分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革探究

楊新安，張王兵

(安徽工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002)

?

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革探究

楊新安，張王兵

(安徽工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002)

在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中采用帶著問題學(xué)習(xí)的模式進(jìn)行教學(xué)，設(shè)計(jì)更為貼近生產(chǎn)、生活實(shí)際的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，結(jié)合學(xué)科前沿，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神，取得了明顯的教學(xué)效果。

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)理論知識(shí)的理解，同時(shí)也為樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、掌握規(guī)范的操作技能夯實(shí)基礎(chǔ)，因而在整個(gè)化學(xué)課程體系中扮演著重要的角色。[1]分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)化工類專業(yè)學(xué)生一門必修的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，在內(nèi)容上又與分析化學(xué)課程密切配合，相互依賴與補(bǔ)充。然而，傳統(tǒng)的“重理論，輕實(shí)踐”的教學(xué)觀念使部分學(xué)生存在積極性不高、動(dòng)手能力差、對(duì)原理不思考、抄襲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等問題。

教師是整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程的組織者和指導(dǎo)者,只有在實(shí)驗(yàn)前的課堂講授中充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性與主動(dòng)性，才能將化學(xué)實(shí)驗(yàn)變得更加生動(dòng)有趣，才能促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提升。在教學(xué)實(shí)踐過程中，我們不斷摸索新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，取得了一定的效果。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式改革

(一)帶著問題學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生解決問題的潛力

PBL教學(xué)模式(Problem-Based Learning，PBL)又稱為帶著問題學(xué)習(xí)，是近些年來國(guó)內(nèi)外較為先進(jìn)的一種教學(xué)方式。[2]其核心是以問題為基礎(chǔ)，以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，發(fā)展學(xué)生綜合思考能力和解決實(shí)際問題能力。2009年以來，我們首先在分析化學(xué)B的理論課程教學(xué)過程中進(jìn)行了初步嘗試，并取得了極佳的教學(xué)效果。隨后我們又嘗試在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)B的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中加以實(shí)施，也取得了一定的成效。該教學(xué)模式的特點(diǎn)在于以問題為導(dǎo)向，在理論學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生可通過對(duì)教師既定的問題或是自身感興趣的問題加以探討，從而解決“照本宣科、按圖索驥”等傳統(tǒng)教學(xué)模式中的弊端，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。[3]

值得注意的是，PBL教學(xué)模式成功實(shí)施的關(guān)鍵在于問題的提出。[3]為此，我們一方面從理論角度出發(fā)，緊密結(jié)合教材內(nèi)容，另一方面根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)多數(shù)分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了多層次問題設(shè)計(jì)。以“精鐵礦中鐵含量的測(cè)定實(shí)驗(yàn)”為例，我們?cè)O(shè)計(jì)了以下幾個(gè)問題：(1)鐵礦石含鐵量對(duì)冶煉生產(chǎn)有何影響？(2)鐵礦石中鐵的價(jià)態(tài)如何分布？(3)怎樣實(shí)現(xiàn)價(jià)態(tài)統(tǒng)一？(4)在所學(xué)的KMnO4法、K2Cr2O7法以及碘量法等氧化還原滴定方法中，哪種方法更加適用？(5)如果鐵礦石中存在干擾離子，應(yīng)采取何種措施？此類問題既難易適中又符合認(rèn)知邏輯，不僅極大地增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)也拓展了學(xué)生的知識(shí)面，因而受到廣泛歡迎。

(二)貼近生產(chǎn)生活，增加學(xué)生自主研究的興趣

分析化學(xué)在化工、醫(yī)藥、質(zhì)檢、出入境檢驗(yàn)等諸多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，而我校相關(guān)專業(yè)學(xué)生畢業(yè)去向也多為上述行業(yè)。因此，多設(shè)計(jì)一些貼近行業(yè)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不僅有利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，同時(shí)也能夠激發(fā)學(xué)生進(jìn)行自主研究的興趣，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的提升。

眾所周知，治理環(huán)境污染是今后一段時(shí)間我國(guó)所面臨的重要課題。如何準(zhǔn)確鑒別和測(cè)定環(huán)境樣品中的化學(xué)物質(zhì)的種類、成分、含量則是分析化學(xué)工作者所需擔(dān)負(fù)的責(zé)任。盡管我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)中引入了水質(zhì)分析類型的實(shí)驗(yàn)，如水的硬度測(cè)定、水中化學(xué)耗氧量的測(cè)定等，但是如果在教學(xué)中僅僅是采用照本宣科式的教學(xué)模式，讓學(xué)生完成規(guī)定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，則會(huì)使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣低下，教學(xué)效果也差。因此如何將學(xué)生被動(dòng)做實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)化成主動(dòng)思考甚至是自主研究，仍然是我們一直考慮的重要課題。近些年來，我們嘗試在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，先從水污染引發(fā)的生態(tài)危機(jī)、水質(zhì)與生命健康等題外話談起，引發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)際問題的關(guān)注。然后再?gòu)乃治龅臋z測(cè)指標(biāo)入手，提出“什么是化學(xué)耗氧量？”、“你所喝的水硬度達(dá)標(biāo)嗎？”等多個(gè)問題，從而引起學(xué)生的廣泛討論。學(xué)生的積極性被充分調(diào)動(dòng)后，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作和過程觀察都格外仔細(xì)和認(rèn)真，從而圓滿完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。與此同時(shí)，我們還引導(dǎo)學(xué)生組成興趣小組，從理論知識(shí)出發(fā)，探索合適的分析方法。例如，曾有學(xué)生對(duì)比了KMnO4法和K2Cr2O7法測(cè)定COD的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)對(duì)于高濃度廢水采用K2Cr2O7法更為可靠；而低濃度廢水兩種方法差別不大。同時(shí)筆者還結(jié)合SRTP、實(shí)驗(yàn)室開發(fā)基金等項(xiàng)目，引領(lǐng)并鼓勵(lì)學(xué)生自主研究。這種方式不僅有助于學(xué)生著眼于實(shí)際，同時(shí)也有利于他們未來的成長(zhǎng)。

(三)結(jié)合科學(xué)前沿，培養(yǎng)學(xué)生敢于嘗試的勇氣

學(xué)生在思考過程中，往往對(duì)實(shí)驗(yàn)教材上的內(nèi)容提出質(zhì)疑。如水的硬度測(cè)定實(shí)驗(yàn)過程如下：在一份水樣中加入pH=10.0的氨性緩沖溶液和少許鉻黑T指示劑(藍(lán)色),鉻黑T指示劑優(yōu)先與Mg2+配位，生成紅色配合物使溶液呈紅色；然后用EDTA(乙二胺四乙酸二鈉)標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，EDTA先與游離的Ca2+配位，再與Mg2+配位；在計(jì)量點(diǎn)時(shí)，EDTA從MgIn-(配合物)中奪取Mg2+，從而使鉻黑T指示劑游離出來，溶液的顏色由紅變?yōu)榧兯{(lán)，即為鈣硬測(cè)定終點(diǎn)。有學(xué)生提出既然利用原子吸收等儀器可以靈敏地檢測(cè)水中的鈣、鎂含量，為何還要用絡(luò)合滴定這種陳舊的方法呢？此時(shí)教師趁機(jī)結(jié)合自身在元素痕量分析方面的優(yōu)勢(shì)，向?qū)W生講解分析化學(xué)中的常量組分分析、微量組分分析和痕量組分分析的知識(shí)，并從化學(xué)分析和儀器分析的優(yōu)缺點(diǎn)指出如何選擇分析方法。通過對(duì)上述問題的解答，學(xué)生不僅在思考、實(shí)驗(yàn)、觀察、總結(jié)等多方面對(duì)所學(xué)知識(shí)加以應(yīng)用，同時(shí)也進(jìn)一步鍛煉了動(dòng)手能力。

四大滴定實(shí)驗(yàn)是分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中最重要的內(nèi)容，也是理論和實(shí)踐環(huán)節(jié)課時(shí)最多的部分。由于滴定終點(diǎn)多以指示劑顏色變化為顯示，實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于一些顏色變化顯著的指示劑，如藍(lán)色到紅色，學(xué)生易于掌握，但有些指示劑實(shí)際變色時(shí)顏色難以判斷，如甲基橙(紅-橙)、酚酞(無-微紅)等，從而引起分析結(jié)果存在較大誤差。為此，一方面我們引導(dǎo)學(xué)生嘗試采用其它指示劑(如甲基藍(lán)、中性紅等)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，從一個(gè)初學(xué)者的角度觀察何種指示劑更適用于終點(diǎn)判斷。另一方面，結(jié)合溶液電導(dǎo)測(cè)定等新技術(shù)，建立更為便捷、準(zhǔn)確的終點(diǎn)判斷方法。此外，我校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)有多位教師從事電化學(xué)方向的研究，我們鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合相關(guān)教師的科研工作，嘗試更多、更新的電化學(xué)技術(shù)。這些措施，不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，同時(shí)也為今后的就業(yè)、創(chuàng)業(yè)提供了思路和實(shí)踐經(jīng)歷。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革

多年來，分析化學(xué)無論是理論課程還是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都未有大的變化，這一方面體現(xiàn)了課程內(nèi)容的幾近完善，但另一方面也反映出教學(xué)內(nèi)容上的新意缺乏。這就要求我們既要在理論課程教學(xué)中與時(shí)俱進(jìn)，增加新方法、新技術(shù)的介紹，同時(shí)也要求我們?cè)趯?shí)驗(yàn)課程的教學(xué)中推陳出新，設(shè)計(jì)一些新穎的實(shí)驗(yàn)。近幾年來，我們提出了“舊瓶裝新酒”計(jì)劃，即在不改變?cè)袑?shí)驗(yàn)原理、目的的前提下，通過貼近實(shí)際生產(chǎn)，積極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的創(chuàng)新，以此提高學(xué)生的實(shí)踐能力。例如，化工企業(yè)一般要求工藝參數(shù)需控制在一定的區(qū)間內(nèi)，而一些簡(jiǎn)便的分析手段如滴定等就能對(duì)生產(chǎn)流程的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分析。我們先后設(shè)計(jì)了電鍍企業(yè)對(duì)電鍍液酸堿度的控制、磷化企業(yè)對(duì)磷化液酸堿度的控制等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。再如在進(jìn)行絡(luò)合滴定和氧化還原滴定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容教學(xué)時(shí)，能否將分析對(duì)象更改為如何進(jìn)行相關(guān)食品或藥材中微量元素測(cè)定呢？將原有的滴定實(shí)驗(yàn)提升為生產(chǎn)工藝控制、食品安全等高度，不僅極大地提升了學(xué)生對(duì)解決問題的興趣，而且部分學(xué)生還能根據(jù)不同分析技術(shù)原理設(shè)計(jì)如絡(luò)合滴定法、間接氧化還原法以及重量法等多種實(shí)驗(yàn)方案，從而讓學(xué)生解決問題的能力得到了鍛煉。通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，用老辦法解決新問題，不僅讓學(xué)生更加深刻領(lǐng)會(huì)基礎(chǔ)知識(shí)的重要性，同時(shí)也激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果自然也就明顯提高。

三、結(jié)語

通過教學(xué)改革，學(xué)生的積極性更高、動(dòng)手能力逐年提升，抄襲數(shù)據(jù)問題初步得以解決，特別是通過新型、綜合型實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，促使部分學(xué)生積極投身于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的實(shí)踐活動(dòng)中。

當(dāng)然隨著改革的推進(jìn)，一些問題，如教師教學(xué)技能和知識(shí)結(jié)構(gòu)有待提高與優(yōu)化、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備有待更新等,已成為影響深入改革的重要因素。同時(shí)，我們也注意到整個(gè)教學(xué)過程中需要實(shí)驗(yàn)教師投入更多的精力和時(shí)間，因此在著力提升學(xué)生積極性的同時(shí)，如何激勵(lì)教師的工作熱情，將成為改革能否持續(xù)進(jìn)行的關(guān)鍵所在。

[1]高鴻.分析化學(xué)已發(fā)展到分析科學(xué)階段[J].大學(xué)化學(xué),1999,14(4)：4-7.

[2]張曉梅,徐國(guó)財(cái),陳超越.PBL教學(xué)法在有機(jī)波譜解析中應(yīng)用探索[J].化工高等教育,2009,26(6):74-76.

[3]張王兵,楊新安.化工專業(yè)分析化學(xué)課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2011，28(2):115-116.

(責(zé)任編輯 文雙全)

Brief Analysis of the Teaching Reform on the Experiment Curriculum Analytical Chemistry

YANG Xin-an, ZHANG Wang-bing

(School of Chemistry and Chemical Engineering, AHUT, Ma’anshan 243002, Anhui, China)

In the experiment curriculum of Analytical Chemistry, good teaching effect is clearly demonstrated in the mode of students’ learning with issues, the design of experimental contents closely related to production and real life, the enhance of their interest in learning, and the academically cultivation of their spirit of innovation.

experiment of Analytical Chemistry; teaching reform; teaching content; teaching method

2015-07-10

安徽工業(yè)大學(xué)校級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目(2011jg35)

楊新安(1979-)， 女，安徽淮北人，安徽工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院實(shí)驗(yàn)師。

G642.0

A

1671-9247(2015)06-0095-02