对分课堂在物理化学实验教学中的应用——以凝固点降低法测定萘的摩尔质量为例
李华静 李远刚 樊锦文
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李华静 李远刚 樊锦文,. 对分课堂在物理化学实验教学中的应用——以凝固点降低法测定萘的摩尔质量为例[J]. 物理进展,2024.6. DOI:10.12721/ccn.2024.157387.
摘要:
以凝固点降低法测定萘的摩尔质量为例,在物理化学实验传统教学方法的基础上,引入了“对分课堂”教学方法。将“对分课堂”应用于物理化学实验教学,充分调动了学生的学习兴趣和积极性,切实提升了物理化学实验课程的教学质量。同时培养了学生分析问题和解决问题的能力,培养了学生的科学研究素养。
关键词: 物理化学实验;对分课堂;凝固点降低法
DOI:10.12721/ccn.2024.157387
基金资助:基金项目: 西安科技大学院级项目(HG230108)

物理化学实验是一门重要的化学基础学科,对于巩固加深理解物理化学理论课程学习中的概念和公式有着重要作用[1-2]。物理化学实验是使用精密仪器进行实验的一门实践性很强的课程,又是探讨和验证化学反应基本规律的一门理论性很强的课程[3-4]。它不仅要求学生能动手组装和正确使用仪器设备,而且要求学生能设计实验并对实验结果做出处理;它不仅培养学生会做精密实验的本领,而且培养学生会对实验数据进行处理,对实验结果进行讨论和分析的能力。

“对分课堂”的核心理念是将课堂时间进行“对分”,把一部分课堂时间分配给教师进行讲授,其余时间分配给学生进行讨论、吸收,进行交互式学习[5]。和传统课堂一样,“对分课堂”同样强调先教后学,即教师讲授在先,学生学习在后。 “对分课堂”融合了讲授式课堂和讨论式课堂的优点。 通过“对分课堂”的教学模式,可以提高学生学习的积极性和主动性,培养学生独立思考和解决问题的能力。

凝固点降低法测定萘的摩尔质量是物理化学实验中的经典实验之一,但是也是学生不太容易掌握的实验。随着人才培养模式和科学技术的发展变化,实验教学越来越得到重视。如仍然采用传统的教学模式,学生提前预习只是流于形式,实验中只会“照方抓药、照猫画虎”,稀里糊涂完成实验。将“对分课堂”应用于凝固点降低法测定萘的摩尔质量实验中,充分调动了学生的学习积极性和主动性,取得了良好的实验效果。

1物理化学实验教学现状

物理化学实验以往采用的传统教学方法是,学生实验前预习,实验课上教师讲授实验步骤和注意事项,学生进行实验操作,学生处理数据并完成实验报告,教师评阅报告并打分。这种传统的实验教学方法表现出了以下弊端:一、学生预习不深入,大部分学生只是为了应付老师的检查,照着实验教材机械的抄写实验目的、实验原理、实验器材、实验步骤等,并没有深入地思考实验原理和实验步骤。二、学生实验过程中积极性不高,只是被动的按照实验步骤去完成实验,有些学生更是在旁观同组同学进行实验,达不到培养学生的动手能力和探索创新思维能力。三、评价手段比较单一,教师一般是根据实验报告进行评价,学生处理数据和完成报告也只是抱着完成任务的态度,有时会出现改动数据和编造数据的情况,使得学生没有实事求是的态度和严谨的科学作风。有些学生甚至抄袭实验报告,根本没有得到能力的提升。这种传统的教学模式无法保证培养学生的科学素养,更不利于应用型人才的培养。

2“对分课堂”在实验中的应用

将“对分课堂”应用于凝固点降低法测定萘的摩尔质量实验中,调动学生的学习主动性和积极性,培养学生的动手能力和思考能力,培养学生的科学研究素养。

2.1预习

教师提前一周给学生详细讲解凝固点降低法测定萘的摩尔质量的相关理论知识、实验原理、具体的实验步骤,并要求学生理解和掌握稀溶液的依数性,让学生根据稀溶液的依数性推导萘的摩尔质量的计算公式。要求学生思考实验过程中如何实现测定条件,如何保证数据的真实性,如何判断实验数据拐点的出现等问题。并要求学生完成实验预习报告。

2.2实验准备

实验按每2人一小组进行分组实验,每个实验台一大组,共8人,进行讨论,每个人讲解具体的实验步骤和仪器操作过程,有问题共同讨论解决。同学们之间互相打分来评价预习效果。

2.3实验指导

 凝固点降低法测定萘的摩尔质量只适用于稀溶液,稀溶液具有依数性,凝固点降低是依数性的一种表现。

稀溶液的凝固点降低与溶液中质量摩尔浓度的关系为:ΔTf=Tf*-Tf=Kf·bB            (1)

式中,Tf*为纯溶剂的凝固点,Tf为溶液的凝固点,bB为溶液中溶质B的质量摩尔浓度,Kf为溶剂的凝固点降低常数,它的数值仅与溶剂的性质有关。

若已知某溶剂的凝固点降低常数Kf,并测得溶液的凝固点降低值ΔT,称取一定量的溶质mB(g)和溶剂mA(g),配成稀溶液,则此溶液的质量摩尔浓度mB为:

1739930131532732.png                                               (2)

将(2)式代入(1)式,则:1739930209669229.png

实验中需要测量纯溶剂和溶液的凝固点,溶液的凝固点一定比纯溶剂的凝固点低。对于纯溶剂来说,在一定压力下,凝固点是固定不变的,直到全部液体凝固成固体后才会下降,相对恒定的温度即为凝固点。对于溶液来说,除温度外还有浓度的影响,凝固点不是一个恒定的值,应测出步冷曲线,外推至Tf进行校正。

2.4实验过程

学生首先要组装好测量装置,学会使用精密数字温度温差计。在不套空气外套管的情况下,将精密温差仪的测温探头插入凝固点管中,且探头位于溶剂的中间位置,观察温度变化,找出纯溶剂的近似凝固点。然后将凝固点样品管放入空气外套管,均匀缓慢搅拌,定时读取并记录温度。当温度由下降较快变为基本不变时,说明开始出现固体,再继续读数10min。重复数次精确测量纯溶剂的凝固点,直到取得三个偏差不超过±0.006℃的值,取其平均值作为纯溶剂的凝固点。在凝固点样品管中加入萘,不要让萘粘在管壁,待萘全部溶于溶剂时,重复上述步骤,测得溶液的凝固点。测定过程中搅拌器不要接触到测温探头,每一次内管中溶剂结晶后用手捂热管壁熔化复测,内管中一定不能有水。整个实验过程中教师进行打分考评。

2.5实验数据处理

为了让学生及时了解自己的实验结果,完成实验后,教师和学生立即进行数据处理。

首先根据公式ρ/(g·cm-3)=0.7971-0.8879×10-3t℃计算室温t/℃时环己烷的密度。

采用origin软件画出纯溶剂和溶液的步冷曲线,用外推法求出纯溶剂和溶液凝固点,求出凝固点降低值ΔTf,计算萘的摩尔质量,与萘试剂的摩尔质量进行比较。

经过这个过程的训练,锻炼了学生应用绘图软件解决问题的能力,同时学生也能及时了解自己的实验结果,及时发现实验过程中遇到的问题,及时解决问题。

2.6实验结果评价

实验结果最终是以实验报告的形式呈现出来的,实现报告体现了学生的实验数据、实验结果、误差分析、实验中遇到的问题及解决方法,实验报告同时也体现了学生的实验完成质量以及是否具有实事求是的科学态度。教师结合实验报告和实验过程最终给出一个合理的实验成绩。

3结语

将“对分课堂”这一新的教学方法应用到物理化学实验教学过程中,改变了传统意义上的纯粹“填鸭式”和“灌输式”教学模式,从根本上调动了学生的学习兴趣和主动性。改变了“照搬照抄”的实验模式,培养了学生独立思考和探索的精神,切实提高了物理化学实验课的教学质量。

参考文献:

[1] 张岩,高先池,周立敏. 高校物理化学实验教学的改革探索[J].广东化工,2020,47(12):2020,47(12):226-228.

[2] 教育部理科化学教材编审委员会.物理化学实验教学大纲[M].北京:人民教育出版社,1980.

[3] 郑传明,吕桂琴,王良玉.在物理化学实验教学中注重培养学生的能力[J].实验技术与管理,2008,25(1) :132-134.

[4] 王 耿,朱 敏,向 丹,等.物理化学实验课程改革实践及前瞻构想[J].实验室科学,2020,23(5):136-138.

[5] 王玉春,刘赵荣,王高峰,等. 对分课堂教学研讨物理化学实验 [J].广州化工,2020,47(5):232-233.

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