高校普通化學(xué)教學(xué)方法探索*

呂道飛，許軍豪，周坪駿，許 鋒，顏 健，袁文兵，陳 忻

(佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，廣東 佛山 528000)

普通化學(xué)是高等學(xué)校面向非化學(xué)類工科專業(yè)開設(shè)的一門公共必修課，該課程旨在使機(jī)械電子工程、車輛工程、食品科學(xué)工程等專業(yè)學(xué)生掌握部分化學(xué)物質(zhì)的基本性質(zhì)，了解新材料、新能源的開發(fā)技術(shù)，初步具備分析和解決與化學(xué)相關(guān)的工程技術(shù)問題的能力[1-2]。普通化學(xué)教學(xué)內(nèi)容包含化學(xué)反應(yīng)平衡、酸堿反應(yīng)、沉淀溶解平衡、化學(xué)反應(yīng)速率、氧化還原反應(yīng)等方面，可為非化學(xué)類工科專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)的專業(yè)和基礎(chǔ)課程奠定基礎(chǔ)，是一門提升學(xué)生綜合化學(xué)素養(yǎng)的重要課程。學(xué)習(xí)普通化學(xué)的學(xué)生大部分學(xué)習(xí)任務(wù)較重，普通化學(xué)課程內(nèi)容缺乏趣味性，如何提升學(xué)生對課程的興趣，是本門課教師教學(xué)方面遇到的重大難題[3]。本文提出通過巧妙的教學(xué)設(shè)計，增加教學(xué)的趣味性，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

1 普通化學(xué)教學(xué)遇到的問題

1.1 課程內(nèi)容枯燥

在這個信息化時代，學(xué)生每天都需要閱讀大量的文字，課程內(nèi)容里化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)、化學(xué)平衡原理、化學(xué)反應(yīng)速率、酸堿反應(yīng)、沉淀-溶解反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)等章節(jié)內(nèi)容涉及過多的概念和公式推導(dǎo)等內(nèi)容，還有部分的公式需要死記硬背下來，導(dǎo)致學(xué)生對于課程學(xué)習(xí)缺乏主動性[4-5]。

1.2 教師難以將教學(xué)內(nèi)容和實際生活相聯(lián)系

學(xué)習(xí)普通化學(xué)的大學(xué)生都是非化學(xué)化工專業(yè)的學(xué)生，對于普通化學(xué)這種非專業(yè)課許多學(xué)生并不太重視[6]。此外，學(xué)生們不愿意機(jī)械的學(xué)習(xí)知識，更愿意學(xué)習(xí)對于他們實際生活有用的知識。而教師們往往較少地將普通化學(xué)課本內(nèi)容和學(xué)生在實際生活中的所見或者未來就業(yè)相關(guān)的實例相聯(lián)系，使學(xué)生難以在學(xué)習(xí)普通化學(xué)課程中體會到樂趣。

1.3 教師忽略教學(xué)設(shè)計的重要性

目前高校的教師有不少一部分是非師范專業(yè)的老師，并未經(jīng)過長期的教學(xué)培訓(xùn)，對于教學(xué)設(shè)計的重要性認(rèn)識不到位。此外，許多高校老師教學(xué)任務(wù)繁重，而上好一門課程需要耗費大量的精力進(jìn)行備課和教學(xué)設(shè)計。不少老師往往只是按部就班的根據(jù)課本上的知識一一進(jìn)行講解，未能將這些教學(xué)片段合理的串聯(lián)起來，使學(xué)生學(xué)習(xí)過程較為吃力。合理的教學(xué)設(shè)計將潛移默化的培養(yǎng)學(xué)生的邏輯表達(dá)能力，更能有助于加深學(xué)生對課堂知識的理解。

2 提高普通化學(xué)教學(xué)質(zhì)量的策略

2.1 教師與學(xué)生換位思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情

要想增強(qiáng)普通化學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，關(guān)鍵在于站在學(xué)生的角度出發(fā)，上課時講出學(xué)生想聽的內(nèi)容，不讓學(xué)生感到枯燥和乏味，激發(fā)非化學(xué)化工專業(yè)類學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。只有學(xué)生具有學(xué)習(xí)普通化學(xué)課程的熱情上課才能集中注意力，在上課疲憊的時候才能促使自己認(rèn)真聽課，更好地感知、記憶、思維和想象上課的內(nèi)容，更牢固地掌握普通化學(xué)課程的知識點。當(dāng)學(xué)生帶著對化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣，以及對化學(xué)知識的探索，而不是把學(xué)習(xí)當(dāng)作一項任務(wù)甚至負(fù)擔(dān)來完成，老師的教學(xué)才能輕松且有效的進(jìn)行和完成。對于一名大學(xué)生，上課的激情和動力來源于以下幾方面：對新知識的探索欲望、為了考試不掛科需上課聽清重點、學(xué)習(xí)的知識與實際生活緊密相關(guān)、以后畢業(yè)找工作需要用到相關(guān)知識。所以，教師上課時可以講述部分與學(xué)生就業(yè)相關(guān)的知識，提升學(xué)生對課程的好感。例如，在給機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生上緒論課時，教師應(yīng)該指出機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后的就業(yè)方向，說明汽車及零件、新能源、半導(dǎo)體等方向與化學(xué)學(xué)科息息相關(guān)，讓學(xué)生體會到學(xué)習(xí)普通化學(xué)課程的重要性。以學(xué)生就業(yè)后經(jīng)常會接觸的汽車為例，汽車很多部分涉及化學(xué)和化工知識。(1)汽油：是從石油中分離C5～C12的烴類。(2)三元催化器：此催化劑主要是將CO，NOx，碳?xì)浠衔铮D(zhuǎn)為無毒的CO2和N2；催化劑中的鉑催化氧化反應(yīng)，銠催化還原反應(yīng)，但催化劑面臨中毒問題。(3)輪胎充氮氣：輪胎充入惰性氣體，可以降低損耗、噪音和油耗；(4)汽車蓄電池：化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化；(5)安全氣囊：其原理是疊氮化鈉和硝酸銨在受到猛烈撞擊時，會分解產(chǎn)生大量的N2和O2，將氣囊填充起到緩沖和保護(hù)作用。

2.2 將課堂內(nèi)容與實際生活的事例緊密結(jié)合

普通化學(xué)課程內(nèi)容雖然大部分是基礎(chǔ)知識，但它與生活聯(lián)系緊密，現(xiàn)代社會的衣、食、住、行都離不開化學(xué)。教師要善于挖掘出課堂內(nèi)容和實際生活相關(guān)的案例，使學(xué)生增強(qiáng)學(xué)習(xí)普通化學(xué)課程的積極性，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。例如，在講述電解質(zhì)可以使膠體聚沉這部分內(nèi)容時，可聯(lián)系實際生活：要想將黃豆制成豆腐，需要在磨好的黃豆汁中加入石膏(主要成分CaSO4)，主要是為了使蛋白質(zhì)膠體聚沉為豆腐塊。在講述化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)部分內(nèi)容時，向?qū)W生提問天然氣(主要為甲烷)和液化石油氣(主要為丙烷和丁烷)的成分區(qū)別是什么。給出天然氣和液化石油氣的價格以及熱值，讓學(xué)生對比計算這兩種氣體能夠放出的熱量多少，并讓學(xué)生得出結(jié)論日常生活中使用哪種氣體更經(jīng)濟(jì)。在講述濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響時，向?qū)W生介紹生活中在爐子中用木材燒水，給爐子扇扇子或者加裝鼓風(fēng)機(jī)可使木材的火焰更旺盛的案例，使學(xué)生能夠深刻的體會到反應(yīng)物(空氣)濃度增大，化學(xué)反應(yīng)速率加快的現(xiàn)象。在講述酸堿反應(yīng)章節(jié)時，可以向?qū)W生介紹生活中常見的酸(如食醋、蘋果汁、葡萄汁、櫻桃、檸檬汁、胃液)和常見的堿(小蘇打、蘇打水、生石灰、草木灰、肥皂水)，同時向?qū)W生講述生活中當(dāng)被螞蟻咬傷后涂少量的肥皂水可以緩解疼痛，主要是因為堿性的肥皂水可以和螞蟻留下的蟻酸發(fā)生酸堿中和反應(yīng)。

3 “稀溶液的依數(shù)性之滲透壓”教學(xué)片段設(shè)計

稀溶液的依數(shù)性是普通化學(xué)課程第一章分散系里面的重點教學(xué)內(nèi)容，稀溶液的依數(shù)性指的是稀溶液蒸氣壓下降、沸點升高、凝固點下降和滲透壓。為證明合理的教學(xué)設(shè)計對于提高教學(xué)質(zhì)量具有巨大作用，本文提供“稀溶液依數(shù)性之滲透壓”教學(xué)設(shè)計方案，希望對于普通化學(xué)的教學(xué)具有積極的促進(jìn)作用。

3.1 溫故知新-稀溶液的依數(shù)性之凝固點降低

通過講述純水、20%鹽水和30%鹽水的凝固點分別為0 ℃、-19 ℃和-55 ℃的事實，表明相較于純?nèi)芤?如，水)，稀溶液的凝固點降低多少，與溶液的濃度大小相關(guān)，即與溶液中溶質(zhì)粒子數(shù)量相關(guān)。然后，將冬天在結(jié)冰路面上撒鹽可以幫助結(jié)冰路面除冰的生活實例分享給學(xué)生，表明學(xué)習(xí)稀溶液的依數(shù)性之凝固點降低部分內(nèi)容具有實際意義，加深學(xué)生的印象以及增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.2 拋磚引玉-思考生活中的現(xiàn)象

在講完稀溶液的依數(shù)性之凝固點降低部分內(nèi)容后，再引入課堂學(xué)習(xí)的新內(nèi)容：稀溶液的依數(shù)性之滲透壓。在正式學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容前，拋出兩個問題：(1)幾米高的樹木是如何將水從地面輸送到樹梢？(2)為什么由鹽腌制的咸菜不易變質(zhì)，可長期保存？讓學(xué)生帶著這兩個問題慢慢進(jìn)入到稀溶液的依數(shù)性之滲透壓這部分內(nèi)容學(xué)習(xí)中。

3.3 抽絲剝繭-認(rèn)識半透膜、滲透現(xiàn)象、滲透壓、滲透方向

學(xué)習(xí)滲透壓概念之前，先讓學(xué)生了解半透膜的概念。解釋半透膜是允許溶劑分子通過，而不允許溶質(zhì)分子通過的薄膜。再通過制作動畫讓學(xué)生可以直觀的看到滲透現(xiàn)象，如圖1所示。然后，采用提問的方式，詢問如何阻止?jié)B透發(fā)生，進(jìn)而引入滲透壓是阻止?jié)B透發(fā)生需施加的最小壓力的定義。再表明滲透壓計算公式π=cRT，c為溶液的濃度，R為常數(shù)，T為溶液的溫度，由此可見，滲透壓和溶液濃度成正比，而溶液濃度和溶質(zhì)粒子數(shù)量有關(guān)，因此，可引出滲透壓屬于稀溶液的依數(shù)性這一說法。而后，向?qū)W生提出兩個問題：(1)假如將圖1(a)中的糖水換成純水是否還是發(fā)生滲透現(xiàn)象？(2)假如將圖1(a)中的半透膜移走是否會發(fā)生滲透現(xiàn)象？通過這樣的提問，引發(fā)學(xué)生的思考，并給學(xué)生揭示發(fā)生滲透的兩個必要條件：第一，需要有半透膜存在；第二，半透膜兩側(cè)溶液需要有濃度差。同時，通過動畫里純水向糖水中移動的現(xiàn)象，向?qū)W生表明滲透方向是溶劑從低滲透壓溶液向高滲透壓溶液移動。

圖1 滲透發(fā)生前(a)和滲透發(fā)生后(b)

3.4 學(xué)以致用-解釋生活中的現(xiàn)象

了解滲透現(xiàn)象之后，向?qū)W生介紹滲透在日常生活中實際應(yīng)用案例，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。首先，應(yīng)用滲透壓理論解釋臨床上輸液的問題。介紹人體的血漿滲透濃度(280～320 mmol/L)，而人的細(xì)胞膜則屬于半透膜，假如輸液時采用的液體濃度低于280 mmol/L，人體的紅細(xì)胞則會皺縮，人容易出現(xiàn)血栓；假如輸液時采用的液體濃度高于320 mmol/L，人體的紅細(xì)胞則會脹大，人容易出現(xiàn)溶血，十分危險。輸液常用的是0.9%NaCl溶液(308 mmol/L)和5%葡萄糖溶液(280 mmol/L)，這些溶液濃度設(shè)定是為了使溶液為等滲溶液，不影響人體細(xì)胞的含水量，保持人體健康。

另外，也介紹尿毒癥患者需要進(jìn)行腎透析是因為人體的腎透膜(一種半透膜)出現(xiàn)病癥，一些代謝的有害物質(zhì)無法排出體內(nèi)。醫(yī)學(xué)上采用“人工腎臟”對患者進(jìn)行血液透析所用到的透析液也是血液的等滲溶液，透析液的溶質(zhì)是人體必需的一些電解質(zhì)。

同時，也用滲透壓理論解釋開課前提到的兩個問題。幾米高的樹木能將水從地面輸送到樹梢，是因為樹梢缺水，導(dǎo)致細(xì)胞液濃度高，滲透壓導(dǎo)致水由低濃度(地面)移向高濃度(樹梢)。由鹽腌制的咸菜不易變質(zhì)是因為鹽水濃度高，由于存在滲透現(xiàn)象，所以空氣和蔬菜中的細(xì)菌將會脫水或殺死，因此，咸菜不易變質(zhì)。

3.5 歸納總結(jié)-滲透壓知識要點

總結(jié)上課講的內(nèi)容，讓學(xué)生重點學(xué)習(xí)滲透現(xiàn)象和滲透壓的概念，掌握滲透發(fā)生的必要條件，會計算滲透壓的大小，并且了解滲透壓在實際生活中的應(yīng)用。

3.6 課外拓展-參考文獻(xiàn)及資料

提供給學(xué)生一些關(guān)于滲透壓研究的最新文獻(xiàn)、書籍以及相關(guān)的學(xué)習(xí)資料，供感興趣的學(xué)生課外繼續(xù)進(jìn)行拓展和延伸。

3.7 舉一反三-留下思考題

在課程內(nèi)容總結(jié)之后，下課前留下思考題“如果把海水中的魚放到淡水湖里養(yǎng)會如何？”下次上課前和學(xué)生進(jìn)行討論，海中的魚不能在淡水湖中養(yǎng)，因為海魚身體內(nèi)細(xì)胞濃度和鹽水濃度相同，放入淡水后會發(fā)生滲透現(xiàn)象，打破其身體內(nèi)原本的平衡，導(dǎo)致海魚死亡。

4 結(jié) 語

如何進(jìn)行普通化學(xué)教學(xué)方法的改革是許多大學(xué)老師一直在思索的問題。本文提出通過合理串聯(lián)教學(xué)內(nèi)容，教師與學(xué)生換位思考，教學(xué)內(nèi)容聯(lián)系到實際應(yīng)用，進(jìn)行巧妙的教學(xué)設(shè)計，并用一些生動的動畫，達(dá)到增加學(xué)生學(xué)習(xí)普通化學(xué)課程興趣的方法。另外，要想上好普通化學(xué)這門課程，需要廣大老師花費較多的精力進(jìn)行備課，了解學(xué)生的訴求，因材施教，才能達(dá)到更好的教學(xué)效果。