▋引言
无机化学是研究无机物的组成、结构、性质和反应的科学,是高等院校药学、制药工程和药物制剂等专业最先开设的一门专业基础课程,与医药学密切相关,通常安排在新生入学的第一学期。因此无机化学不仅是其他化学课程和药学类专业课程的基础,还承担着引导新生由高中生身份向大学生身份过渡的任务,此时的教学方式对学生的学习能力、主动性和积极性都有着重要的影响。以笔者所在学校为例,学生高中化学选修的内容并不相同,这给实际教学带来了一定的难度。而非电解质稀溶液的依数性是大一无机化学课程中的重要内容,是和药学类专业联系十分紧密的知识,在疾病和药品质量控制等方面均有应用。本文以稀溶液的依数性为例,从提升学生的学习兴趣、独立思考能力和解决问题的能力出发,发现教学过程中出现的问题,分析其产生的原因,分析对策,进一步提升无机化学的教学效果。同时,传播相关科学知识。
▋一、药学类专业学生学习稀溶液依数性时存在的困难
1.1 学生化学基础薄弱
无机化学内容多、公式多,每一章节都有新的知识点和计算公式需要理解和记忆,更是药学类大一新生最先开始学习的一门化学基础课程。而稀溶液依数性又是无机化学学习的首要章节,包含了4种依数性,溶液蒸气压下降是其他几种依数性产生的根本原因[1]。蒸气压下降和沸点上升、凝固点降低之间的关系
可以通过溶液沸点上升示意图和凝固点下降示意图进行讲解,但其中计算公式的推导则涉及热力学中化学势和偏摩尔量等概念,非化学专业的
药学类无机化学稀溶液依数性教学质量提升方法探讨
◎束成林
(安徽中医药大学 药学院,安徽 合肥 230012)
摘要:稀溶液依数性是无机化学课程中的重要内容,其中渗透压与药学类专业联系最为紧密。根据在药学类本科生稀溶液依数性的教学过程中遇到的问题,对可能导致教学效果不佳的原因进行讨论,分析对策。针对章节内容进行知识点的梳理,引入与专业相关的真实情景提升学生学习的主动性和积极性,建立知识点之间的关联,从而提高稀溶液依数性的教学效果,为后续课程的学习打好基础。
关键词:依数性;无机化学;渗透压;药学
基金项目:安徽中医药大学校级教学研究项目(2022xjjy_yb13);安徽中医药大学校级人才项目(2022rcyb008)。
作者简介:束成林,博士,讲师,研究方向为无机化学。
学生此时尚未有这些预备知识,给学生的学习和教师的教学带来了不小的困难[2]。
1.2 稀溶液依数性内容较为抽象,学生理解困难
在实际授课过程中,笔者发现,在溶液这一章节刚上完时,就有学生反应内容偏难,而在一学期的内容结束后,询问学生认为哪一部分的内容最难,得到的答案是相同的,学生仍然认为稀溶液的依数性最难理解。在上课时与学生们的即时互动中也能发现,学生对概念十分模糊,反应较慢,相关的习题更是很难答对。原因可能是由于其他章节大多是对同一个公式的反复应用,或者是对某些概念的记忆,而稀溶液的依数性更强调的是理解,在教学时经常会从微观的角度来解释,再加上依数性、渗透压等都是新的概念,比较抽象,使得初学者学习起来感觉比较吃力。
1.3 课时较少
无机化学教材章节数目通常都在十个章节以上,作为一门基础课程,受各种因素限制,本课程所设置的学时是相对较短的。以稀溶液依数性所在章节溶液来说,一般安排4个课时,能够分配给稀溶液依数性的最多不过3个课时,在时间有限的情况下讲得过于深入反而可能起到反面效果,引起学生的厌学情绪。
▋二、对策
由于上述问题的存在,使得稀溶液依数性的教学过程比较困难。而稀溶液的依数性又是学生刚开始学习无机化学知识的重要知识点,也是后续药学类专业基础课学习的基础。因此,在学生还未有相关化学预备知识的基础上,如何更加生动和有效地讲解这一部分的内容,需要教师进行精心地思考与安排。笔者将从以下几点谈一谈个人看法。
2.1 结合与专业相关的真实情景开展教学
稀溶液的依数性中提到了四个方面,即溶液的蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低和渗透压。这一部分是无机化学中和日常生活联系比较紧密的内容,尤其是渗透压,更是与药学、医学密切相关,有丰富的素材可供使用,非常适合运用情景教学法开展教学。因此,可以在相关的真实场景下提出问题,以真实情景为指引,增强学生学习兴趣,从而提升学习效果[3],对学生在后续学习和工作中理解依数性相关现象时更有帮助。根据药学类专业背景,举例如下。
大量失水的病人,在时往往注射生理盐水,为什么?当人体失水过多时,血浆浓度增大,渗透压增大,红细胞水分外渗甚至可能导致红细胞破裂,威胁人体健康,而注射生理盐水(与正常血浆总渗透压相等的溶液)能够使过高的渗透压回到正常值,达到的目的。
短时间内引用大量水有可能发生水中毒,为什么?当人体摄入大量水分时,细胞外液量会明显增多,渗透压下降,导致过多的水进入细胞内,使得细胞水肿,病人可能发生头痛虚弱等症状,严重的还会
导致昏迷,这就是水中毒。
高烧发汗、腹泻呕吐甚至运动出汗后在补水的同时还应同时补充电解质,为什么?人体在大量出汗、失水时,会损失水和钠、钾和镁等电解质,若此时再补充大量纯水,人体电解质会被稀释,造成电解质失衡等问题,因此科学补水应注意同时补充液体和电解质。
肾病患者要低盐饮食,为什么?慢性肾病患者常有水肿等症状,肾病患者吃盐过多会使血浆和组织液盐分升高,渗透压改变,细胞内的水分会流向组织液中,加重水肿现象,还有可能引发高血压,因此肾病患者在饮食上要特别注意盐分的摄入,避免肾脏负担过重。
有些滴眼液的渗透压比泪液稍高,有些滴眼剂的渗透压比泪液略低,它们的用处有什么不同?通常滴眼液渗透压与泪液等渗,否则会引起眼部的不适,但在某些眼部疾病时,高渗和低渗滴眼液能够发挥不同的用处。高渗滴眼液会使外眼组织失去水分,对大疱性角膜病变等疾病,使用高渗滴眼液可消除角膜水肿。而对于一些干眼患者来说,其泪液渗透压比正常值略高,使用低渗滴眼液可以帮助病人恢复正常的泪液渗透压。
以上这些案例,在巩固渗透压产生条件、渗透方向和医药学知识的基础上,培养学生从渗透压角度思考问题的
能力,达到学以致用的效果。
2.2 建立四种稀溶液依数性之间的联系
在稀溶液的依数性这一节内容中,使学生掌握依数性的概念、公式和应用十分重要。在教学过程中,需要教师理清知识点间的联系,帮助学生形成清晰的知识点网络。在本章节的四种依数性中,蒸气压下降是其他几种依数性产生的根本原因。这四种依数性并不是孤立存在的,彼此之间有着内在的联系。但是对于药学类专业的学生来说,大一上学期通常还未安排热力学的学习,而无机化学教材中对依数性的计算公式未做详细推导,这给学生理解、记忆和应用公式带来了困难,导致学生在做题时经常出现错误。蒸气压作为依数性的立足点,其计算公式通过拉
乌尔定律(0
A A p p x =
∗)给出,可以写作:蒸气压下降B p K b ∆=∗,其中p ∆为难挥发非电解质稀溶液的蒸气压
下降值,K 是仅与溶剂本性有关的常数。而其他几种依数性的计算公式可分别表示为:沸点升高b B B T K b ∆=∗,凝
固点降低f f B T K b ∆=∗,渗透压B RT b Π
=∗(在极稀水溶液下,溶质物质的量浓度近似与质量摩尔浓度相等)[4]。当
温度一定时,渗透压的计算公式中的RT 也可看作一常数,而b B 是溶质的质量摩尔浓度。因此,四种稀溶液的依数性的数学关系式,在温度不变和极稀水溶液的条件下,都可以认为是一个常数与溶质质量摩尔浓度的乘积,也从计算公式上再次说明并强调了——在一定温度下,渗透压只与非电解质溶质的浓度成正比,而与溶质的本性无关。出四个公式的共同点,不仅便于学生记忆计算公式,减少学习负担,更能够帮助学生从根本上理解依数性的定义和特征。药学是干什么的
此外,这一部分的习题中,经常出现如“比较相同浓度的葡萄糖、NaCl、BaCl 2水溶液的蒸气压、沸点、凝固点、渗透压的大小”“哪一种溶液的凝固点最高?”“哪一种溶液的沸点最低?”的问题。教师一般都会强调非电解质和电解质的区别,但通过与药学类专业学生课下的交流,发现学生在做这类题目时经常出现错误,其中的问题并不仅仅出现在对溶质的质点数的理解上。对于此类题目,
若通过公式进行计算,比如“哪一种溶液的凝固点最高?”,使用纯水的凝固点减去凝固点改变值,再去比较溶液的凝固点,不仅步骤烦琐,而且对于刚学习相关知识点的学生来说,由于对四种依数性的理解和区分不够,经常出现混淆,导致结论错误。因此,教师在讲授这类习题时,除了从依数性的本质、公式和图例来解说以外,还可以将此类题目简单总结为:水溶液的质点浓度越大,蒸气压越小,沸点越高,凝固点越低,渗透压越大,更方便学生记忆。进一步的理论认识和推导需要后续物理化学等课程的帮助来实现。2.3 注意与后续章节的结合,适时引入化学平衡的概念 教学既要有层次,又要有整体上的连续性。前文已提到四种依数性之间的共同点,还应指出当前章节与后续课程的联系。
稀溶液依数性除帮助学生理解溶液性质以外,动态平衡的概念同样值得关注。无机化学中有四大平衡,足以表明平衡这一概念的重要性。在整个无机化学的课程中,“动态平衡”的概念是贯穿始终的,在稀溶液依数性这一章节中虽然还未正式开始四大平衡的学习,但动态平衡的概念已初具雏形,学生在学习时对这一特点的理解经常出现偏差。因此可以在此时适时引入动态平衡这一概念,增强学生感知。在稀溶液依数性这一节中,饱和蒸气压是指液体分子蒸发与凝聚速度相等时的蒸气压,而不是静止状态时蒸气的压强。而渗透过程在进行到一定程度达到平衡时,半透膜两侧对行的水分子数目在单位时间、单位体积内相等,即渗透速率相等,同样具有动态平衡的含义。动态平衡最典型的是出现在化学平衡章节中,化学平衡的特点之一就是正逆反应速率相等,是相对的、有条件的动态平衡,在达到化学平衡状态时,虽然表观上看反应处于静止状态,但正逆反应仍在进行。另外,在沉淀溶解平衡中,例如将AgCl 固体放入水中,当体系达到平衡时,虽然溶液的浓度不会再发生变化,实际上AgCl 固体表面的Ag +和Cl -与溶液中的Ag +和Cl -仍然在发生溶解与沉积的动态转化。因此,在稀溶液依数性中强调动态平衡的概念,可以帮助学生在不同的章节中到平衡共同的特点,逐渐深化
对动态平衡的认识。当学生在后续学习过程中发现不同章节中所蕴含的共同思想时,更能感受到化学学科的魅力,从而提升学习效果。
2.4 改变教学模式,保证教学效果
以笔者所在高校为例,无机化学课程已建立完整的MOOC课程,学生可以通过线上平台随时随地对所学知识进行预习和复习,加强对所学知识的理解和深化,师生之间还可以通过线上平台进行交流,不再受时间和空间的限制。线下教学时,除了通过多媒体进行教师授课以外,还可以采取seminar教学模式增强生生、师生之间的交流[5]。简单来说,可以分为课前准备、课中实施、成绩评定和课后反馈四个环节。课前学生可以预先通过MOOC进行本节内容的学习。教师要同时给予学生诸如“渗透压对人体的重要作用有哪些?”“哪些疾病与渗透压失衡有关?”“制药工艺和质量控制中渗透压如何作为关键指标发挥作用?”和“药剂学中调节渗透压的方法有哪些?”等与药学类专业背景联系紧密的主题,并推荐相关的自主学习资料。学生根据自己感兴趣的主题自行分组,通过自主学习、小组讨论和查阅相关资料等方式,形成 PPT 等资料。课中,除教师在预先学习的基础上有的放矢带领学生再次捋顺知识点脉络外,学生需要按照既定分组在班级课堂中进行汇报,展示PPT等成果,并与其他学生进行互动、交流与讨论,教师进行总结评价。成绩评定可以结合教师和学生的综合打分给出。课后反馈需要学生及时反馈教学效果,教师根据学习情况对教学进行适当的调整。这种教学方式结合线上线下教学模式的优势与长处,以与专业相关的知识为主题,不仅能够调动学生获取知识的主动性和积极性,还能够提升学生的创新和合作能力,达到一举多得的教学效果。 ▋三、结语
在无机化学的教学过程中,对待学生应做到因材施教,以学生为中心,充分发挥学生的主观能动性。对于药学类非化学专业的学生,教师除了正确讲解稀溶液依数性的定义和公式以外,还要注意学生的
学习规律与学习特点,帮助学生寻知识点之间的关联,并结合学生的专业背景提升学生的学习兴趣,理论联系实际,为后续课程的学习打好基础。而进一步的理解和推导,可以在后续学习中逐渐深化。
参考文献
[1]赵永婷,张秋云,郑伟,等.问题探究式教学在物理化学课程教学中的应用:以稀溶液的依数性讲授为例[J].轻工科技,2020,36(12):156-158.
[2]高胜利,陈三平,谢钢,等.关于稀溶液依数性讲解中的几个问题讨论[J].大学化学,2010,25(5):66-69.
[3]张三兵,张莉,李作鹏.农科普通化学稀溶液依数性的情景教学实践与教学难点思考[J].大学化学,2022,37(8):124-127.
[4]杨怀霞,吴培云.无机化学[M].北京:中国医药科技出版社,2018.
[5]王晓娟,李高伟.Seminar教学模式在新形势下药物化学教学中的应用[J].广州化工,2021,49(23):198-200.
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