是高等學(xué)校大多數(shù)工科專業(yè)必不可少的一門課程，承擔(dān)著化學(xué)與工程技術(shù)之間的重要橋梁作用，是培養(yǎng)全面發(fā)展的素質(zhì)高、能力強(qiáng)的現(xiàn)代化人才的重要環(huán)節(jié)［1］。然而，普遍存在的現(xiàn)狀是大多數(shù)工科專業(yè)的學(xué)生對化學(xué)知識的學(xué)習(xí)不夠重視，認(rèn)識不到位，存在“化學(xué)知識與專業(yè)知識相關(guān)性不大”、“只學(xué)一個(gè)學(xué)期能學(xué)到啥”“學(xué)了以后也用不到”等錯(cuò)誤認(rèn)識，因而部分學(xué)生在課堂上不夠用心，提不起興趣，積極性和參與度不高，導(dǎo)致教學(xué)效果不樂觀。如何激發(fā)工科學(xué)生對大學(xué)化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)與工程是密不可分的，與日常生活是息息相關(guān)的，提升課堂教學(xué)的質(zhì)量，成為每一名承擔(dān)工科專業(yè)大學(xué)化學(xué)的教學(xué)工作者亟待解決的問題。在日常的教學(xué)實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)，采用啟發(fā)式教學(xué)，重視理論與實(shí)踐相結(jié)合，適當(dāng)引入一些與生活和生產(chǎn)實(shí)踐密切相關(guān)的案例，讓學(xué)生體會到學(xué)習(xí)化學(xué)知識的樂趣，體驗(yàn)到運(yùn)用所學(xué)化學(xué)知識去解釋日常生活現(xiàn)象的成就感，效果喜人。本文以機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生為授課對象，以大學(xué)化學(xué)課程中的“溶液的滲透壓”這一知識點(diǎn)為例，在充分進(jìn)行教材分析和學(xué)情分析的基礎(chǔ)上，采用啟發(fā)式教學(xué)，適當(dāng)引入日常生活和生產(chǎn)中的案例，貫徹理論與實(shí)踐相結(jié)合，告別傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)模式，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及對課堂的參與度，以期在傳授知識的同時(shí)，創(chuàng)造良好的教學(xué)效果。
1“溶液的滲透壓”的課程設(shè)置基礎(chǔ)
1.1教材分析
機(jī)械電子工程專業(yè)選用的教材是合肥工業(yè)大學(xué)出版社出版，由史成武、倪良主編的省級規(guī)劃教材《大學(xué)化學(xué)》(非化學(xué)化工類)第二版?！叭芤旱臐B透壓”是教材第二章“溶液和離子平衡”第一節(jié)“溶液的通性”中的一個(gè)知識點(diǎn)，屬于非電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性之一，是本節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容。同時(shí)，該知識點(diǎn)與日常生活和醫(yī)學(xué)應(yīng)用密切相關(guān)，通過對該知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，可增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用知識去分析和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的理念。
1.2學(xué)情分析
大學(xué)化學(xué)的授課主體是聊城大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)大學(xué)一年級的學(xué)生。山東省普通高校招生夏季考試自2020年起實(shí)行“3+3”模式，除了語文、數(shù)學(xué)、外語3科外，考生從思想政治、歷史、地理、物理、化學(xué)、生物等6科中選報(bào)3科［2］。因此，在所有授課對象中，有一部分學(xué)生具有高中階段化學(xué)知識的學(xué)習(xí)和累積，為此次課的學(xué)習(xí)提供了良好的理論基礎(chǔ)。但是，不可忽略的是，存在一部分同學(xué)，因?yàn)楦呖紩r(shí)沒有選考化學(xué)科目，只具備高中一年級的化學(xué)知識基礎(chǔ)，因此對大學(xué)化學(xué)中的知識點(diǎn)，尤其是重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，接受起來存在著一定的困難。另一方面，此次授課的對象為“00”后，他們出生在科技日新月異的年代，熱衷于追求新鮮事物，不喜歡循規(guī)蹈矩的生活，思想觀念多元化，因此傳統(tǒng)的老師單向灌輸、學(xué)生被動(dòng)接受的授課方式已經(jīng)不適用于他們［3］。在教學(xué)過程中，需要引入更多具有吸引力和視覺沖擊力的元素，例如動(dòng)畫、圖像、表格、視頻等，將生活中的實(shí)際案例融入課堂，理論聯(lián)系實(shí)際，增加學(xué)生在課堂教學(xué)中的參與度，活躍課堂氣氛，在輕松愉悅的氣氛中實(shí)現(xiàn)傳授知識的目標(biāo)［4］。
2“溶液的滲透壓”的啟發(fā)式教學(xué)設(shè)計(jì)
由于溶液的滲透壓這一概念的抽象性，簡單的語言闡述不利于學(xué)生的理解。所以授課的時(shí)候應(yīng)注意由簡入繁，由淺入深。滲透壓與日常生活和生命體具有密切的聯(lián)系，因此在教學(xué)的過程中，通過引入日常生活和臨床案例，例如:腌制黃瓜的時(shí)候撒鹽，黃瓜就會失水發(fā)蔫;輸液的時(shí)候?yàn)槭裁匆x擇0.9%的生理鹽水等，引發(fā)學(xué)生思考，進(jìn)而通過現(xiàn)象的剖析，讓學(xué)生理解滲透現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情，提高學(xué)生參與課堂的積極性與主動(dòng)性［5］。在課程設(shè)計(jì)上可將本節(jié)課分為以下幾個(gè)部分:問題導(dǎo)入—實(shí)驗(yàn)演示—“滲透壓”概念引入—例題解析—“滲透壓”的應(yīng)用—反滲透現(xiàn)象的引入與應(yīng)用7部分，教學(xué)流程簡化如圖1所示。在“溶液的滲透壓”一知識點(diǎn)的授課中，啟發(fā)式教學(xué)可以從下面五個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施:“滲透壓”的導(dǎo)入、“滲透壓”的定義、滲透壓的發(fā)現(xiàn)史、滲透壓的應(yīng)用和反滲透現(xiàn)象。
2.1“滲透壓”導(dǎo)入部分
課堂以拋出日常生活中的問題開始，激發(fā)學(xué)生的興趣，引發(fā)學(xué)生的思考［6］。(1)腌制黃瓜時(shí)，為什么撒上食鹽后，黃瓜會發(fā)蔫?(2)輸液的時(shí)候?yàn)槭裁匆x擇0.9%的生理鹽水?(3)劇烈運(yùn)動(dòng)過后，為什么宜飲用淡鹽水?問題一經(jīng)提出，學(xué)生已經(jīng)產(chǎn)生了濃厚的興趣，開始激烈的討論。此時(shí)，以動(dòng)態(tài)的實(shí)驗(yàn)演示“擱置在清水與鹽水中的黃瓜條的形態(tài)變化”，讓學(xué)生懷抱著疑問和興趣去觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中領(lǐng)悟滲透壓和滲透現(xiàn)象。這種啟發(fā)式教學(xué)方式能夠增加學(xué)生的參與度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生的思考能力、觀察能力和解決問題的能力。通過學(xué)生自身的觀察和思考，總結(jié)出滲透壓的定義，加強(qiáng)記憶［7］。
2.2“滲透壓”的定義
接下來，用課件上的動(dòng)畫展示低濃度葡萄糖溶液與高濃度葡萄糖溶液之間的滲透現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生思考:在一個(gè)U型玻璃管的兩側(cè)，分別盛有低濃度和高濃度的葡萄糖溶液，在U型玻璃管的底端放置一張半透膜，將兩種不同濃度的溶液隔開，此時(shí)兩側(cè)溶液的液面高度一致。隨著時(shí)間的推進(jìn)，高濃度一側(cè)液面不斷升高，低濃度一側(cè)液面不斷下降，最終兩側(cè)液面高度不再發(fā)生變化，在兩側(cè)液面間出現(xiàn)了一定的高度差。動(dòng)畫展示完畢，立即向?qū)W生發(fā)出提問:為什么會出現(xiàn)這樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?分組討論后，推選代表學(xué)生闡述觀點(diǎn)。根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生的理解往往不夠深入，大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為產(chǎn)生該現(xiàn)象是由于水分子由低濃度溶液一側(cè)向高濃度溶液一側(cè)擴(kuò)散［8］。這種理解是片面的，實(shí)際情況是:半透膜上的微孔只允許水分子通過，半透膜兩側(cè)溶液中的水分子會同時(shí)向?qū)?cè)擴(kuò)散。由于兩側(cè)溶液濃度不同，水分子的濃度亦不同。低濃度溶液一側(cè)，水分子濃度高;高濃度溶液一側(cè)，水分子濃度低。因此，水分子擴(kuò)散的速度為:低濃度溶液→高濃度溶液＞高濃度溶液→低濃度溶液，最終導(dǎo)致高濃度一側(cè)溶液液面升高。至此，通過問題引入－實(shí)驗(yàn)演示－動(dòng)畫展示－分組討論－教師引導(dǎo)，學(xué)生清晰的理解了滲透現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。繼而再次發(fā)問:如果沒有半透膜的存在，會出現(xiàn)上述現(xiàn)象嗎?如果半透膜兩側(cè)溶液濃度相同，會出現(xiàn)上述現(xiàn)象嗎?再次引發(fā)學(xué)生的思考和討論，最終引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出滲透現(xiàn)象和滲透壓的定義、滲透現(xiàn)象產(chǎn)生的原理和條件、滲透發(fā)生的方向等?；诖祟悊l(fā)式教學(xué)，由淺入深，由現(xiàn)象到本質(zhì)，使學(xué)生在觀察和歸納中達(dá)到學(xué)習(xí)和掌握知識的目的［9］。
2.3“滲透壓”的發(fā)現(xiàn)史
那么，滲透現(xiàn)象和半透膜是如何被發(fā)現(xiàn)的呢?大約200多年前，為了改良釀酒的方法，有人設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn):用動(dòng)物的膀胱膜將一個(gè)盛滿酒精的圓玻璃桶口封緊，然后把封住的桶口浸到水里。不久便發(fā)現(xiàn)，膀胱膜鼓起來了。這是為什么呢?很顯然，水分子透過膀胱膜進(jìn)入桶里，桶內(nèi)的液面升高，導(dǎo)致膀胱膜鼓出。然而，膀胱膜并沒有空隙，為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?后來經(jīng)過科學(xué)家反復(fù)研究，發(fā)現(xiàn)膀胱膜允許水分子透過，而不允許酒精透過?？茖W(xué)家還發(fā)現(xiàn)除了動(dòng)物的膀胱膜外，生物體內(nèi)的細(xì)胞膜、腸衣等都具有這種功能。因而，人們把這種只允許部分分子(如水分子)通過，而不允許其它分子不能通過的薄膜稱為半透膜［10］。歷史可以明鑒，化學(xué)史亦是如此。在學(xué)生理解了滲透壓的定義，半透膜及滲透現(xiàn)象之后，講述滲透現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)史，有利于喚醒學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的主動(dòng)性和積極性，讓學(xué)生真切的感受到科學(xué)源于生活，體會到學(xué)習(xí)化學(xué)的重要性。同時(shí)，讓學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)探究的過程就是從發(fā)現(xiàn)問題開始，激發(fā)學(xué)生敢于質(zhì)疑、敢于探索、敢于創(chuàng)新的勇氣。
2.4“滲透壓”與人們生活
通過前面的講述，學(xué)生對滲透壓及滲透現(xiàn)象已經(jīng)有了一定的理解，在此基礎(chǔ)上，對課前提出的問題做出簡答:(1)腌制黃瓜時(shí)，撒上食鹽，使黃瓜細(xì)胞內(nèi)的水份大量流失而發(fā)蔫;(2)人體血液的滲透壓約為0.78MPa，為了維持血管里正常的滲透壓，因此臨床上往血管里輸液時(shí)，要選擇等滲溶液，即0.9%的生理鹽水;(3)劇烈運(yùn)動(dòng)，人體出汗過多，適當(dāng)補(bǔ)充淡鹽水，可以補(bǔ)充身體內(nèi)流失的無機(jī)鹽。這樣不僅順利完成了教學(xué)任務(wù)，同時(shí)提升了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，達(dá)到事半功倍的效果。
2.5反滲透現(xiàn)象
當(dāng)作用在溶液上的額外壓力超過滲透壓時(shí)，會產(chǎn)生什么現(xiàn)象呢?提出問題，引發(fā)學(xué)生的思考。此處，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生自主思考并歸納，同時(shí)利用課件上的動(dòng)畫演示反滲透現(xiàn)象。反滲透現(xiàn)象在日常生活和生產(chǎn)中，應(yīng)用也非常廣泛，鼓勵(lì)學(xué)生思考，列舉出反滲透的應(yīng)用實(shí)例，教師加以引導(dǎo)。以神舟十三號飛船的發(fā)射為例進(jìn)行闡述:2021年10月16日6時(shí)56分，隨著神舟十三號飛船與天和核心艙成功對接，中國空間站建設(shè)工作又向前邁進(jìn)了一步，三名航天員開啟了在太空為時(shí)半年的生活和研究，是我國航空航天事業(yè)的里程碑事件。那么，三名航天員在太空中工作半年之久需要消耗大量的水，這么多水從哪里來呢?直接用載人飛船運(yùn)上去嗎?神舟十三號飛船的發(fā)射，是舉國關(guān)注的大事件，提出這個(gè)問題，學(xué)生必然會產(chǎn)生極強(qiáng)的好奇心，進(jìn)行激烈的討論。教師引導(dǎo)學(xué)生得出正確的理解:天宮空間站安裝了一套水循環(huán)處理系統(tǒng)，配備了一套非常先進(jìn)的高分子反滲膜的過濾裝置，通過該過濾系統(tǒng)把各種廢水，比如冷卻系統(tǒng)的冷卻水、空調(diào)的冷凝水和航天員自己的尿液等，過濾純化為水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的飲用水，供航天員飲用。通過神舟十三號載人飛船案例的引入，不僅實(shí)現(xiàn)了傳授知識的目標(biāo)，同時(shí)增加了學(xué)生的民族自豪感和認(rèn)同感，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷，增強(qiáng)維護(hù)國家榮譽(yù)和尊重民族英雄的意識。
3歸納總結(jié)，布置作業(yè)
授課內(nèi)容完成后，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)本次課的知識要點(diǎn)，留出課后思考題:(1)過度飲水后，為什么會出現(xiàn)水中毒的現(xiàn)象?(2)腎病患者進(jìn)行血液透析的原理是什么?(3)海鷗在海上飛行，是直接喝海水嗎?加深學(xué)生對知識的理解和吸收，同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識分析問題和解決問題的能力。
4結(jié)語
運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合的理念，通過對生產(chǎn)生活的實(shí)際案例的分析，在一種相對輕松的氣氛中使學(xué)生掌握抽象、枯燥的理論知識，讓工科專業(yè)的學(xué)生愛上化學(xué)。同時(shí)，通過對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、歸納和總結(jié)，提升學(xué)生分析問題和解決問題的能力。本文以機(jī)械電子工程專業(yè)大學(xué)化學(xué)課程中“溶液的滲透壓”一知識點(diǎn)為例，采用啟發(fā)式教學(xué)，告別傳統(tǒng)的“灌輸式”授課方式和枯燥沉悶的課堂，在對實(shí)際案例的分析中學(xué)習(xí)知識，增強(qiáng)了學(xué)生對課堂的興趣，深受學(xué)生的喜愛。值得一提的是，啟發(fā)式教學(xué)，不僅增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)使教師的工作熱情得以大大的提高。
作者:楊燕 張憲璽 李愛峰 單位:聊城大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院
