“稀溶液的依数性”多维互动教学模式的探索
Exploring the Multi-Dimensional Interactive Teaching Mode in Teaching of Colligative Properties of Dilute Solutions
通讯作者:
收稿日期: 2019-03-27 接受日期: 2019-04-2
基金资助: |
|
Received: 2019-03-27 Accepted: 2019-04-2
Fund supported: |
|
"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:
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.
Keywords:
本文引用格式
严平, 曹小华, 黄华南, 占昌朝, 周影, 雷艳虹.
YAN Ping.
1 资料与方法
1.1 一般资料
选择我校临床医学专业2017级2个本科班作为研究对象,其中A1711班(40人,甲班)作为实验班,采用多维互动式教学;A1712班(41人,乙班)作为对比班,沿用传统式教学。两班均为学校招办随机编班,学生在性别比例、年龄结构、入学总成绩、理综成绩、教育背景等方面差异无统计学意义。
1.2 教学方法
教材为“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材、卫生部“十二五”规划教材《基础化学》(第8版),魏祖期等主编,人民卫生出版社出版[1]。课程总计56课时,其中“稀薄溶液的依数性”安排4课时,包括课内讲解及习题等。
传统教学模式以知识讲授法为主,教师往往“由生活现象引入主题–详细讲解定义–粗浅介绍应用–简单推导公式–重点讲解公式–课后习题巩固”,学生大多“识记定义–了解应用–理解公式–运用公式–习题巩固”。该过程重在知识灌输,以学生掌握稀溶液依数性的计算公式为教学重点,要求教师在规定课时内讲完知识点即可。不须特别设计教学情境、案例、问题,无须特别顾及师生的感受,课堂上互动较少,缺乏深入探究和讨论[4]。
2 多维互动教学模式实施过程
2.1 革新理念,明确互动教学目标
根据专业人才培养方案及教学大纲的要求,结合班级学生特点,课程组教师加强集体备课,讨论并确定以下多维教学目标:(1)知识目标:了解稀溶液依数性,探索发展历史,掌握稀溶液蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低、渗透压的概念及计算公式,深刻理解稀溶液依数性产生的原因,熟悉稀溶液依数性计算公式之间的换算及应用;(2)能力目标:能综合应用稀溶液依数性知识,解决比较复杂的实际问题,培养学生自主学习能力、合作能力、创新能力和知识应用能力;(3)情感目标:通过稀溶液依数性化学史知识的介绍,培养学生正确的学习观、世界观、人生观和价值观,通过“产学研用”理论联系实际,激发学生自主学习热情。
对比班则沿袭传统教学目标:掌握稀溶液依数性的概念、产生原因及计算,熟悉稀溶液依数性之间的换算,会利用依数性计算溶质的相对分子质量,了解电解质溶液的依数性及渗透压在医学上的意义。仅强调知识和能力目标,不关注情感目标。
2.2 加强培训,构建学习小组
课前4周,课题组负责人对实验班教师和学生进行多维互动教学模式基础知识和技能培训,培训内容包括多维互动教学模式基础知识(实施原则、意义和措施)、互动式教学方法(如CBL教学法、PBL教学法和TBL教学法)介绍、多维互动教学目标及要求等。
学习小组有助于团队成员间相互学习、相互促进,对保证教学效果、达成教学目标尤为重要。课前,教师按“组内异质(即在小组内按照优秀、中等、后进三个层次来分配学生,实现差异化分组,让小组成员之间形成互助和协作的关系)、组间同质(对小组进行均衡化的资源配置,根据一定的标准,把学习成绩、能力、性别、性格、家庭背景等不同的学生,相对均衡地分配到小组中去,使得组与组之间差异不大,有利于小组之间开展学习竞争)、自愿组合、协商确定”的分组原则,按每8位学生一组,将全班学生分成5个和谐的学习小组,每个小组推选一名小组长。明确各小组任务及成员具体分工(表1)。要求各小组提前预习教材内容,熟悉稀溶液依数性的基础知识,回答相关互动问题(课前3周给出),完成课后相关习题。要求各小组针对具体的学习任务,提前搜集并整理相关资料、制作汇报PPT (15 min左右)及撰写小组小论文(不少于2000字)。
表1 各小组具体任务分工和要求
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。 |
对比班不单独成立学习小组,也不对教学方法进行特别解释和强调,同样在课前3周给出学习问题(稀溶液依数性的概念、产生原因、计算公式及简单应用等),要求学生提前预习和自学。
2.3 基于问题导向,开展互动探究活动
精心设计问题,设疑激趣,激发学生强烈的学习兴趣和求知欲望。针对本章节内容,课程组集体备课,研讨设计以下互动问题,师生共同体验互动活动,共享自主探究知识的乐趣。为保证教学效果和节省课时,教师提前3周发布互动问题,要求学生利用课前、课间或课后时间开展自主探索。
联系生活,引入课题。由生活生产中的现象、问题,引出依数性的概念,如:为什么MgCl2固体暴露在空气中时易潮解(蒸气压降低。由于其饱和溶液蒸气压太低,当它们的固体暴露在空气中时,会因吸收空气中的水分而潮解)?为什么油汤烫伤比开水烫伤更严重(沸点升高)?冬天交警为什么在路面撒粗盐(凝固点降低)?植物施肥过浓为什么会枯萎(渗透压)?为什么长期缺盐的人会出现水肿(渗透压)?海水中的鱼为什么不能在淡水中生存(渗透压)?医院输液时生理盐水和葡萄糖溶液的浓度是多少(9.0和50.0 g∙L−1),浓度过高或过低是否可以(不行,应输入等渗溶液(等渗溶液是指渗透压与血浆渗透压相等的溶液))?为什么可口可乐越喝越渴(高渗溶液)?海水如何淡化(反渗透),等等。面对这些熟悉但难以正确回答的问题,学生思维进入兴奋状态,产生强烈的求知欲望。要求学生课前通过网络自主查阅文献,努力寻求答案。课堂上,教师可采取抢答或点名回答的形式检查学生预习和自主学习情况。
研教融合,以研促教。学生自学和查阅文献资料,初步了解稀溶液依数性概念及在计算公式的基础上,进一步提出以下问题:(1)什么样的稀溶液才表现出依数性(概念及适用范围),稀溶液依数性(蒸气压降低、沸点升高、凝固点降低和渗透压)产生的原因及计算公式,稀溶液依数性计算公式内在的逻辑联系,稀溶液依数性发展历史等。课前,要求各小组针对本组负责的相关知识点,至少查阅并比较5本不同教材和10篇期刊论文中的相关论述,列出主要参考内容及相应文献。开展比较学习,特别是善于发现所选用教材对相关知识点阐述存在的不足[1]。有条件的可申请开放实验,通过比较学习和实验探究,培养学生科研素养,深化学生对稀溶液依数性相关知识点的理解,做到“知其然,知其所以然”,力争学懂悟透。课堂上,教师可以采取小组汇报答辩、小组研讨的形式(表2),检验小组自主探究情况,在师生、生生、小组与小组之间充分互动中主动获取知识。
表2 小组汇报答辩及讨论课组织形式
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。 |
以用促学,学以致用。在学生熟悉和掌握稀溶液依数性基础知识的基础上,进一步联系生产生活实际或相关科研前沿动态,提出以下问题:海水如何淡化,电解质溶液“依数性”规律及原因,市场上常见饮料渗透压的测定,有机物分子量的测定等。要求学生进一步查阅调研资料,小组分工合作,综合运用相关知识解决相关问题,达到知识的综合应用和创造性应用,真正做到学懂悟透、触类旁通。课堂上,主要以小组讨论课的形式开展,以师生、生生、小组互动为主,教师及时点评引导,特别是对重点、难点、疑点和易遗漏点知识进行分析总结。
对比班则随机提问,不特别设计问题情境和互动,不特别强调汇报和讨论。
2.4 实施互动评价,深化知识理解运用
及时有效的学习评价是激励学习动机、检验教学效果的有效手段。传统的教学评价重结果轻过程,往往以课后习题或单元测试成绩作为本章节总评成绩,缺乏对章节知识和学习过程的考查。评价主体单一,缺乏学生参与。在本章节内容教学过程中,对比班沿用传统的教学评价方法,教师依据学生课堂回答问题、课后作业、课堂考勤、课前预习、单元测试成绩等,汇总作为本章学习成绩。对实验班实施多元多维互动评价,具体评价方法见表3。
表3 多元多维互动教学评价方法
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 |
①具体每项得分为个人自评、小组评价和教师评价加权平均分;②每分项总分均为100分,个人得分为6项分数的加权总分;③为保证互动参与的公平性,教师在指定回答问题时,尽量兼顾各小组和各位学生机会均等性
多元多维互动评价模式实现了评价主体的多元化(学生、小组和教师)、评价内容的多维度(学习态度、知识掌握、学习能力、表达能力和合作能力等),有效调动了学生学习积极性,保证了多维互动教学目标的实现。
3 实施效果分析
3.1 部分小组探索结果展示
学生在自主探究中发现,虽然本课程选用的是国家“十二五”教育规划教材,但对稀溶液依数性的相关表述仍存在一些不足(表4)。
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 (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( (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 (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 |
计算 公式 | Δp = p0xB = p0MAbB/1000 Δp = KbBp = pA × xA | ΔTb = Tb − Tb0 = KbbB ΔTf = Tf − Tf0 = KfbB | Π = cBRT ≈ bBRT公式中: cB/(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 (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ΔTf = Tf − Tf0 =iKfbB。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1
图2
图3
图4
图5
图6
表5 常见饮料的渗透压测定结果*
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 |
*取澄清液测定
克劳修斯-克拉贝龙方程:
拉乌尔定律:
理想气体状态方程:
3.2 对比班和实验班教学效果比较
对比班(甲班)和实验班(乙班)教学效果调查分析见表6。可见,学生对授课内容的理解程度、授课方式满意度、教学效果满意度、教学参与度和单元测试平均成绩,甲班均显著优于乙班。
表6 实验班和对比班教学效果调查分析
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 | |||||||||||||||
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 | |||||||
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 |
单元测试(闭卷考试)及问卷调研,由课程组其他老师(非甲、乙班任课教师)统一组织、统一阅卷或统计
甲班学生通过自主探究,特别是小组讨论和比较学习,加深了对各依数性产生原因、变化规律及内在联系的深入理解。学生从“听众”变成“主角”,从被动参与变成主动探索,从对知识的感性认识深化到理性认识,对相关知识认识的广度和深度显著提高,大多能利用所学知识解释生产生活中的一些相关现象。
单元测试(闭卷考试)及问卷调研,由课程组其他老师(非甲、乙班任课教师)统一组织、统一阅卷或统计
4 结语
传统教学模式虽然简单易于操作,在强化学生“三基”方面发挥了较好的作用,但严重桎梏了学生创新性思维、自主探究能力、合作学习能力等的培养。多维互动教学模式突出“教师主导、学生主体”,强调学生自主学习、合作学习、研究性学习,运用在“稀溶液依数性”章节知识教学中取得了良好的教学效果,是一次成功的教改尝试。
但该模式还不够完善,尚有很多困难需要克服,如有限课时和充分互动之间的矛盾、多元需求与有限教学资源之间的矛盾、个性化培养与整体学生素质不高之间的矛盾等。期待和同行一起深入探索,进一步丰富和完善多维互动教学模式,切实提高其育人效果。
参考文献
DOI:10.3969/j.issn.1672-4305.2014.05.043 [本文引用: 1]
/
〈 |
|
〉 |
