冰點降低法測定葡萄糖分子量在醫學本科留學生實驗教學中的改進及體會

首都醫科大學化學生物學與藥學院（100069）蔣雪云 桂琳 張筱宜 李莉 趙明

首都醫科大學附屬北京天壇醫院（100050）趙志剛 梅升輝

高等教育為我國培養了合格的高級技術人才，醫學本科留學生高等教育是中國高等教育的重要組成部分[1]。中國優質的高等醫學教育資源吸引了越來越多來自世界各地的醫學本科留學生。醫學研究的對象是人體，而人體本身是一個巨大復雜的化學反應器，因此，醫學本科留學生在學習醫學知識的同時，有必要掌握基本的化學知識，這樣可以加強醫學本科留學生對生命本質的理解，無形中增強診治疾病的能力[2]。無機化學是醫學本科留學生的必修課，而對于基礎較差的醫學本科留學生來說，無機化學實驗課可以讓學生對理論知識有更直觀、更感性的認識，從而加強學生對理論知識的理解[3]。冰點降低法測定葡萄糖分子量對應于無機化學理論課的內容是稀溶液的依數性，通過醫學本科留學生親自動手做實驗，觀察實驗現象，記錄實驗數據，分析實驗結果，思考實驗中出現的問題并找到解決辦法，提升醫學本科留學生對理論知識的理解[4]。本文旨在介紹稀溶液依數性(冰點降低法測定葡萄糖分子量)在醫學本科留學生無機化學實驗中的改進及體會，希望能為工作在一線的化學實驗教育教學工作者提供借鑒和幫助。

1 實驗基本內容

1.1 實驗目的 用冰點降低法測定葡萄糖的分子量，理解稀溶液依數性。

1.2 實驗原理 稀溶液依數性是指在難揮發溶質的稀溶液中，溶液的冰點降低值與難揮發溶質的摩爾濃度成正比：△Tf：與純溶劑相比的冰點降低值，通過本實驗得到；Kf：水的摩爾冰點降低常數，為1.86(℃/mol)；m：溶質的摩爾濃度(g/kg)；mx：所稱葡萄糖的質量，Mx：葡萄糖的分子量；單位(g)；ma：所量取水的質量，單位(kg)。

1.3 實驗主要材料 葡萄糖，蒸餾水，氯化鈉溶液，移液管，燒杯，鐵架臺，溫度計，攪拌器，兩孔塞，干燥大試管。

1.4 實驗步驟

1.4.1 搭建裝置 將溫度計和手動攪拌器套入2孔橡膠塞備用，放好磁力攪拌器，將冰放入裝有氯化鈉溶液的燒杯中并打開磁力攪拌器，裝置示意圖見附圖A。

附圖A 實驗裝置示意圖

附圖B 溫度-時間作圖法計算冰點降低值

1.4.2 測定蒸餾水的冰點 大試管放于天平上，放入20g左右的蒸餾水后垂直固定在鐵架臺上，將溫度計和手動攪拌器放入試管中，然后將大試管放入冰鹽浴中，每30秒記錄一次溫度，直到水結冰(記錄到第一個水結晶出現時)，結冰后停止手動攪拌，繼續記錄兩次溫度，將結果填入實驗報告中，此過程重復3次。

1.4.3 測定葡萄糖溶液的冰點 精密稱量1.3～1.4g葡萄糖后放入干燥的大試管中，再加入25g左右的蒸餾水，待葡萄糖完全溶解后，將裝置放入冰鹽浴中，邊攪拌邊記錄溫度直到溶液中固體出現，重復測定3次。

1.4.4 結果計算 用記錄的數據作圖，得到冰點降低值并計算葡萄糖的分子量，見附圖B。

2 實驗前的準備工作

2.1 預實驗 俗話說“磨刀不誤砍柴工”，實驗前的充分準備不但可以提高實驗完成的比率，還能提高實驗完成的質量[5]。實驗課不同于理論課，授課人員不但要熟練掌握理論知識，還要有扎實的實驗技能。這就要求實驗課帶教老師不僅要理論備課，而且要實驗備課，把實驗從頭到尾完整地做一遍，從而找到實驗中的關鍵操作步驟并在授課中重點強調。此外，由于本教學組實驗所用的儀器和試劑等是由準備室的老師負責完成，如果事先沒有充分溝通可能導致實驗教學不順暢，這些問題一般都可以在預實驗中發現。另外，把預實驗中的操作過程進行錄像，在教學時可以供有疑問的學生反復觀看，根據本教學組的教學經驗，這種實驗操作教學錄像很受醫學本科留學生的歡迎。

2.2 預實驗數據的處理 在本實驗中，實驗數據的處理非常關鍵，對能否得出正確結論的影響很大[4]。由于本實驗采用溫度計來測量溫度，因此時間-溫度圖是由一系列斷斷續續的點組成的。但實際情況往往不同于理論情況，由于干擾因素的影響，實際的溫度測定可能不是十分準確，時間點也不是十分準確，結果導致冰點測定誤差的產生。對于同一套數據點，同一組的不同學生可能會得到不同的冰點值。因此，對數據處理的講解應當占有相當的分量，根據本教學組的經驗，在實際處理數據時，一些學生可能需要老師進行單獨指導。

2.3 做好預講 留學生課程要求全英文授課，對授課老師的英語水平要求很高，尤其是口語。因此，預講不僅能夠幫助教師熟悉授課內容和授課節奏，做到條理清晰，重點突出，而且年輕教師還能在老教師的點撥下，發現課件和講解中的缺陷和不足并加以改進和補充[6]。通過預講，教師更能夠發現在語言表達能力方面的薄弱之處。實驗課中學生與教師的溝通和交流很多，教師不光要熟悉教學內容，還要熟悉日常用語。有些時候由于老師的英語水平和學生的英語口音問題，可能出現一些溝通障礙，此時可通過一些手勢更有效地進行溝通。

2.4 掌握醫學本科留學生的特點并采取相應的措施 因材施教是被廣泛接受的教學思想，要做到因材施教，教師不僅要熟悉教學內容，而且對學生的情況也必須有一個全面的掌握[3]。醫學本科留學生的特點：①醫學本科留學生大多是醫學背景，化學基礎較薄弱，化學實驗的基礎技能更加欠缺。②根據本教學組多年的教學經驗，醫學本科留學生的年齡通常都比較小，自我約束能力不是很好，尤其是在實驗課上，相對比較自由，考勤和課堂紀律曾經就是一個不小的問題。③由于教育背景的問題，醫學本科留學生在實驗課后通常沒有打掃衛生的習慣(在他們自己的國家有專人打掃)，需要培養。

根據醫學本科留學生的特點，本教學組課前制定了相應的教學方式：①為了讓留學生對整個實驗裝置和流程有直觀的理解，實驗課教學時多用實物演示，在講解時多用圖表和動畫，有利于實驗的順利完成。②針對考勤和課堂紀律問題，本教學組設計了一套行之有效的辦法，那就是把考勤(10分)和課堂紀律(5分)計入實驗課的成績中。③本教學組也把實驗后的清洗實驗器具和打掃衛生(5分)計入到實驗課的成績中[3]，課程結束后，學生會主動找老師對衛生情況進行核實打分，有效地培養了學生清洗實驗器具和打掃衛生的良好習慣。

2.5 做好應急預案，多向有經驗的教師請教 由于實驗課中學生的活動范圍較大，且醫學本科留學生的實驗技能不夠熟練，可能經常會發生打碎器皿的情況，而且實驗中經常要用到水電，因此安全問題這根弦一定不能放松。在實驗課準備時要備好常用的紗布和創可貼，熟悉滅火器的位置等，在開始講課前要強調安全問題。此外，老教師是個大寶藏，他們有豐富的教學經驗，年輕教師應當多向有經驗的老教師請教，預講時讓老教師聽一聽，提提意見，對提高個人的教學水平和教學質量都有幫助。比如印度留學生會用嘴巴去吸移液管，而非洲來的學生通常比較頑皮等就是筆者從老教師那里學到的。

3 明確教學目的

愛因斯坦曾引用著名教育學家斯金納的話：“當你把學校里學到的東西都忘掉以后，剩下的就是教育”。本教研組也在思考，忘掉實驗課程內容之后，學生還會記得什么？于是本教學組運用基于問題的啟發式教學方法[7][8]，增加與學生的溝通交流，把一些自然界的常見現象與本實驗建立聯系，并且告訴學生實驗中的關鍵因素是如何通過方程式影響實驗結果的，加深學生對本實驗基本原理的理解。

為了達到上述目標，本教學組做了如下教學上的改進：①在開篇引入問題：今天這么冷，為什么外面的松樹葉子仍然沒有結冰？原因是水中溶解的物質降低了冰點。②在講到使用冰鹽浴冷卻時提問：為什么冰鹽水的溫度可以低于0℃？原因是氯化鈉溶解在水中可降低水的冰點。③在解釋實驗結果時，提問：為什么蒸餾水的冰點低于0℃？原因是實驗所用蒸餾水中含有微量的離子，也會導致冰點降低。實驗測定所得葡萄糖分子量為什么不是180.16？原因是實驗中的各種測定誤差導致的。④在解釋哪些因素會影響最后的分子量測定時，本教學組根據分子量的計算公式，逐一進行解釋[11][12][13]。

4 對實驗教學內容的持續改進

在教學工作中，本教學組根據實際教學中出現的問題，不斷改進實驗方案以提高教學質量，這種做法也被其他同行所提倡[9]。在本實驗中的改進主要有以下幾點：①教學時發現有的學生在做重復測定時重新稱量了水和葡萄糖，因此在講解時特別強調重復實驗時不需要重復稱量。②氯化鈉溶解較慢，在教學過程中發現溶解氯化鈉是一個很浪費時間的過程，因此提前制備好了鹽水，學生可直接使用以節約時間。③在重復實驗時，以前是讓學生用手來加熱，考慮到上課時是1月份，雖然室內有暖氣，但溫度還是很低，因此提前準備了溫水，供學生加熱使用。④在溶解葡萄糖時需要震搖大試管，教學過程中發現有的同學非常用力，會導致液體溢出或打碎試管，因此配備了超聲儀，只需要超聲十幾秒鐘再輕輕震搖即可溶解。⑤以前溫度測量使用水銀溫度計，但由于留學生化學實驗基本操作技能不夠熟練，打碎溫度計的情況時有發生，此時還需提前準備好硫磺供老師來掩蓋水銀，既不安全也不方便，于是改用了酒精溫度計。⑥由于本實驗課的上課時間安排在臨近考試周的前一個星期，留學生備考壓力很大，因此，實驗報告都是當堂完成，以減少他們的課后壓力。本教學組還發現這樣做還有另一個好處，那就是可以及時跟學生討論實驗中出現的問題，面對面地進行指導和交流，解決數據處理方面的問題[14][15][16]。

5 小結

本文介紹了冰點降低法測定葡萄糖分子量在醫學本科留學生實驗教學中的改進并總結了近年來的教學經驗。要教好醫學本科留學生實驗課，必須多管齊下[10]，熟悉實驗原理和實驗操作步驟，做好充分的課前準備，包括預實驗、預實驗數據的處理、做好預講、掌握醫學本科留學生的特點并采取相應的措施、做好應急預案、多向有經驗的教師請教等[17]。此外，明確教學的目的，用基于問題的啟發式教學方式解釋自然界運行的原理和所教知識的聯系，可加深學生對課程的理解。另外，教師應當持續精進自己，不斷改進教學方法，提高教學質量，踐行“扶傷濟世，敬德修業”的校訓。