關(guān)于一次分析化學(xué)課教學(xué)過程的體會、問題與啟示

謝音 王聰玲 龔楚清 張華山

(武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院 湖北武漢 430072)

在2010級新生中，武漢大學(xué)化學(xué)院通過選拔組成了一個(gè)20人的班。按照規(guī)定，他們除了要選修54學(xué)時(shí)的大班(100人左右)分析化學(xué)(上)課外，還要開設(shè)一門分析化學(xué)(上)的討論課(必修課)。所以針對進(jìn)校才只有半年的化學(xué)專業(yè)新生，如何開好必修課、又不重復(fù)分析化學(xué)選修課就成為該課程教學(xué)的關(guān)注點(diǎn)和難點(diǎn)?；趯W(xué)生的知識基礎(chǔ)和教學(xué)資源條件，分析化學(xué)理論課和實(shí)驗(yàn)課的主講教師通過討論，制定了教學(xué)方案。教學(xué)目的是使分析化學(xué)理論與具體測定方法緊密結(jié)合，通過測定某一樣品的實(shí)踐過程，讓學(xué)生理解和掌握分析化學(xué)中的部分理論知識和用某一分析方法測定樣品的技術(shù)要領(lǐng)與關(guān)鍵步驟，進(jìn)一步打好分析化學(xué)理論知識基礎(chǔ)并熟練掌握分析化學(xué)操作技術(shù)。

綜合考慮諸多因素(如學(xué)生基礎(chǔ)、學(xué)時(shí)、分析化學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合知識點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)資源配置、難易程度等)，確定將“草酸鈣沉淀重量法和KMnO4滴定容量法測定石灰石中的氧化鈣”作為實(shí)驗(yàn)之一。該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作方法是參見文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]等編寫而成，其中石灰石為標(biāo)準(zhǔn)樣品(冶金工業(yè)部提供)，并且包含CaO的含量數(shù)據(jù)。故學(xué)生的測定結(jié)果很易得到核查。在這里把進(jìn)行這一教學(xué)的過程、內(nèi)容以及意識到的問題、實(shí)驗(yàn)后的體會及啟示作一匯報(bào)，以找出不足，促進(jìn)分析化學(xué)教學(xué)的健康發(fā)展。

1 過程與要求

除特別注明外，所有需要的藥品及設(shè)備、器皿由學(xué)生自己選擇和配制，實(shí)驗(yàn)獨(dú)立操作完成，有問題可問指導(dǎo)教師。實(shí)驗(yàn)成績是根據(jù)每個(gè)學(xué)生的測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果的接近程度評定，不超差的給滿分(100分)，超出±10%的70分，若結(jié)果誤差再大則不及格。這些都預(yù)先告知學(xué)生，目的是使他們精心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，規(guī)范操作技術(shù)要領(lǐng)。根據(jù)測定方法步驟的注釋，要求學(xué)生知道怎樣做和為什么這樣做。

實(shí)驗(yàn)時(shí)間約為14h，測定完畢后，馬上報(bào)出測定結(jié)果給教師。隨后再寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

如果說是實(shí)驗(yàn)課，不如說是石灰石樣品測定。最快的學(xué)生第2天下午(16點(diǎn))完成，最慢的學(xué)生到晚上(19點(diǎn))完成。因?yàn)橐?yàn)證每個(gè)測定值的準(zhǔn)確程度(標(biāo)準(zhǔn)樣品結(jié)果只有教師知道)，即要考量學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和檢查學(xué)生分析化學(xué)操作技術(shù)的規(guī)范程度，所以如果操作技術(shù)不規(guī)范是不可能獲得準(zhǔn)確結(jié)果的。事實(shí)證明，由于部分學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)不熟練和不規(guī)范，實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較大誤差。但是，也應(yīng)該看到，許多學(xué)生的測定結(jié)果距標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果相差不大，說明操作正確并非難事。

實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后，教師應(yīng)告知學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)樣品的數(shù)據(jù)，并在理論課課堂上讓學(xué)生知道所有學(xué)生用兩種方法測定樣品的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(平均結(jié)果：重量法2次，容量法3次)。

在理論課堂上，教師針對實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合書本上的理論知識和技術(shù)操作與步驟，與學(xué)生討論測定方法中每一步驟的原因。讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，然后討論自己所測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)之間產(chǎn)生誤差的原因，討論的一些問題如下：

(1) 對實(shí)驗(yàn)中的注釋進(jìn)行思考并回答以下問題(實(shí)驗(yàn)前和理論課討論)：

① 為什么滴加少量水將石灰石樣品潤濕？

② 鹽酸溶樣品為什么慢慢滴加鹽酸？

③ 靜置為了什么？

④ 用(NH4)2C2O4沉淀Ca2+前為什么要加入檸檬酸銨？

⑤ 要使CaC2O4沉淀完全，而不使MgC2O4沉淀，最好控制酸度多少？

⑥ 用氨水中和時(shí)，為什么用甲基橙指示劑指示酸度？

⑦ 如何檢查洗滌完全除去Cl-？

⑧ 是否洗滌次數(shù)越多或體積越大越好？為什么？

⑨ 如果將CaC2O4沉淀和濾紙一起用硫酸處理再用KMnO4溶液滴定，會對結(jié)果產(chǎn)生什么影響？

(2) 討論以下問題：

① 以石灰石溶樣為例，討論礦物巖石試樣分解和化學(xué)反應(yīng)。

② 測定方法實(shí)驗(yàn)步驟中，哪些產(chǎn)生系統(tǒng)誤差？哪些是偶然誤差？

③ 結(jié)合課本上分析化學(xué)的誤差和數(shù)據(jù)處理的基本內(nèi)容，每個(gè)學(xué)生對所有學(xué)生的測定結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，評價(jià)你的測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，若有較大誤差，主要原因是什么？

④ 為什么重量法測定結(jié)果沒有滴定法結(jié)果準(zhǔn)確？

⑤ 根據(jù)你采用的分析方法和測定過程歸納重量法和容量法的原理和兩者區(qū)別。

⑥ 以石灰石樣品測定為例，談?wù)劮治龌瘜W(xué)中質(zhì)量控制有哪幾個(gè)方面？如何提高分析準(zhǔn)確度？

共用4學(xué)時(shí)讓學(xué)生討論這些問題。然后教師結(jié)合實(shí)例用2學(xué)時(shí)歸納講授這些問題的答案。以上是這部分分析化學(xué)內(nèi)容的基本全部教學(xué)過程。

2 體會和問題

石灰石樣品測定實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容涉及到分析試樣的采集與制備、分析化學(xué)中的誤差與數(shù)據(jù)處理、分析化學(xué)中的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制和氧化還原滴定法及重量分析法等內(nèi)容，有助于加深學(xué)生對相關(guān)知識的掌握理解；不但看得見，還能摸得著。用學(xué)生的話講：這部分內(nèi)容刻在了腦子里。因?yàn)椤胺治鲈嚇拥牟杉c制備、分析化學(xué)中的誤差與數(shù)據(jù)處理、分析化學(xué)中的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制”是所有分析化學(xué)方法測定樣品的共有內(nèi)容。本實(shí)驗(yàn)突出了分析化學(xué)的特色，也強(qiáng)調(diào)了所有分析化學(xué)分析方法的共性的重要性。由于從嚴(yán)要求，有標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果，學(xué)生都想把結(jié)果測得準(zhǔn)確些，實(shí)驗(yàn)操作時(shí)就能格外盡心和盡可能規(guī)范。盡管最后結(jié)果多不理想，但學(xué)生從思想意識和操作技術(shù)方面都能有大的受益，知道了分析化學(xué)課程的特色和精髓。

重量法測定實(shí)際樣品的實(shí)驗(yàn)可以加強(qiáng)學(xué)生最基本的實(shí)驗(yàn)技能，著重培養(yǎng)他們細(xì)心、耐心、謹(jǐn)慎和認(rèn)真學(xué)習(xí)分析化學(xué)的意識，把學(xué)習(xí)分析化學(xué)精神與態(tài)度層面的要求直接與分析過程中的操作技術(shù)實(shí)際結(jié)合起來，讓學(xué)生深刻認(rèn)識分析化學(xué)的精髓和基本理論間的關(guān)聯(lián)。

實(shí)驗(yàn)中的主要問題是有些學(xué)生對有效數(shù)字掌握得不好；另外，對于測定結(jié)果的表達(dá)形式也沒有按要求完成，有些隨意。

這一分析化學(xué)教學(xué)過程也存在一些需解決的問題：(1) 從實(shí)驗(yàn)角度看，人數(shù)少些效果就會好一些；人數(shù)多，所需教學(xué)資源大，條件達(dá)不到，所以推廣有難度。(2) 課程和所需學(xué)時(shí)上安排也有問題，一個(gè)包含多項(xiàng)內(nèi)容的樣品測定實(shí)驗(yàn)的完成，需要較長時(shí)間；怎樣安排，不僅涉及分析化學(xué)課，還要涉及其他課程的設(shè)置和安排。(3) 如果我們的教學(xué)對象是具有一定程度化學(xué)知識和實(shí)驗(yàn)技能(選拔過的)的學(xué)生，能取得預(yù)想的教學(xué)效果，但若對全年級學(xué)生進(jìn)行類似教學(xué)，是否也能取得同樣效果，還有待證實(shí)。

3 啟示

同樣的分析化學(xué)教學(xué)內(nèi)容，由教學(xué)組進(jìn)行教學(xué)的效果比理論課和實(shí)驗(yàn)課各自分離教學(xué)的效果要好。所以建議以教學(xué)組的形式教學(xué)。

重量法實(shí)驗(yàn)還是應(yīng)該開設(shè)的，對于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能和細(xì)致耐心的學(xué)習(xí)態(tài)度很有幫助。

根據(jù)測定樣品實(shí)驗(yàn)過程中可能存在的問題，讓學(xué)生有針對性地結(jié)合書本上的理論進(jìn)行討論，在目的清楚的爭論中統(tǒng)一認(rèn)識。

以標(biāo)樣實(shí)際樣品測定進(jìn)行分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和練習(xí)，用途有：(1) 增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任意識；(2) 將測定結(jié)果與基本實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)規(guī)范聯(lián)系起來，用于量化檢查學(xué)生的操作技能和技術(shù)；(3) 可以設(shè)計(jì)綜合分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)，將盡可能多的分析化學(xué)理論和測定方法連貫起來，促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)掌握分析化學(xué)理論和提高測定分析化學(xué)樣品的能力。

我們計(jì)劃準(zhǔn)備3個(gè)樣品測定實(shí)驗(yàn)，可以將分析化學(xué)(上)的內(nèi)容全部貫串在一起，本文所述的實(shí)驗(yàn)僅是其中之一。我們認(rèn)為可以設(shè)計(jì)幾個(gè)包含不同分析化學(xué)內(nèi)容的綜合系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合理論知識，讓學(xué)生進(jìn)行較充分的討論，從而做到以點(diǎn)帶面、由淺入深和從易到難的分析化學(xué)教學(xué)。這樣有利于學(xué)生理解和掌握分析化學(xué)的主要理論、內(nèi)容以及分析化學(xué)的操作技術(shù)。

[1] 巖石礦物分析編寫組.巖石礦物分析(第一分冊).第3版.北京:地質(zhì)出版社，1991

[2] 曹宏燕.冶金材料分析技術(shù)與應(yīng)用.北京:冶金工業(yè)出版社，2008