討論式教學(xué)法在容量分析教學(xué)中的具體運(yùn)用

劉凱　辜英舉　但梅

【摘要】根據(jù)容量分析的知識(shí)特點(diǎn)和要求，采用部分討論的形式開展教學(xué)，以活躍學(xué)生的思維，加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，發(fā)揮他們的主觀能動(dòng)性。

【關(guān)鍵詞】討論式教學(xué)法 容量分析 酸堿滴定法 沉淀滴定法

【中圖分類號(hào)】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）10-0163-02

容量分析又稱滴定分析，內(nèi)容包括在四大平衡基礎(chǔ)上建立起來(lái)的酸堿滴定法、絡(luò)合滴定法、氧化還原滴定法和沉淀滴定法[1]。領(lǐng)會(huì)和掌握其原理和方法，對(duì)于化學(xué)專業(yè)的學(xué)生來(lái)講具有至關(guān)重要的意義和價(jià)值。與滴定分析概論相比，這部分內(nèi)容涉及的原理、方法和關(guān)系要復(fù)雜的多，對(duì)于國(guó)內(nèi)多數(shù)高校的大一學(xué)生而言，不宜以全討論的形式展開教學(xué)。為此，我們確定了以講授法為主、討論式教學(xué)法為輔的教學(xué)方法，即在教學(xué)過(guò)程中，圍繞知識(shí)體系和教學(xué)大綱要求，甄選出一部分內(nèi)容展開討論，以活躍學(xué)生思維，加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)。在選擇和確定討論內(nèi)容時(shí)，我們主要強(qiáng)調(diào)以下三項(xiàng)原則：

一、討論內(nèi)容應(yīng)有利于學(xué)生對(duì)重點(diǎn)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和掌握

教學(xué)的目的在于使學(xué)生掌握相應(yīng)的認(rèn)知目標(biāo)，討論式教學(xué)應(yīng)該緊扣教材的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以利于學(xué)生對(duì)目標(biāo)的認(rèn)識(shí)和掌握。以分布分?jǐn)?shù)為例，它是容量分析最為重要的參數(shù)之一，是開啟溶液中各型體平衡濃度問(wèn)題的一把鑰匙。為了促進(jìn)學(xué)生對(duì)該參數(shù)的理解和應(yīng)用，我們?cè)诮榻B了其定義、作用和計(jì)算關(guān)系之后，向?qū)W生提出了這樣兩個(gè)思考題：①堿性物質(zhì)的分布分?jǐn)?shù)該怎樣處理？②分別將含有相同物質(zhì)的量的醋酸、醋酸鈉溶液的體積和pH值調(diào)至相同，二溶液中醋酸根離子的數(shù)量是否相同？若不同，誰(shuí)多誰(shuí)少？對(duì)問(wèn)題①，一般資料都只介紹了弱酸及各解離型體分布分?jǐn)?shù)的處理方法，堿性物質(zhì)則未提及；通過(guò)小組討論，學(xué)生們了解到有兩種不同的處理方法，一是按解離平衡通過(guò)[OH-]和Kb處理，二是將堿性物質(zhì)視為酸解離出的型體仍按酸性物質(zhì)的方法處理。這樣不僅可以使學(xué)生對(duì)分布分?jǐn)?shù)的處理方法更加熟悉，增加處理方法的選擇性，還可拓展思維，對(duì)酸堿性物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系及規(guī)律有了更加深刻的認(rèn)識(shí)。對(duì)問(wèn)題②，由于學(xué)生初步接觸分布分?jǐn)?shù)，尚不習(xí)慣按其方法處理這類實(shí)際問(wèn)題，從討論情況看，多數(shù)同學(xué)還是按照一般化學(xué)平衡關(guān)系或電荷平衡的方法去分析，容易掉入“誰(shuí)多誰(shuí)少”的陷進(jìn)。其實(shí)，該問(wèn)題用電荷平衡去處理是行不通的，因?yàn)樗鼪](méi)有指明用什么物質(zhì)及多少量去調(diào)節(jié)溶液的pH值，無(wú)法建立電荷平衡關(guān)系。而如果采用分布分?jǐn)?shù)，通過(guò)分布分?jǐn)?shù)與平衡濃度的關(guān)系去分析，就不難得出正確的結(jié)論。通過(guò)問(wèn)題②的討論，可以讓同學(xué)們充分認(rèn)識(shí)到分布分?jǐn)?shù)在處理濃度關(guān)系時(shí)的巨大作用，為后繼的學(xué)習(xí)創(chuàng)造了有利的條件。

二、討論內(nèi)容應(yīng)有利于各知識(shí)體系之間的融會(huì)貫通

化學(xué)是一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，各知識(shí)板塊相互交聯(lián)和滲透，共同推動(dòng)學(xué)科的進(jìn)步和發(fā)展。這就要求入學(xué)者不僅要掌握各板塊的基礎(chǔ)知識(shí)，更重要的是利用這些基礎(chǔ)知識(shí)跨板塊解決不同的實(shí)際問(wèn)題，即綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。為此，我們?cè)诔恋淼味ǖ慕虒W(xué)過(guò)程中，根據(jù)教學(xué)進(jìn)度陸續(xù)提出了以下4個(gè)思考題：①為什么莫爾法的適宜酸度以pH=6.50～10.50為宜？依據(jù)何在？②為什么AgI、AgSCN要強(qiáng)烈吸附I-和SCN-，而AgCl、AgBr、AgCN對(duì)Cl-、Br-、CN-的吸附作用則要弱得多？③能否用莫爾法直接測(cè)定Ag+？④莫爾法不能測(cè)SCN-，緣于滴定產(chǎn)物AgSCN對(duì)SCN-有強(qiáng)烈的吸附作用。而佛爾哈德法的滴定產(chǎn)物同樣是AgSCN，為什么卻可以用來(lái)測(cè)定SCN-？在問(wèn)題①中，既要涉及到AgOH的沉淀平衡，又要考慮到CrO42-和Cr2O72-的轉(zhuǎn)化問(wèn)題，且有些數(shù)據(jù)需要查閱各種資料，同時(shí)還要參考顏色的干擾等綜合性的因素，對(duì)于大一的學(xué)生，具有一定的挑戰(zhàn)性和較強(qiáng)的分析思考價(jià)值。對(duì)問(wèn)題②，需要將微粒之間的相互作用力——尤其是色散力考慮進(jìn)去，因此，對(duì)一價(jià)負(fù)離子來(lái)講，離子半徑及變形性是吸附作用大小的決定性因素，學(xué)生通過(guò)分析和查閱資料，不難找到正確答案。而問(wèn)題④與問(wèn)題②是類似的，但需要學(xué)生明確兩個(gè)方面的問(wèn)題，一是溶液環(huán)境不同，吸附的對(duì)象也就不同（莫爾法中沉淀的吸附對(duì)象是SCN-，佛爾哈德法中沉淀的吸附對(duì)象是Ag+）；二是正離子的變形性比負(fù)離子要小。以上分析和討論，需要學(xué)生將無(wú)機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)與分析化學(xué)的實(shí)踐應(yīng)用有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，既能鞏固舊有知識(shí)，又能學(xué)到運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的手段和方法，可謂一舉兩得。

三、討論內(nèi)容應(yīng)有利于學(xué)生發(fā)散思維的訓(xùn)練和應(yīng)用

當(dāng)今教育非常強(qiáng)調(diào)對(duì)受教育者創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，美國(guó)心理學(xué)家吉爾福特認(rèn)為：發(fā)散思維是創(chuàng)造思維的核心，代表一個(gè)人的創(chuàng)造能力[2]。大一的學(xué)生，剛從中學(xué)階段的應(yīng)試教育中擺脫出來(lái)，這方面的能力較為欠缺，因此，利用討論式教學(xué)的機(jī)會(huì)，有意識(shí)的進(jìn)行發(fā)散思維的培養(yǎng)和訓(xùn)練，就顯得非常重要了。為了達(dá)到這一目的，我們以學(xué)科或?qū)嵺`要求為依據(jù)，擬定了一些開放性或顛覆性的問(wèn)題給學(xué)生思考，以拓展其思維。

例如，在酸堿滴定的教學(xué)中，講到兩性物質(zhì)[H+]的計(jì)算時(shí)，我們以質(zhì)子平衡為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出了一個(gè)能用于各類兩性物質(zhì)的計(jì)算通式（忽略二級(jí)及以下解離）

H■=■

在介紹了該關(guān)系式的應(yīng)用之后，我們提出了一個(gè)問(wèn)題讓學(xué)生討論：該關(guān)系式有什么特點(diǎn)和重要意義？從特點(diǎn)看，某些細(xì)心的同學(xué)可以發(fā)現(xiàn)該關(guān)系式的分子對(duì)應(yīng)的是弱酸[H+]的計(jì)算關(guān)系，分母對(duì)應(yīng)的是弱堿[OH-]的計(jì)算關(guān)系，整個(gè)關(guān)系式其實(shí)是將弱酸和弱堿的處理方法融為一體了。關(guān)于它的重要意義，同學(xué)們一般難以考慮周全，對(duì)此可以適當(dāng)提示：該關(guān)系式除了能夠用于各類兩性物質(zhì)[H+]的計(jì)算以外，還有沒(méi)有其它作用？能不能計(jì)算其它酸堿性物質(zhì)的[H+]？經(jīng)過(guò)分析和思考，多數(shù)同學(xué)能夠發(fā)現(xiàn)該關(guān)系式可以用來(lái)計(jì)算弱酸和弱堿的[H+]，也有少數(shù)思路開闊的同學(xué)能夠發(fā)現(xiàn)該關(guān)系式可以用來(lái)計(jì)算強(qiáng)酸和強(qiáng)堿的[H+]，這就意味著該關(guān)系式是所有酸堿性物質(zhì)在不考慮二級(jí)及以下解離的條件下[H+]的計(jì)算通式！討論到這里，如果同學(xué)們沒(méi)有更深入的認(rèn)識(shí)或發(fā)現(xiàn)，教師可以進(jìn)一步提示：在兩性物質(zhì)的溶液中，如果增加一種強(qiáng)酸，計(jì)算關(guān)系又怎樣？增加弱酸呢？增加強(qiáng)堿呢？增加弱堿呢？學(xué)生根據(jù)質(zhì)子平衡關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)在兩性物質(zhì)的溶液中，增加一種強(qiáng)酸，溶液[H+]的計(jì)算只需要在該通式的分子中增加一項(xiàng){[H+]c酸}即可；而增加一種弱酸，只需要在該通式的分子中增加一項(xiàng){Ka[弱酸]}即可。反過(guò)來(lái)，如果增加的是一種強(qiáng)堿，則只需在通式的分母中增加一項(xiàng){[OH-]c堿}即可；若增加一種弱堿，只需在該通式的分母中增加一項(xiàng){Kb[弱堿]}即可。這樣一來(lái)，就使一些復(fù)雜的酸堿體系[H+]的計(jì)算問(wèn)題變得比較有規(guī)律和簡(jiǎn)單了。

又如，在氧化還原滴定中，我們向?qū)W生介紹了對(duì)稱性氧化還原滴定φsp的計(jì)算關(guān)系以后，不失時(shí)機(jī)地向?qū)W生提出：不對(duì)稱性氧化還原滴定φsp又該怎樣處理？以拓展他們的思維。為了便于檢驗(yàn)同學(xué)們的討論結(jié)果，我們將滴定反應(yīng)的形式作了統(tǒng)一規(guī)定

aO1+bR2 = cR1+dO2

并且要求結(jié)果內(nèi)只應(yīng)含有一種物質(zhì)即R1的濃度cR1。在本題的分析中，容易出錯(cuò)的是電極反應(yīng)的書寫，教師可以適當(dāng)提示同學(xué)們應(yīng)按實(shí)際的滴定反應(yīng)方向和關(guān)系配置和處理系數(shù)。由于本題對(duì)大一的學(xué)生來(lái)講難度較大，我們給予他們思考的時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)，分值也相對(duì)較大，以激發(fā)他們討論的積極性。再如沉淀滴定中，按照相應(yīng)原理，莫爾法是不能用來(lái)直接滴定未知Ag+溶液的，但我們給學(xué)生提出的問(wèn)題是“能否用莫爾法直接測(cè)定Ag+？”（見沉淀滴定思考題③）這里我們將“直接滴定”改為了“直接測(cè)定”，雖然只是一字之差，但后者所包含的操作條件和方式卻更為靈活。同學(xué)們?nèi)绻蛔屑?xì)琢磨，容易掉入否定的陷阱。實(shí)際上，操作時(shí)只要倒過(guò)來(lái)，將NaCl標(biāo)準(zhǔn)溶液置于錐形瓶中，將未知的Ag+溶液裝在滴定管內(nèi)，即可直接測(cè)定[Ag+]。這就需要學(xué)生具備一定的發(fā)散思維能力，才能得到這種相對(duì)于一般教材而言具有一定顛覆性的結(jié)論。

經(jīng)過(guò)上述分析討論，學(xué)生們逐漸打開了思維的禁錮，審視事物的角度和視野均得到了較大的張揚(yáng)，學(xué)習(xí)氛圍也日趨活躍，在學(xué)術(shù)上不時(shí)冒出一些新的觀點(diǎn)和想法。比如在沉淀滴定中，就有一些學(xué)生經(jīng)分析后指出：用佛爾哈德法測(cè)SCN-時(shí)，根本不用返滴定法，只需將未知的SCN-溶液裝在滴定管中，標(biāo)準(zhǔn)的Ag+溶液置于錐形瓶?jī)?nèi)，直接滴定即可。這種情況，在用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行教學(xué)時(shí)期是不可想象的。

至于討論式教學(xué)的具體組織形式、成績(jī)的評(píng)定及學(xué)生的反饋意見，已在有關(guān)文獻(xiàn)中作了詳細(xì)介紹[3]，這里不再繁述。

總之，在容量分析的教學(xué)中，根據(jù)知識(shí)體系和教學(xué)大綱要求，精選出一部分內(nèi)容展開討論式教學(xué)，不僅可以使學(xué)生更好的理解和掌握相應(yīng)知識(shí)，還可以拓展學(xué)生思維，掌握分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的思路和方法，并培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]華中師大，陜西師大，東北師大，等.分析化學(xué)：上冊(cè)[M].第四版.北京：高等教育出版社，2011：117-301.

[2]楊福能. 新課程數(shù)學(xué)教學(xué)中必須加強(qiáng)發(fā)散思維的培養(yǎng)[J].教育界，2013，118（22）：151-152.

[3]劉凱，盧茂健，殷艷.討論式教學(xué)法在滴定分析概論教學(xué)中的具體應(yīng)用[J].課程教育研究，2013，10下旬刊：36-37.