魏 明，盧文卜，王夢婷，魏 虹，王雪寧

（1.南京醫(yī)科大學康達學院理學部，江蘇連云港222000；2.山西師范大學化學與材料科學學院，山西臨汾041004）

“物理化學”作為化學專業(yè)的基礎(chǔ)課之一，它是從化學現(xiàn)象與物理現(xiàn)象的聯(lián)系入手，借助數(shù)學、物理學等基礎(chǔ)科學的理論及其提供的實驗手段，來探求化學變化中最具普遍性的基本規(guī)律的一門學科[1]。鑒于“物理化學”的學科特性，物理化學實驗也呈現(xiàn)出比較鮮明的特點，如在實驗的過程中，需要用到一些常用的測試儀器，如旋光儀、阿貝折光儀、分光光度計、粘度計等，并且需要利用Origin 等數(shù)據(jù)處理軟件對成組數(shù)據(jù)進行處理，這些都對學生的基本實驗素養(yǎng)提出了較高的要求。

1 思維導圖介紹

思維導圖又被稱之為概念地圖，是一種非常實用的思維工具，由英國人托尼·伯贊創(chuàng)建。在學科教學中，通過引入思維導圖教學法，可以通過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，便于學生快速把握章節(jié)脈絡(luò)，從而對全部內(nèi)容有較好的整體把握[2]。

2 思維導圖在物理化學實驗教學中的應用

物理化學實驗大致可以劃分為三個部分：實驗操作、數(shù)理建模與數(shù)據(jù)處理。其中，學生對于數(shù)理建模與數(shù)據(jù)處理感覺難度較大。為了使學生能對物理化學實驗有清晰的認識，筆者在授課過程中引入思維導圖，并確立了對應的實驗課考核標準。

2.1 物理化學實驗簡況

圖1 為物理化學實驗的框架圖，從中可以看出，在物理化學實驗中，實驗人員需要測定大量的物理學信號，如時間、旋光度、折光率、吸光度、透光率等，繼而通過對體系數(shù)理模型的建立與數(shù)據(jù)處理，了解所研究化學反應的具體情況。具體來說，物理化學實驗能否順利進行，取決于學生對儀器的熟悉程度，對物化基本知識的了解程度與數(shù)據(jù)處理的能力。學生在實驗的過程中，普遍反應物化實驗整體難度較大。

圖1 物理化學實驗框架圖

2.2 物理化學實驗思維導圖教學法考核標準的確立

筆者在實際教學中，將思維導圖引入到物理化學理論，特別是實驗的教學中，通過對學生進行全程的綜合考評，發(fā)現(xiàn)學生對所學內(nèi)容有了整體性的把握，加深了對相應理論知識的理解?，F(xiàn)以“旋光法測定蔗糖水解反應的速率常數(shù)”實驗為例，按照學生預習、教師講授、學生實驗過程和實驗報告完成情況等環(huán)節(jié)，詳細闡述思維導圖與物理化學實驗的有機結(jié)合。

所參考教材選自化學工業(yè)出版社《大學化學實驗》，主編為胡琴、許貫虹[3]，授課對象為南京醫(yī)科大學康達學院藥學專業(yè)二年級學生。

2.2.1 預習考評標準的確立（30% ）

要求學生在上課之前對實驗內(nèi)容進行預習，初步進行思維導圖的繪制，教師提前一天搜集。課前設(shè)定預習提問，如一級反應具有哪些特征？哪些物質(zhì)具有旋光性？旋光儀如何判斷物質(zhì)左右旋？隨機抽查部分學生，根據(jù)學生回答情況，給予學生預習分數(shù)。在提問的過程中，教師要做好回答記錄，確保班級所有學生至少輪轉(zhuǎn)一次。預習部分具體評分標準見表1。

表1 實驗預習部分評分標準

2.2.2 指導性思維導圖結(jié)構(gòu)

在旋光法測定蔗糖水解反應的速率常數(shù)實驗中，學生所需要用到的知識為化學反應動力學部分，所要用到的儀器為旋光儀，數(shù)據(jù)處理利用Origin8 進行。實驗要求學生掌握利用旋光法測定蔗糖轉(zhuǎn)化的反應速率常數(shù)，了解反應物濃度與旋光度之間的關(guān)系并能熟練操作旋光儀。在完成預習環(huán)節(jié)后，教師利用多媒體設(shè)備，投影指導性思維導圖，見圖2。

由圖2 可以看出，指導性思維導圖包含了實驗所考查的全部內(nèi)容，包含實驗理論、儀器、數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容。該實驗所測的物理量為旋光度，通過旋光儀這雙“眼睛”，利用肉眼不可見的“視神經(jīng)”即In (αt-α∞) =kt+In (α0-α∞) ，我們可以知道整個反應的動力學情況，從而計算其反應的速率常數(shù)及活化能，而這個“視神經(jīng)”是本實驗的難點之一。

本實驗的難點之二，在于學生獲取旋光度的數(shù)據(jù)后，利用Origin8 軟件進行數(shù)據(jù)處理。學生之前習慣于用坐標紙與Excel 進行數(shù)據(jù)處理，初步接觸Origin8，需要一定的適應過程。

圖2 蔗糖水解實驗指導性思維導圖

教師結(jié)合指導性思維導圖進行講授，主要分為五個部分：①帶領(lǐng)學生進行理論課知識的回顧，切忌照本宣科實驗原理部分，重點回顧一級反應、二級反應和準級數(shù)反應的相關(guān)知識；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，需給學生強調(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（物化實驗中的核心），幫助學生找到隱藏的“視神經(jīng)”，將“眼睛”旋光儀看到的內(nèi)容，轉(zhuǎn)化成反應體系中濃度的變化。對于基礎(chǔ)較好的學生，建議自己動手進行推導，這對于學生思維能力的培養(yǎng)非常有推動作用；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 學生操作環(huán)節(jié)評分（30% ）

學生操作部分是整堂實驗課的主體部分，是對學生動手能力的綜合培養(yǎng)。在本實驗中，學生需要用到Y(jié) 型管、恒溫水浴鍋、旋光儀、秒表等設(shè)備，教師在授課的過程中，需仔細觀察學生操作，重點關(guān)注學生旋光儀的操作。在數(shù)據(jù)記錄方面，首先要求學生必須做好原始實驗記錄，特別注意有效數(shù)字的保留問題；其次，由于是動態(tài)監(jiān)測，要求學生在實驗過程中能準確記錄對應時刻的旋光度，特別是在溫度較高的情況下，這對學生的儀器使用能力提出了較高的要求，具體評分標準見表2。

表2 實驗中操作部分評分標準

2.2.4 實驗結(jié)束部分評分標準的確立（40% ）

學生實驗結(jié)束，需上交實驗報告和修訂完成的思維導圖，教師依據(jù)數(shù)據(jù)處理情況和實驗報告完成情況給分。其中數(shù)據(jù)處理占比15% （表3），實驗報告占比15% （表4），修正后思維導圖占比10% 。

表3 數(shù)據(jù)處理部分評分標準

表4 實驗報告部分評分標準

如圖3 所示，一張標準的Origin 圖要包含圖名，擬合直線信息，特別需要注意標明橫縱坐標的含義。其斜率從圖中讀出為-0.034 9，從而得出25℃時反應的速率常數(shù)k1=0.034 9min-1。

圖3 25℃蔗糖水解擬合曲線

一張完整的實驗報告，需要注明實驗的基本信息和實驗目的、實驗原理、實驗儀器試劑、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理、實驗反思等內(nèi)容，不得缺項。筆者設(shè)計的實驗報告題頭見圖4，通過增添氣壓、濕度等基礎(chǔ)實驗室數(shù)據(jù)，進一步完善實驗報告內(nèi)容。

圖4 物理化學實驗報告范例

在實驗完成后，學生需結(jié)合實驗過程中的感性認識將思維導圖進一步完善，此部分分數(shù)為10% ，具體評分標準參考表1 進行。要讓每一位學生做到一個實驗一張圖，一張圖能帶領(lǐng)學生回憶實驗內(nèi)容，做好和理論課的銜接。

在此評判的基礎(chǔ)上，若學生出現(xiàn)遲到、早退、未穿實驗服、未戴護目鏡等違規(guī)現(xiàn)象，在總分的基礎(chǔ)上酌情扣減，填至評分表備注欄。

3 學生反饋情況

對南京醫(yī)科大學康達學院藥學專業(yè)16 級五年一貫制專轉(zhuǎn)本8 班、9 班與17 級藥學專業(yè)1～4 班采取此思維導圖教學后，學生對實驗課的興趣增加，對于理論知識的理解加深，特別是在推導所測物理量與反應物濃度之間的關(guān)系，有了很大的提高，更好地實現(xiàn)了實訓課程的教學目的。學生在完成本次實驗課后，根據(jù)指導性思維導圖，可以類比制作其余動力學實驗思維導圖，如分光光度法測定丙酮碘化速率常數(shù)等實驗（圖5）。在嚴格執(zhí)行評判標準的過程中，學生的自律性得以加強，最為顯著的特點是，學生可以通過查閱每一個小項的得分情況，快速了解自己實驗的薄弱環(huán)節(jié)，查漏補缺，從而提高自己的綜合實驗能力。

圖5 丙酮碘化速率常速的測定指導性思維導圖

4 總結(jié)

學生的興趣需要教師進行合理的激發(fā)和引導，而思維導圖恰好幫助我們完成了這個任務。每一個實驗通過一張圖片進行梳理和概括，通過顏色的搭配和圖形的變換讓學習不再變得枯燥，學生學習的主觀能動性得以加強。細致評分標準的確立，使學生能快速發(fā)現(xiàn)自己的短板，及時補缺，使自己快速成長。

（感謝山西師范大學化學與材料科學學院盧文卜副教授在考核標準建立過程中給予的熱忱幫助）