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，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