工科学院大学化学中渗透压的启发式教学

杨 燕，张宪玺，李爱峰

(聊城大学化学化工学院，山东 聊城 252000)

大学化学是高等工程教育中实施素质教育的必备基础课程，是高等学校大多数工科专业必不可少的一门课程，承担着化学与工程技术之间的重要桥梁作用，是培养全面发展的素质高、能力强的现代化人才的重要环节[1]。然而，普遍存在的现状是大多数工科专业的学生对化学知识的学习不够重视，认识不到位，存在“化学知识与专业知识相关性不大”、“只学一个学期能学到啥”“学了以后也用不到”等错误认识，因而部分学生在课堂上不够用心，提不起兴趣，积极性和参与度不高，导致教学效果不乐观。如何激发工科学生对大学化学的学习兴趣，让学生认识到化学与工程是密不可分的，与日常生活是息息相关的，提升课堂教学的质量，成为每一名承担工科专业大学化学的教学工作者亟待解决的问题。在日常的教学实践中，我们发现，采用启发式教学，重视理论与实践相结合，适当引入一些与生活和生产实践密切相关的案例，让学生体会到学习化学知识的乐趣，体验到运用所学化学知识去解释日常生活现象的成就感，效果喜人。

本文以机械电子工程专业学生为授课对象，以大学化学课程中的“溶液的渗透压”这一知识点为例，在充分进行教材分析和学情分析的基础上，采用启发式教学，适当引入日常生活和生产中的案例，贯彻理论与实践相结合，告别传统的“灌输式”教学模式，增加学生的学习兴趣及对课堂的参与度，以期在传授知识的同时，创造良好的教学效果。

1 “溶液的渗透压”的课程设置基础

1.1 教材分析

机械电子工程专业选用的教材是合肥工业大学出版社出版，由史成武、倪良主编的省级规划教材《大学化学》(非化学化工类)第二版。“溶液的渗透压”是教材第二章“溶液和离子平衡”第一节“溶液的通性”中的一个知识点，属于非电解质稀溶液的依数性之一，是本节的重点和难点内容。同时，该知识点与日常生活和医学应用密切相关，通过对该知识点的学习，可增强学生运用知识去分析和解决问题的能力，培养学生理论与实践相结合的理念。

1.2 学情分析

大学化学的授课主体是聊城大学机械与汽车工程学院机械电子工程专业大学一年级的学生。山东省普通高校招生夏季考试自2020年起实行“3+3”模式，除了语文、数学、外语3科外，考生从思想政治、历史、地理、物理、化学、生物等6科中选报3科[2]。因此，在所有授课对象中，有一部分学生具有高中阶段化学知识的学习和累积，为此次课的学习提供了良好的理论基础。但是，不可忽略的是，存在一部分同学，因为高考时没有选考化学科目，只具备高中一年级的化学知识基础，因此对大学化学中的知识点，尤其是重点和难点内容，接受起来存在着一定的困难。另一方面，此次授课的对象为“00”后，他们出生在科技日新月异的年代，热衷于追求新鲜事物，不喜欢循规蹈矩的生活，思想观念多元化，因此传统的老师单向灌输、学生被动接受的授课方式已经不适用于他们[3]。在教学过程中，需要引入更多具有吸引力和视觉冲击力的元素，例如动画、图像、表格、视频等，将生活中的实际案例融入课堂，理论联系实际，增加学生在课堂教学中的参与度，活跃课堂气氛，在轻松愉悦的气氛中实现传授知识的目标[4]。

2 “溶液的渗透压”的启发式教学设计

由于溶液的渗透压这一概念的抽象性，简单的语言阐述不利于学生的理解。所以授课的时候应注意由简入繁，由浅入深。渗透压与日常生活和生命体具有密切的联系，因此在教学的过程中，通过引入日常生活和临床案例，例如：腌制黄瓜的时候撒盐，黄瓜就会失水发蔫；输液的时候为什么要选择0.9%的生理盐水等，引发学生思考，进而通过现象的剖析，让学生理解渗透现象，激发学生学习化学的热情，提高学生参与课堂的积极性与主动性[5]。在课程设计上可将本节课分为以下几个部分：问题导入—实验演示—“渗透压”概念引入—例题解析—“渗透压”的应用—反渗透现象的引入与应用7部分，教学流程简化如图1所示。在“溶液的渗透压”一知识点的授课中，启发式教学可以从下面五个环节实施：“渗透压”的导入、“渗透压”的定义、渗透压的发现史、渗透压的应用和反渗透现象。

图1 教学流程图

2.1 “渗透压”导入部分

课堂以抛出日常生活中的问题开始，激发学生的兴趣，引发学生的思考[6]。

(1)腌制黄瓜时，为什么撒上食盐后，黄瓜会发蔫？

(2)输液的时候为什么要选择0.9%的生理盐水？

(3)剧烈运动过后，为什么宜饮用淡盐水？

问题一经提出，学生已经产生了浓厚的兴趣，开始激烈的讨论。此时，以动态的实验演示“搁置在清水与盐水中的黄瓜条的形态变化”，让学生怀抱着疑问和兴趣去观察实验现象，从直观的实验现象中领悟渗透压和渗透现象。这种启发式教学方式能够增加学生的参与度，激发学生的学习兴趣，锻炼学生的思考能力、观察能力和解决问题的能力。通过学生自身的观察和思考，总结出渗透压的定义，加强记忆[7]。

2.2 “渗透压”的定义

接下来，用课件上的动画展示低浓度葡萄糖溶液与高浓度葡萄糖溶液之间的渗透现象，引导学生思考：在一个U型玻璃管的两侧，分别盛有低浓度和高浓度的葡萄糖溶液，在U型玻璃管的底端放置一张半透膜，将两种不同浓度的溶液隔开，此时两侧溶液的液面高度一致。随着时间的推进，高浓度一侧液面不断升高，低浓度一侧液面不断下降，最终两侧液面高度不再发生变化，在两侧液面间出现了一定的高度差。动画展示完毕，立即向学生发出提问：为什么会出现这样的实验现象？分组讨论后，推选代表学生阐述观点。根据教学经验，学生的理解往往不够深入，大多数学生认为产生该现象是由于水分子由低浓度溶液一侧向高浓度溶液一侧扩散[8]。这种理解是片面的，实际情况是：半透膜上的微孔只允许水分子通过，半透膜两侧溶液中的水分子会同时向对侧扩散。由于两侧溶液浓度不同，水分子的浓度亦不同。低浓度溶液一侧，水分子浓度高；高浓度溶液一侧，水分子浓度低。因此，水分子扩散的速度为：低浓度溶液→高浓度溶液>高浓度溶液→低浓度溶液，最终导致高浓度一侧溶液液面升高。至此，通过问题引入-实验演示-动画展示-分组讨论-教师引导，学生清晰的理解了渗透现象产生的原因。继而再次发问：如果没有半透膜的存在，会出现上述现象吗？如果半透膜两侧溶液浓度相同，会出现上述现象吗？再次引发学生的思考和讨论，最终引导学生总结出渗透现象和渗透压的定义、渗透现象产生的原理和条件、渗透发生的方向等。基于此类启发式教学，由浅入深，由现象到本质，使学生在观察和归纳中达到学习和掌握知识的目的[9]。

2.3 “渗透压”的发现史

那么，渗透现象和半透膜是如何被发现的呢？

大约200多年前，为了改良酿酒的方法，有人设计了一个实验：用动物的膀胱膜将一个盛满酒精的圆玻璃桶口封紧，然后把封住的桶口浸到水里。不久便发现，膀胱膜鼓起来了。这是为什么呢？很显然，水分子透过膀胱膜进入桶里，桶内的液面升高，导致膀胱膜鼓出。然而，膀胱膜并没有空隙，为什么会出现这种现象呢？后来经过科学家反复研究，发现膀胱膜允许水分子透过，而不允许酒精透过。科学家还发现除了动物的膀胱膜外，生物体内的细胞膜、肠衣等都具有这种功能。因而，人们把这种只允许部分分子(如水分子)通过，而不允许其它分子不能通过的薄膜称为半透膜[10]。

历史可以明鉴，化学史亦是如此。在学生理解了渗透压的定义，半透膜及渗透现象之后，讲述渗透现象的发现史，有利于唤醒学生学习化学的主动性和积极性，让学生真切的感受到科学源于生活，体会到学习化学的重要性。同时，让学生认识到科学探究的过程就是从发现问题开始，激发学生敢于质疑、敢于探索、敢于创新的勇气。

2.4 “渗透压”与人们生活

通过前面的讲述，学生对渗透压及渗透现象已经有了一定的理解，在此基础上，对课前提出的问题做出简答：(1)腌制黄瓜时，撒上食盐，使黄瓜细胞内的水份大量流失而发蔫；(2)人体血液的渗透压约为0.78 MPa，为了维持血管里正常的渗透压，因此临床上往血管里输液时，要选择等渗溶液，即0.9%的生理盐水；(3)剧烈运动，人体出汗过多，适当补充淡盐水，可以补充身体内流失的无机盐。这样不仅顺利完成了教学任务，同时提升了学生分析问题、解决问题的能力，培养学生的逻辑思维能力，达到事半功倍的效果。

2.5 反渗透现象

当作用在溶液上的额外压力超过渗透压时，会产生什么现象呢？提出问题，引发学生的思考。此处，教师应引导学生自主思考并归纳，同时利用课件上的动画演示反渗透现象。反渗透现象在日常生活和生产中，应用也非常广泛，鼓励学生思考，列举出反渗透的应用实例，教师加以引导。以神舟十三号飞船的发射为例进行阐述：2021年10月16日6时56分，随着神舟十三号飞船与天和核心舱成功对接，中国空间站建设工作又向前迈进了一步，三名航天员开启了在太空为时半年的生活和研究，是我国航空航天事业的里程碑事件。那么，三名航天员在太空中工作半年之久需要消耗大量的水，这么多水从哪里来呢？直接用载人飞船运上去吗？神舟十三号飞船的发射，是举国关注的大事件，提出这个问题，学生必然会产生极强的好奇心，进行激烈的讨论。教师引导学生得出正确的理解：天宫空间站安装了一套水循环处理系统，配备了一套非常先进的高分子反渗膜的过滤装置，通过该过滤系统把各种废水，比如冷却系统的冷却水、空调的冷凝水和航天员自己的尿液等，过滤纯化为水质达到标准的饮用水，供航天员饮用。通过神舟十三号载人飞船案例的引入，不仅实现了传授知识的目标，同时增加了学生的民族自豪感和认同感，培养学生的爱国情怀，增强维护国家荣誉和尊重民族英雄的意识。

3 归纳总结，布置作业

授课内容完成后，引导学生总结本次课的知识要点，留出课后思考题：

(1)过度饮水后，为什么会出现水中毒的现象？

(2)肾病患者进行血液透析的原理是什么？

(3)海鸥在海上飞行，是直接喝海水吗？

加深学生对知识的理解和吸收，同时增强学生运用所学知识分析问题和解决问题的能力。

4 结 语

运用启发式教学，注重理论与实践相结合的理念，通过对生产生活的实际案例的分析，在一种相对轻松的气氛中使学生掌握抽象、枯燥的理论知识，让工科专业的学生爱上化学。同时，通过对实验现象的观察、归纳和总结，提升学生分析问题和解决问题的能力。本文以机械电子工程专业大学化学课程中“溶液的渗透压”一知识点为例，采用启发式教学，告别传统的“灌输式”授课方式和枯燥沉闷的课堂，在对实际案例的分析中学习知识，增强了学生对课堂的兴趣，深受学生的喜爱。值得一提的是，启发式教学，不仅增加了学生学习的兴趣，同时使教师的工作热情得以大大的提高。