“稀溶液的依数性”多维互动教学模式的探索

doi:10.3866/PKU.DXHX201901030

摘要/Abstract

摘要：

"稀溶液的依数性"是化学化工及生物医学类专业必修的教学内容。多维互动教学模式以教师为主导，学生为主体，通过师生、生生、小组与小组之间的多维互动，培养学生学习兴趣、合作意识和自主学习能力。介绍了"稀溶液依数性"多维互动教学模式实施过程，包括明确互动目的、构建学习小组、提出互动问题、开展互动活动及实施互动评价等环节，通过小组探索、小组汇报、小组讨论等形式组织教学，达成多维教学目标。

关键词: 稀溶液依数性, 多维互动教学模式, 自主学习, 合作学习, 综合素质

Abstract:

Colligative properties of dilute solutions are the basic contents for chemistry, chemical engineering and biomedicine majors. The teaching model of multidimensional interact takes teachers as the leader and students as the main body. Through the multi-dimensional interaction among teachers and students, students and groups, students' interest in learning, strong sense of cooperation and independent learning ability can be cultivated. This paper introduces the implementation process of the multi-dimensional interactive teaching mode of "colligative properties of dilute solutions", which includes clarifying the purpose of interaction, constructing learning groups, raising interactive questions, launching interactive activities and implementing interactive evaluation, etc. Multi-dimensional teaching goals can be achieved through group explorations, group presentations and group discussions.

Key words: Colligative properties of dilute solution, Multi-dimensional interactive teaching mode, Self-access learning, Cooperative learning, Comprehensive quality

严平,曹小华,黄华南,占昌朝,周影,雷艳虹. “稀溶液的依数性”多维互动教学模式的探索[J]. 大学化学, 2019, 34(7): 23-30.

Ping YAN,Xiaohua CAO,Huanan HUANG,Changchao ZHAN,Ying ZHOU,Yanhong LEI. Exploring the Multi-Dimensional Interactive Teaching Mode in Teaching of Colligative Properties of Dilute Solutions[J]. University Chemistry, 2019, 34(7): 23-30.

链接本文: https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.DXHX201901030

https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/Y2019/V34/I7/23

图/表 12

表1

表2

表3

表4

《基础化学》教材稀溶液的依数性章节内容存在的不足"

	蒸气压下降	沸点升高和凝固点降低	渗透压
教材存在问题及更正建议^[3]	(1)压力与压强混为一谈(压力和压强的单位分别是N和Pa)；建议将压力改成压强。 (2)无认是固体还是液体，蒸气压力大者称为易挥发性物质，蒸气压力小者称为难挥发性物质(大小是相对的，具体判断依据？)；建议给出具体判断依据或进一步说明(如用摩尔蒸发焓衡量纯物质挥发能力) ^[11]。 (3)溶液中部分液面或多或少地被难挥发性的溶质分子占据，导致溶剂的比表面积相对减小，所以单位时间内溢出液面的溶剂分子数目相对纯溶液要少，导致溶剂的蒸气压力下降(虽然解释形象生动，易于学生理解，也基本符合生活经验，但解释不够严谨。实际上液体蒸气压与分子间作用力有关，建议将教材附图1改成图2) ^[5]。 (4)未对挥发性溶质的稀溶液蒸气压变化规律进行比较说明。建议补充说明。 (5)缺乏蒸气压降低感性认识材料，建议补充通过简单方法证实稀溶液蒸气压降低的材料^[12]。	(1)教材P14，实验表明，溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点(实际上，若为挥发性溶质，则溶液的沸点反而降低)。 (2)教材附图(图3(a))对凝固点标注错误(凝固点是固液二相平衡时对应的温度(一定压强下)，A点是水固液气三相平衡点(609.007 Pa，273.16 K)^[3]，并不是水的凝固点(1.01 × 10⁵ Pa, 273.15 K)，正确配图为图3(b))。 (3)未指出相同情况下，为什么凝固点降低比沸点升高更明显(由于升华焓大于蒸发焓) ^[13]。	(1)教材P17渗透压定义(配图见图4(a))：将纯溶剂与溶液以半透膜隔开时，为维持渗透平衡所向溶液上方施加的最小压力(错把渗透压测定方法当成渗透压定义)。正确的定义应该是：用半透膜把两种不同浓度的溶液隔开时发生渗透现象，到达平衡时半透膜两侧溶液产生的压强差，建议将图4(a)改成图4(b)。 (2)未指出Π与蒸气压下降内在逻辑联系(渗透压大小取决于溶液蒸气压下降值，见图5) ^{[14, 15]}。
计算公式	Δp = p⁰x_B = p⁰M_Ab_B/1000 Δp = Kb_B p = p_A × x_A	ΔT_b = T_b − T_b⁰ = K_bb_B ΔT_f = T_f − T_f⁰ = K_fb_B	Π = c_BRT ≈ b_BRT公式中： c_B/(mol∙L⁻¹); Π/kPa; V/L; R = 8.31 kPa∙L∙K⁻¹∙mol⁻¹
思考	如何通过简单方法证实稀溶液蒸气压降低？如何测定溶液的蒸气压？	如何测定物质的凝固点和沸点？如何通过凝固点降低测定分子量？	如何测定溶液的渗透压？渗透压与蒸气压降低的逻辑关系？
创新与应用	(1)常见饮料的渗透压测定结果(表5) ^[16]。 (2)反渗透(渗透的逆过程)原理见图5，在海水淡化(能耗仅为蒸馏法的30%)、工业废水处理、浓缩溶液等方面都有广泛应用。 (3)稀溶液的依数性只适用于难挥发的非电解质稀溶液(0.2 mol∙kg⁻¹以下)，对电解质溶液或浓度较大的非电解质溶液，由于溶质的溶剂极化及溶质微粒间作用力，溶液的依数性规律将发生偏差^[17]。对电解质的稀溶液，其依数性计算公式只要在非电解质稀溶液依数性计算公式基础上引入校正因子i，1 < i ≦电解质解离出的离子个数。如对电解质溶液ΔT_f = T_f − T_f0 =iK_fb_B。浓度均为0.01 mol∙kg⁻¹的HF、KCl、K₂SO₄、MgSO₄、K₃Fe(CN)₆溶液，通过凝固点降低实验测定其i分别为1.290、1.943、2.798、1.618、3.604。 (4)稀溶液依数性计算公式间的内在逻辑联系见图6 ^{[13, 14]}，其中克劳修斯-克拉贝龙方程、拉乌尔定律和理想气体状态方程分别见式(1)、式(2)和式(3)。

表4

图1

图2

图3

图4

图5

图6

表5

表6

参考文献 17

1	魏祖期; 刘德育. 基础化学, 第8版北京: 人民卫生出版社, 2013, 11- 24.
2	孟长功. 无机化学, 北京: 高等教育出版社, 2018, 18- 25.
3	傅献彩;沈文霞;姚天扬. 物理化学, 第4版北京: 高等教育出版社, 2018, 18- 25.
4	高胜利; 陈三平; 谢钢; 杨奇. 大学化学, 2010, 25 (5), 66.
5	柳建新; 唐善法; 刘卫红; 吴一慧. 化学教育, 2017, 38 (6), 60.
6	曹小华; 雷艳虹; 严平; 叶姗; 谢宝华; 陈浩. 化学教育(中英文), 2018, 39 (6), 15.
7	曹小华; 占昌朝; 徐常龙; 严平; 雷艳虹; 肖国光. 实验技术与管理, 2018, 35 (8), 174.
8	舒悦. 外国教育研究, 2007, 34 (2), 21.
9	韩彦岭; 张云; 周汝雁; 洪中华; 张明华; 徐利军. 实验室研究与探索, 2014, 33 (11), l79.
10	郑湘娟; 李凤丽; 迟宝珠; 李志美; 余淑娴. 化学教育, 2017, 38 (14), 40.
11	王正; 石加顺; 孔辉; 肖赛君. 化学教育, 2018, 39 (10), 18.
12	罗鹏. 化学教育, 2015, 36 (13), 69.
13	NashL. K.. 化学通报, 1982, 10, 49.
14	邢子祥. 榆林高专学报, 1996, (1), 38.
15	余志雄. 宁德师专学报(自然科学版, 1998, 10 (2), 47.
16	项望楚. 益阳师专学报, 1984, S2, 43.
17	刘慧中; 孙乐群; 蔡玉兴; 金玉杰; 李宁. 实验室科学, 2014, 17 (5), 142. doi: 10.3969/j.issn.1672-4305.2014.05.043

组别	第一小组	第二小组	第三小组	第四小组	第五小组
具体任务分工	什么是稀溶液的依数性？蒸气压降低的概念、产生原因、计算公式(拉乌尔定律)及在生产生活中的应用。蒸气压测定方法。	凝固点降低及沸点升高的概念、产生原因、计算公式及应用。凝固点和沸点的测定方法。为什么凝固点降低比沸点升高更显著？	渗透压的概念、产生原因、半透膜性质、计算公式，及在生产生活和临床医学中的应用。渗透压的测定方法。	电解质溶液依数性计算公式。稀溶液依数性计算公式的内在联系。	稀溶液依数性探索发展历史，市场上常见饮料渗透压的测定及比较。
具体要求	(1)小组长负责小组分工，并及时记录本小组全体成员任务分工及完成、考勤情况等； (2)各小组所负责知识点在生产生活中的应用，应列举不少于3例； (3)每组指定一人进行PPT汇报，汇报内容包括相关依数性概念、产生原因、计算公式及生产生活中的应用，小组探究结论等。

t/min	步骤及内容
15	(1)小组汇报：指定专人汇报本小组自主探究情况、获取的知识及得出的结论，成员可以随时补充。
10	(2)质疑释疑：师生对小组汇报情况进行提问，互动、反馈、释疑、解惑，破解难点、疑点。允许学生随时使用手机搜索资料。
10	(3)巩固提升：教师提供精心准备的专项习题或案例，供学生在课内规定时间内练习、内化、发现。
10	(4)升华应用：师生第二次反馈、互动、总结，归纳重点，综合应用。

评价主体	个人任务完成情况(工作量和质量)占总评15%	互动参与情况(回答问题次数及正确率)占总评15%	小组讨论出勤情况占总评10%	练习或案例完成情况(速度和正确率)占总评20%	小组PPT汇报情况(课件形式、内容及汇报水平)占总评20%	小组小论文撰写情况(字数、格式和内容)占总评20%
个人自评
小组评价
教师评价

饮料	渗透浓度/(mmol∙L⁻¹)	结论
可口可乐	683	高渗
佳得乐	286	等渗
果缤纷	568	高渗
冰红茶	606	高渗
乌龙茶(低糖)	84	低渗

班别	人数	对授课内容的理解程度				对授课方式的满意度				对教学效果满意度				教学参与度			单元测试平均成绩
班别	人数	很清楚	清楚	一般	不清楚	很满意	满意	一般	不满意	很满意	满意	一般	不满意	积极	一般	未参与	单元测试平均成绩
实验班	40	33	4	2	1	30	7	3	0	21	14	4	1	28	13	0	91.3
对比班	41	19	12	7	3	9	17	13	2	9	16	12	4	10	24	7	82.1