魏 明，盧文卜，王夢(mèng)婷，魏 虹，王雪寧

（1.南京醫(yī)科大學(xué)康達(dá)學(xué)院理學(xué)部，江蘇連云港222000；2.山西師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，山西臨汾041004）

“物理化學(xué)”作為化學(xué)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課之一，它是從化學(xué)現(xiàn)象與物理現(xiàn)象的聯(lián)系入手，借助數(shù)學(xué)、物理學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的理論及其提供的實(shí)驗(yàn)手段，來(lái)探求化學(xué)變化中最具普遍性的基本規(guī)律的一門(mén)學(xué)科[1]。鑒于“物理化學(xué)”的學(xué)科特性，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)也呈現(xiàn)出比較鮮明的特點(diǎn)，如在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，需要用到一些常用的測(cè)試儀器，如旋光儀、阿貝折光儀、分光光度計(jì)、粘度計(jì)等，并且需要利用Origin 等數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)成組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這些都對(duì)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)提出了較高的要求。

1 思維導(dǎo)圖介紹

思維導(dǎo)圖又被稱(chēng)之為概念地圖，是一種非常實(shí)用的思維工具，由英國(guó)人托尼·伯贊創(chuàng)建。在學(xué)科教學(xué)中，通過(guò)引入思維導(dǎo)圖教學(xué)法，可以通過(guò)將思維中心按照一定的邏輯關(guān)系合理外延，將原本隱含的邏輯關(guān)系形象化，便于學(xué)生快速把握章節(jié)脈絡(luò)，從而對(duì)全部?jī)?nèi)容有較好的整體把握[2]。

2 思維導(dǎo)圖在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)大致可以劃分為三個(gè)部分：實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)理建模與數(shù)據(jù)處理。其中，學(xué)生對(duì)于數(shù)理建模與數(shù)據(jù)處理感覺(jué)難度較大。為了使學(xué)生能對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)有清晰的認(rèn)識(shí)，筆者在授課過(guò)程中引入思維導(dǎo)圖，并確立了對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課考核標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)況

圖1 為物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的框架圖，從中可以看出，在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)人員需要測(cè)定大量的物理學(xué)信號(hào)，如時(shí)間、旋光度、折光率、吸光度、透光率等，繼而通過(guò)對(duì)體系數(shù)理模型的建立與數(shù)據(jù)處理，了解所研究化學(xué)反應(yīng)的具體情況。具體來(lái)說(shuō)，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芊耥樌M(jìn)行，取決于學(xué)生對(duì)儀器的熟悉程度，對(duì)物化基本知識(shí)的了解程度與數(shù)據(jù)處理的能力。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，普遍反應(yīng)物化實(shí)驗(yàn)整體難度較大。

圖1 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)框架圖

2.2 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維導(dǎo)圖教學(xué)法考核標(biāo)準(zhǔn)的確立

筆者在實(shí)際教學(xué)中，將思維導(dǎo)圖引入到物理化學(xué)理論，特別是實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，通過(guò)對(duì)學(xué)生進(jìn)行全程的綜合考評(píng)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容有了整體性的把握，加深了對(duì)相應(yīng)理論知識(shí)的理解。現(xiàn)以“旋光法測(cè)定蔗糖水解反應(yīng)的速率常數(shù)”實(shí)驗(yàn)為例，按照學(xué)生預(yù)習(xí)、教師講授、學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況等環(huán)節(jié)，詳細(xì)闡述思維導(dǎo)圖與物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合。

所參考教材選自化學(xué)工業(yè)出版社《大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》，主編為胡琴、許貫虹[3]，授課對(duì)象為南京醫(yī)科大學(xué)康達(dá)學(xué)院藥學(xué)專(zhuān)業(yè)二年級(jí)學(xué)生。

2.2.1 預(yù)習(xí)考評(píng)標(biāo)準(zhǔn)的確立（30% ）

要求學(xué)生在上課之前對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)，初步進(jìn)行思維導(dǎo)圖的繪制，教師提前一天搜集。課前設(shè)定預(yù)習(xí)提問(wèn)，如一級(jí)反應(yīng)具有哪些特征？哪些物質(zhì)具有旋光性？旋光儀如何判斷物質(zhì)左右旋？隨機(jī)抽查部分學(xué)生，根據(jù)學(xué)生回答情況，給予學(xué)生預(yù)習(xí)分?jǐn)?shù)。在提問(wèn)的過(guò)程中，教師要做好回答記錄，確保班級(jí)所有學(xué)生至少輪轉(zhuǎn)一次。預(yù)習(xí)部分具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)部分評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

2.2.2 指導(dǎo)性思維導(dǎo)圖結(jié)構(gòu)

在旋光法測(cè)定蔗糖水解反應(yīng)的速率常數(shù)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生所需要用到的知識(shí)為化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)部分，所要用到的儀器為旋光儀，數(shù)據(jù)處理利用Origin8 進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生掌握利用旋光法測(cè)定蔗糖轉(zhuǎn)化的反應(yīng)速率常數(shù)，了解反應(yīng)物濃度與旋光度之間的關(guān)系并能熟練操作旋光儀。在完成預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)后，教師利用多媒體設(shè)備，投影指導(dǎo)性思維導(dǎo)圖，見(jiàn)圖2。

由圖2 可以看出，指導(dǎo)性思維導(dǎo)圖包含了實(shí)驗(yàn)所考查的全部?jī)?nèi)容，包含實(shí)驗(yàn)理論、儀器、數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容。該實(shí)驗(yàn)所測(cè)的物理量為旋光度，通過(guò)旋光儀這雙“眼睛”，利用肉眼不可見(jiàn)的“視神經(jīng)”即In (αt-α∞) =kt+In (α0-α∞) ，我們可以知道整個(gè)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)情況，從而計(jì)算其反應(yīng)的速率常數(shù)及活化能，而這個(gè)“視神經(jīng)”是本實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)之一。

本實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)之二，在于學(xué)生獲取旋光度的數(shù)據(jù)后，利用Origin8 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。學(xué)生之前習(xí)慣于用坐標(biāo)紙與Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，初步接觸Origin8，需要一定的適應(yīng)過(guò)程。

圖2 蔗糖水解實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)性思維導(dǎo)圖

教師結(jié)合指導(dǎo)性思維導(dǎo)圖進(jìn)行講授，主要分為五個(gè)部分：①帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行理論課知識(shí)的回顧，切忌照本宣科實(shí)驗(yàn)原理部分，重點(diǎn)回顧一級(jí)反應(yīng)、二級(jí)反應(yīng)和準(zhǔn)級(jí)數(shù)反應(yīng)的相關(guān)知識(shí)；②旋光儀的介紹、各部件的講解、使用方法介紹，由于我院采用的旋光儀為二分視野，需給學(xué)生強(qiáng)調(diào)與普通三分視野旋光儀的不同及讀數(shù)方法；③結(jié)合旋光度與濃度的關(guān)系（物化實(shí)驗(yàn)中的核心），幫助學(xué)生找到隱藏的“視神經(jīng)”，將“眼睛”旋光儀看到的內(nèi)容，轉(zhuǎn)化成反應(yīng)體系中濃度的變化。對(duì)于基礎(chǔ)較好的學(xué)生，建議自己動(dòng)手進(jìn)行推導(dǎo)，這對(duì)于學(xué)生思維能力的培養(yǎng)非常有推動(dòng)作用；④Origin8 軟件的使用，包括數(shù)據(jù)錄入、作圖、分析、美化和輸出等內(nèi)容。

2.2.3 學(xué)生操作環(huán)節(jié)評(píng)分（30% ）

學(xué)生操作部分是整堂實(shí)驗(yàn)課的主體部分，是對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的綜合培養(yǎng)。在本實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需要用到Y(jié) 型管、恒溫水浴鍋、旋光儀、秒表等設(shè)備，教師在授課的過(guò)程中，需仔細(xì)觀(guān)察學(xué)生操作，重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生旋光儀的操作。在數(shù)據(jù)記錄方面，首先要求學(xué)生必須做好原始實(shí)驗(yàn)記錄，特別注意有效數(shù)字的保留問(wèn)題；其次，由于是動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能準(zhǔn)確記錄對(duì)應(yīng)時(shí)刻的旋光度，特別是在溫度較高的情況下，這對(duì)學(xué)生的儀器使用能力提出了較高的要求，具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 實(shí)驗(yàn)中操作部分評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

2.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)束部分評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)的確立（40% ）

學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)束，需上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告和修訂完成的思維導(dǎo)圖，教師依據(jù)數(shù)據(jù)處理情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況給分。其中數(shù)據(jù)處理占比15% （表3），實(shí)驗(yàn)報(bào)告占比15% （表4），修正后思維導(dǎo)圖占比10% 。

表3 數(shù)據(jù)處理部分評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表4 實(shí)驗(yàn)報(bào)告部分評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

如圖3 所示，一張標(biāo)準(zhǔn)的Origin 圖要包含圖名，擬合直線(xiàn)信息，特別需要注意標(biāo)明橫縱坐標(biāo)的含義。其斜率從圖中讀出為-0.034 9，從而得出25℃時(shí)反應(yīng)的速率常數(shù)k1=0.034 9min-1。

圖3 25℃蔗糖水解擬合曲線(xiàn)

一張完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，需要注明實(shí)驗(yàn)的基本信息和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器試劑、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)反思等內(nèi)容，不得缺項(xiàng)。筆者設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告題頭見(jiàn)圖4，通過(guò)增添氣壓、濕度等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容。

圖4 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告范例

在實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生需結(jié)合實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的感性認(rèn)識(shí)將思維導(dǎo)圖進(jìn)一步完善，此部分分?jǐn)?shù)為10% ，具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)參考表1 進(jìn)行。要讓每一位學(xué)生做到一個(gè)實(shí)驗(yàn)一張圖，一張圖能帶領(lǐng)學(xué)生回憶實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，做好和理論課的銜接。

在此評(píng)判的基礎(chǔ)上，若學(xué)生出現(xiàn)遲到、早退、未穿實(shí)驗(yàn)服、未戴護(hù)目鏡等違規(guī)現(xiàn)象，在總分的基礎(chǔ)上酌情扣減，填至評(píng)分表備注欄。

3 學(xué)生反饋情況

對(duì)南京醫(yī)科大學(xué)康達(dá)學(xué)院藥學(xué)專(zhuān)業(yè)16 級(jí)五年一貫制專(zhuān)轉(zhuǎn)本8 班、9 班與17 級(jí)藥學(xué)專(zhuān)業(yè)1～4 班采取此思維導(dǎo)圖教學(xué)后，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的興趣增加，對(duì)于理論知識(shí)的理解加深，特別是在推導(dǎo)所測(cè)物理量與反應(yīng)物濃度之間的關(guān)系，有了很大的提高，更好地實(shí)現(xiàn)了實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)目的。學(xué)生在完成本次實(shí)驗(yàn)課后，根據(jù)指導(dǎo)性思維導(dǎo)圖，可以類(lèi)比制作其余動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)思維導(dǎo)圖，如分光光度法測(cè)定丙酮碘化速率常數(shù)等實(shí)驗(yàn)（圖5）。在嚴(yán)格執(zhí)行評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中，學(xué)生的自律性得以加強(qiáng)，最為顯著的特點(diǎn)是，學(xué)生可以通過(guò)查閱每一個(gè)小項(xiàng)的得分情況，快速了解自己實(shí)驗(yàn)的薄弱環(huán)節(jié)，查漏補(bǔ)缺，從而提高自己的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

圖5 丙酮碘化速率常速的測(cè)定指導(dǎo)性思維導(dǎo)圖

4 總結(jié)

學(xué)生的興趣需要教師進(jìn)行合理的激發(fā)和引導(dǎo)，而思維導(dǎo)圖恰好幫助我們完成了這個(gè)任務(wù)。每一個(gè)實(shí)驗(yàn)通過(guò)一張圖片進(jìn)行梳理和概括，通過(guò)顏色的搭配和圖形的變換讓學(xué)習(xí)不再變得枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀(guān)能動(dòng)性得以加強(qiáng)。細(xì)致評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)的確立，使學(xué)生能快速發(fā)現(xiàn)自己的短板，及時(shí)補(bǔ)缺，使自己快速成長(zhǎng)。

（感謝山西師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院盧文卜副教授在考核標(biāo)準(zhǔn)建立過(guò)程中給予的熱忱幫助）