大學化學中滲透壓啟發式教學淺析

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摘要:化學是高等學校大多數工科專業必不可少的一門課程，是化學與工程技術間的橋梁。以機械電子工程專業學生為授課對象，以大學化學課程中的“溶液的滲透壓”這一知識點為例，在充分進行教材分析和學情分析的基礎上，采用啟發式教學，注重教學與日常生活實際相結合，激發學生的興趣。在創造良好的教學效果的同時，提升學生分析問題和解決問題的能力。

關鍵詞:大學化學;滲透壓;啟發式教學;機械電子工程專業

大學化學是高等工程教育中實施素質教育的必備基礎課程，是高等學校大多數工科專業必不可少的一門課程，承擔著化學與工程技術之間的重要橋梁作用，是培養全面發展的素質高、能力強的現代化人才的重要環節［1］。然而，普遍存在的現狀是大多數工科專業的學生對化學知識的學習不夠重視，認識不到位，存在“化學知識與專業知識相關性不大”、“只學一個學期能學到啥”“學了以后也用不到”等錯誤認識，因而部分學生在課堂上不夠用心，提不起興趣，積極性和參與度不高，導致教學效果不樂觀。如何激發工科學生對大學化學的學習興趣，讓學生認識到化學與工程是密不可分的，與日常生活是息息相關的，提升課堂教學的質量，成為每一名承擔工科專業大學化學的教學工作者亟待解決的問題。在日常的教學實踐中，我們發現，采用啟發式教學，重視理論與實踐相結合，適當引入一些與生活和生產實踐密切相關的案例，讓學生體會到學習化學知識的樂趣，體驗到運用所學化學知識去解釋日常生活現象的成就感，效果喜人。本文以機械電子工程專業學生為授課對象，以大學化學課程中的“溶液的滲透壓”這一知識點為例，在充分進行教材分析和學情分析的基礎上，采用啟發式教學，適當引入日常生活和生產中的案例，貫徹理論與實踐相結合，告別傳統的“灌輸式”教學模式，增加學生的學習興趣及對課堂的參與度，以期在傳授知識的同時，創造良好的教學效果。

1“溶液的滲透壓”的課程設置基礎

1.1教材分析

機械電子工程專業選用的教材是合肥工業大學出版社出版，由史成武、倪良主編的省級規劃教材《大學化學》(非化學化工類)第二版。“溶液的滲透壓”是教材第二章“溶液和離子平衡”第一節“溶液的通性”中的一個知識點，屬于非電解質稀溶液的依數性之一，是本節的重點和難點內容。同時，該知識點與日常生活和醫學應用密切相關，通過對該知識點的學習，可增強學生運用知識去分析和解決問題的能力，培養學生理論與實踐相結合的理念。

1.2學情分析

大學化學的授課主體是聊城大學機械與汽車工程學院機械電子工程專業大學一年級的學生。山東省普通高校招生夏季考試自2020年起實行“3+3”模式，除了語文、數學、外語3科外，考生從思想政治、歷史、地理、物理、化學、生物等6科中選報3科［2］。因此，在所有授課對象中，有一部分學生具有高中階段化學知識的學習和累積，為此次課的學習提供了良好的理論基礎。但是，不可忽略的是，存在一部分同學，因為高考時沒有選考化學科目，只具備高中一年級的化學知識基礎，因此對大學化學中的知識點，尤其是重點和難點內容，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，不喜歡循規蹈矩的生活，思想觀念多元化，因此傳統的老師單向灌輸、學生被動接受的授課方式已經不適用于他們［3］。在教學過程中，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，將生活中的實際案例融入課堂，理論聯系實際，增加學生在課堂教學中的參與度，活躍課堂氣氛，在輕松愉悅的氣氛中實現傳授知識的目標［4］。

2“溶液的滲透壓”的啟發式教學設計

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生的理解。所以授課的時候應注意由簡入繁，由淺入深。滲透壓與日常生活和生命體具有密切的聯系，因此在教學的過程中，通過引入日常生活和臨床案例，例如:腌制黃瓜的時候撒鹽，黃瓜就會失水發蔫;輸液的時候為什么要選擇0.9%的生理鹽水等，引發學生思考，進而通過現象的剖析，讓學生理解滲透現象，激發學生學習化學的熱情，提高學生參與課堂的積極性與主動性［5］。在課程設計上可將本節課分為以下幾個部分:問題導入—實驗演示—“滲透壓”概念引入—例題解析—“滲透壓”的應用—反滲透現象的引入與應用7部分，教學流程簡化如圖1所示。在“溶液的滲透壓”一知識點的授課中，啟發式教學可以從下面五個環節實施:“滲透壓”的導入、“滲透壓”的定義、滲透壓的發現史、滲透壓的應用和反滲透現象。

2.1“滲透壓”導入部分

課堂以拋出日常生活中的問題開始，激發學生的興趣，引發學生的思考［6］。(1)腌制黃瓜時，為什么撒上食鹽后，黃瓜會發蔫?(2)輸液的時候為什么要選擇0.9%的生理鹽水?(3)劇烈運動過后，為什么宜飲用淡鹽水?問題一經提出，學生已經產生了濃厚的興趣，開始激烈的討論。此時，以動態的實驗演示“擱置在清水與鹽水中的黃瓜條的形態變化”，讓學生懷抱著疑問和興趣去觀察實驗現象，從直觀的實驗現象中領悟滲透壓和滲透現象。這種啟發式教學方式能夠增加學生的參與度，激發學生的學習興趣，鍛煉學生的思考能力、觀察能力和解決問題的能力。通過學生自身的觀察和思考，總結出滲透壓的定義，加強記憶［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象，引導學生思考:在一個U型玻璃管的兩側，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，此時兩側溶液的液面高度一致。隨著時間的推進，高濃度一側液面不斷升高，低濃度一側液面不斷下降，最終兩側液面高度不再發生變化，在兩側液面間出現了一定的高度差。動畫展示完畢，立即向學生發出提問:為什么會出現這樣的實驗現象?分組討論后，推選代表學生闡述觀點。根據教學經驗，學生的理解往往不夠深入，大多數學生認為產生該現象是由于水分子由低濃度溶液一側向高濃度溶液一側擴散［8］。這種理解是片面的，實際情況是:半透膜上的微孔只允許水分子通過，半透膜兩側溶液中的水分子會同時向對側擴散。由于兩側溶液濃度不同，水分子的濃度亦不同。低濃度溶液一側，水分子濃度高;高濃度溶液一側，水分子濃度低。因此，水分子擴散的速度為:低濃度溶液→高濃度溶液＞高濃度溶液→低濃度溶液，最終導致高濃度一側溶液液面升高。至此，通過問題引入－實驗演示－動畫展示－分組討論－教師引導，學生清晰的理解了滲透現象產生的原因。繼而再次發問:如果沒有半透膜的存在，會出現上述現象嗎?如果半透膜兩側溶液濃度相同，會出現上述現象嗎?再次引發學生的思考和討論，最終引導學生總結出滲透現象和滲透壓的定義、滲透現象產生的原理和條件、滲透發生的方向等。基于此類啟發式教學，由淺入深，由現象到本質，使學生在觀察和歸納中達到學習和掌握知識的目的［9］。

2.3“滲透壓”的發現史

那么，滲透現象和半透膜是如何被發現的呢?大約200多年前，為了改良釀酒的方法，有人設計了一個實驗:用動物的膀胱膜將一個盛滿酒精的圓玻璃桶口封緊，然后把封住的桶口浸到水里。不久便發現，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入桶里，桶內的液面升高，導致膀胱膜鼓出。然而，膀胱膜并沒有空隙，為什么會出現這種現象呢?后來經過科學家反復研究，發現膀胱膜允許水分子透過，而不允許酒精透過。科學家還發現除了動物的膀胱膜外，生物體內的細胞膜、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，化學史亦是如此。在學生理解了滲透壓的定義，半透膜及滲透現象之后，講述滲透現象的發現史，有利于喚醒學生學習化學的主動性和積極性，讓學生真切的感受到科學源于生活，體會到學習化學的重要性。同時，讓學生認識到科學探究的過程就是從發現問題開始，激發學生敢于質疑、敢于探索、敢于創新的勇氣。

2.4“滲透壓”與人們生活

通過前面的講述，學生對滲透壓及滲透現象已經有了一定的理解，在此基礎上，對課前提出的問題做出簡答:(1)腌制黃瓜時，撒上食鹽，使黃瓜細胞內的水份大量流失而發蔫;(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，要選擇等滲溶液，即0.9%的生理鹽水;(3)劇烈運動，人體出汗過多，適當補充淡鹽水，可以補充身體內流失的無機鹽。這樣不僅順利完成了教學任務，同時提升了學生分析問題、解決問題的能力，培養學生的邏輯思維能力，達到事半功倍的效果。

2.5反滲透現象

當作用在溶液上的額外壓力超過滲透壓時，會產生什么現象呢?提出問題，引發學生的思考。此處，教師應引導學生自主思考并歸納，同時利用課件上的動畫演示反滲透現象。反滲透現象在日常生活和生產中，應用也非常廣泛，鼓勵學生思考，列舉出反滲透的應用實例，教師加以引導。以神舟十三號飛船的發射為例進行闡述:2021年10月16日6時56分，隨著神舟十三號飛船與天和核心艙成功對接，中國空間站建設工作又向前邁進了一步，三名航天員開啟了在太空為時半年的生活和研究，是我國航空航天事業的里程碑事件。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?直接用載人飛船運上去嗎?神舟十三號飛船的發射，是舉國關注的大事件，提出這個問題，學生必然會產生極強的好奇心，進行激烈的討論。教師引導學生得出正確的理解:天宮空間站安裝了一套水循環處理系統，配備了一套非常先進的高分子反滲膜的過濾裝置，通過該過濾系統把各種廢水，比如冷卻系統的冷卻水、空調的冷凝水和航天員自己的尿液等，過濾純化為水質達到標準的飲用水，供航天員飲用。通過神舟十三號載人飛船案例的引入，不僅實現了傳授知識的目標，同時增加了學生的民族自豪感和認同感，培養學生的愛國情懷，增強維護國家榮譽和尊重民族英雄的意識。

3歸納總結，布置作業

授課內容完成后，引導學生總結本次課的知識要點，留出課后思考題:(1)過度飲水后，為什么會出現水中毒的現象?(2)腎病患者進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?加深學生對知識的理解和吸收，同時增強學生運用所學知識分析問題和解決問題的能力。

4結語

運用啟發式教學，注重理論與實踐相結合的理念，通過對生產生活的實際案例的分析，在一種相對輕松的氣氛中使學生掌握抽象、枯燥的理論知識，讓工科專業的學生愛上化學。同時，通過對實驗現象的觀察、歸納和總結，提升學生分析問題和解決問題的能力。本文以機械電子工程專業大學化學課程中“溶液的滲透壓”一知識點為例，采用啟發式教學，告別傳統的“灌輸式”授課方式和枯燥沉悶的課堂，在對實際案例的分析中學習知識，增強了學生對課堂的興趣，深受學生的喜愛。值得一提的是，啟發式教學，不僅增加了學生學習的興趣，同時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:聊城大學化學化工學院