酸堿滴定實驗的改革與實踐*

杜忠文，蒙淑翠，李曉林，侯雙印

(1 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院地球科學(xué)與資源系，河北 保定 071000；2 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院工程技術(shù)系，河北 保定 071000)

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酸堿滴定實驗的改革與實踐*

杜忠文1，蒙淑翠1，李曉林1，侯雙印2

(1 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院地球科學(xué)與資源系，河北 保定 071000；2 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院工程技術(shù)系，河北 保定 071000)

對《酸堿標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定》實驗方法進行了改革。學(xué)生先用基準(zhǔn)物標(biāo)定自己配制的鹽酸溶液濃度，再用比較滴定測定出公用氫氧化鈉溶液濃度，其中氫氧化鈉濃度以多名教師的測定數(shù)據(jù)作為參考值，使學(xué)生所標(biāo)定的酸堿溶液濃度有了較為可靠的準(zhǔn)確值參照。并制定相應(yīng)的評分標(biāo)準(zhǔn)，使學(xué)生實驗成績客觀公正且符合正態(tài)分布。此方案在中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院實施10年的經(jīng)驗表明，這樣改革加強了該實驗對學(xué)生實驗結(jié)果準(zhǔn)確度的考核，調(diào)動了學(xué)生的實驗積極性，促進了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成。

酸堿標(biāo)準(zhǔn)溶液；標(biāo)定；教學(xué)改革

《酸堿標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定》是大學(xué)化學(xué)課程中最經(jīng)典的實驗之一，該實驗?zāi)軌蛱岣邔W(xué)生滴定分析的操作技能，是化學(xué)分析的基礎(chǔ)實驗。該實驗的傳統(tǒng)做法是學(xué)生自行配制酸堿，然后分別用基準(zhǔn)物標(biāo)定酸和堿，從而獲得酸堿的準(zhǔn)確濃度，并對操作技能進行鍛煉[1-5]。但是由于各位同學(xué)所配制的酸堿溶液濃度不一致，且可能存在配制過程中的失誤，教師難以把握每一位同學(xué)所配酸堿的準(zhǔn)確濃度，從而難以確定學(xué)生實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，該方法只能通過精密度進行考核，難以考核學(xué)生數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。本文通過對該方法的改進解決了上述難題，并在中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院化學(xué)實驗室實踐多年，且獲得了良好的效果。

1 實驗改革方案

在傳統(tǒng)《酸堿標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定》實驗原理的基礎(chǔ)上，對酸堿配制環(huán)節(jié)和標(biāo)定環(huán)節(jié)做了一些改動，使得實驗完成以后，能夠更有效地考核學(xué)生實驗情況，也能讓實驗完成情況好的同學(xué)享受成功的樂趣。

配制環(huán)節(jié)提前一周以上完成(由于實驗班級較多，每周每班只能安排一次實驗)，要求每個學(xué)生配置500 mL 0.10 mol/L的HCl溶液，盛放到500 mL試劑瓶中貼好標(biāo)簽備用；另配制250 mL 0.10 mol/L的NaOH溶液，按教師要求把所有同學(xué)配制的NaOH溶液統(tǒng)一倒入同一指定容器中，混勻后得到公共堿溶液備用。

標(biāo)定環(huán)節(jié)，由分別用基準(zhǔn)物標(biāo)定酸堿，改為用無水Na2CO3標(biāo)定出自配HCl溶液濃度后，用該酸對公共堿溶液進行比較滴定，從而確定堿液的濃度。

成績評定環(huán)節(jié)，各教師需要事先預(yù)做實驗，用自配的標(biāo)準(zhǔn)HCl溶液標(biāo)定公共堿溶液，用各老師標(biāo)定結(jié)果的統(tǒng)計平均值(共6位教師，每人測試5組平行，要求教師數(shù)據(jù)相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.3%，舍棄不合要求數(shù)據(jù))作為該堿液濃度的“準(zhǔn)確值”，以便評判學(xué)生標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。在學(xué)生做完實驗后，教師留下學(xué)生做出的原始數(shù)據(jù)進行處理，評定學(xué)生實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和精密度。待學(xué)生完成實驗報告后，教師用預(yù)留的原始數(shù)據(jù)處理結(jié)果與學(xué)生實驗報告數(shù)據(jù)處理進行比對，從而考核學(xué)生實驗數(shù)據(jù)的處理能力，同時可以避免學(xué)生篡改原始數(shù)據(jù)的行為。

2 改革方案實施效果

改革方案在中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院化學(xué)實驗室《大學(xué)化學(xué)實驗》課程中實施，主要面向?qū)毷牧吓c加工工藝、地質(zhì)學(xué)、資源勘查工程等非化學(xué)專業(yè)。方案實施10年以來，效果較為滿意。主要效果體現(xiàn)在以下幾方面：

2.1 更好地把握學(xué)生的實驗效果

傳統(tǒng)實驗，鑒于每個同學(xué)所配制的酸堿溶液濃度均不相同，教師無法把握每一個同學(xué)的準(zhǔn)確度。只能通過對學(xué)生實驗精密度的要求，來考核實驗技能。而當(dāng)被考核客體對實驗原理有清晰的認(rèn)知的情況下，他可以通過計算調(diào)整平行數(shù)據(jù)，甚至通過計算直接報出其他平行數(shù)據(jù)。此外，如果平行操作基準(zhǔn)物稱取質(zhì)量非常接近的情況下，也容易形成主觀猜測結(jié)果的情況。學(xué)生這樣做可以節(jié)省實驗時間，也可以達到提高考核成績的目的。顯而易見，這既不符合科學(xué)實驗的精神，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的誠信精神。

通過實驗改革，讓學(xué)生先標(biāo)定自己酸溶液，然后再用該酸溶液標(biāo)定公用的堿溶液。教師可以通過測定堿溶液濃度的方法來把握學(xué)生實驗的準(zhǔn)確度。在這樣的實驗流程中，學(xué)生在任何環(huán)節(jié)拼湊或篡改數(shù)據(jù)都可能使最終的準(zhǔn)確度較差。教師通過兩次標(biāo)定的精密度和最終實驗的準(zhǔn)確度來考核學(xué)生的實驗技能，比傳統(tǒng)的方法更科學(xué)更有效。

抽取2011級杜老師班級70名學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，鹽酸標(biāo)定數(shù)據(jù)精密度小于1%， NaOH濃度準(zhǔn)確度小于3%的同學(xué)有31名，總占比44.29%，其中準(zhǔn)確度小于1%的同學(xué)有27名，占上述學(xué)生的87.10%。鹽酸標(biāo)定濃度精密度小于1%，而準(zhǔn)確度大于3%的同學(xué)有4名，其中比較滴定也小于1%的有兩名。上述數(shù)據(jù)說明，該考核方法能夠較為科學(xué)地表征同學(xué)實驗操作技能，絕大多數(shù)認(rèn)真操作的同學(xué)都能獲得較好的數(shù)據(jù)。間接說明了，由于不同同學(xué)所配制的鹽酸濃度不同，相互之間的數(shù)據(jù)沒有可比性，有利于學(xué)生客觀認(rèn)真對待自己的實驗數(shù)據(jù)。同時，也能看到，雖然絕大多數(shù)同學(xué)能客觀對待實驗數(shù)據(jù)，但也有兩名同學(xué)出現(xiàn)了滴定精密度很好，但準(zhǔn)確度相差較大的情況。總的來說，這種考核方法，可以讓老師能利用學(xué)生實驗結(jié)果從多維對學(xué)生情況進行分析，具有很強的可實施性和一定的科學(xué)性。

2.2 有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神

由于改革方案可以判定學(xué)生實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，對學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度產(chǎn)生了較為明顯的影響。一方面，實驗技能較好以及操作認(rèn)真的學(xué)生，在獲得較好的實驗結(jié)果后，真心感受成功的樂趣，并激勵自己再接再厲，在以后的實驗中更加認(rèn)真地完成實驗。另一方面，由于粗心或?qū)嶒炦^程中失誤，造成成績不佳的學(xué)生，也能真心體會實驗的嚴(yán)謹(jǐn)性，查找自己在實驗過程中的問題，督促自己在以后的實驗中更加細(xì)心地對待實驗。在這樣的基礎(chǔ)上，后續(xù)的化學(xué)實驗，多數(shù)同學(xué)都能遵守實驗室要求，認(rèn)真完成每一次化學(xué)實驗。培養(yǎng)了學(xué)生認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神。比如，所有同學(xué)在做到自來水總硬度測定實驗時，雖然配位滴定要比酸堿滴定更難，但學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)可以看出準(zhǔn)確度和精密度相對于之前的實驗均有明顯提高。

2.3 有利于實驗與學(xué)生專業(yè)應(yīng)用相結(jié)合

中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院需要學(xué)習(xí)化學(xué)實驗的專業(yè)主要是地質(zhì)學(xué)和資源勘查工程專業(yè)，這些專業(yè)將來在找礦尤其是化探找礦的工作中，需要用到數(shù)理統(tǒng)計的方法對數(shù)據(jù)的可靠性進行把握。在實驗教學(xué)中，教師可以結(jié)合化探工作，對該實驗方法進行拓展講解。比如，化探工作中需要對海量數(shù)據(jù)的精密度和準(zhǔn)確度進行考察，以保證勘察數(shù)據(jù)的科學(xué)性。實際工作中，往往選用國家標(biāo)準(zhǔn)樣對實驗室的分析測試水平進行監(jiān)測。國家標(biāo)準(zhǔn)樣就相當(dāng)于本實驗的公用堿溶液，教師相當(dāng)于更高級實驗室，通過教師實驗測定的堿溶液的濃度作為參考準(zhǔn)確值，對學(xué)生的實驗準(zhǔn)確度進行表征。當(dāng)然其他專業(yè)的學(xué)生，教師也可以根據(jù)其專業(yè)應(yīng)用特征，針對本實驗進行相關(guān)性講解。這體現(xiàn)了公共基礎(chǔ)課為專業(yè)服務(wù)的理念。

此外，由于教師對實驗報告批改及時，能夠在交上報告后一周反饋實驗報告成績和報告中出現(xiàn)的問題，給學(xué)生發(fā)現(xiàn)錯誤改正錯誤的機會，督促學(xué)生在以后的實驗中把實驗報告寫好。鍛煉學(xué)生分析總結(jié)的能力，進一步也可以為寫科學(xué)論文奠定基礎(chǔ)。同時，由于本次實驗設(shè)計數(shù)據(jù)的計算與處理，提高了學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力，加深了對有效數(shù)字、準(zhǔn)確度、精密度等概念的認(rèn)識。

2.4 評價結(jié)果正態(tài)分布

同樣以上述70名同學(xué)為樣本，統(tǒng)計學(xué)生數(shù)據(jù)成績情況。按準(zhǔn)確度劃分，絕對值小于3%為合格，不扣分，3%～5%扣五分，大于5%扣10分。精密度，每個數(shù)據(jù)與平均值的偏差小于1%為合格不扣分，1%～3%每個扣1分，3%～5%每個扣2分，大于5%每個扣3分。在此基礎(chǔ)上，精密度均小于0.3%，準(zhǔn)確度小于1%者加5分，精密度和準(zhǔn)確度均小于0.3%者，加10分。統(tǒng)計情況為：加10同學(xué)有4名，加5分同學(xué)有1名，合格(不扣分)26名，扣分小于10分者26名，10～20分者11名，超過20分者2名。基本符合正態(tài)分布，能夠有效區(qū)分學(xué)生的實驗成績，能夠較為科學(xué)地評價學(xué)生實驗效果。后期各屆學(xué)生的成績也都符合正態(tài)分布，但由于生源素質(zhì)下降，正態(tài)分布的數(shù)據(jù)向低分偏移，數(shù)據(jù)另文討論。

3 存在問題及解決方案

由于本實驗面向非化學(xué)專業(yè)學(xué)生開設(shè)，學(xué)生實驗基本技能參差不齊，多數(shù)學(xué)生沒有滴定基礎(chǔ)，造成許多學(xué)生在實驗時因操作生疏而產(chǎn)生實驗誤差?？紤]到這個實驗以往都是用來練習(xí)基本操作的，所以實驗順序比較靠前。經(jīng)過教研室討論決定調(diào)整實驗順序，把這個實驗從第一個滴定實驗調(diào)到第三個，讓學(xué)生在掌握一定滴定基礎(chǔ)的條件下進行實驗，從而使考核更加科學(xué)。改進效果會在后續(xù)文章中專題論述。

4 結(jié) 論

本次實驗改革，基本上能夠較為科學(xué)全面地考核學(xué)生的實驗技能及科學(xué)素養(yǎng)，經(jīng)過多年教學(xué)實踐基本上達到了預(yù)期的改革效果。希望兄弟院校能推廣利用該實驗方案，并及時交流實驗改革效果，為高等院校的素質(zhì)教育改革提供經(jīng)驗。

[1] 張勇.現(xiàn)代化學(xué)基礎(chǔ)實驗[M].北京:科學(xué)出版社,2005:318.

[2] 陳煥光,李煥然,張大經(jīng),等.分析化學(xué)實驗[M].廣州:中山大學(xué)出版社,1998:234.

[3] 孫毓慶.分析化學(xué)實驗[M].北京:科學(xué)出版社,2004:381.

[4] 北京師范大學(xué)化學(xué)教研室.無機化學(xué)實驗[M].北京:高等教育出版社,1999:290.

[5] 孫約權(quán),李貴深.實驗化學(xué)(上冊)[M].北京:高等教育出版社,2000:314.

Reform and Practice on Experimental Method of Calibration of the Acid-base Solution*

DUZhong-wen1，MENGShu-cui1，LIXiao-lin1，HOUShuang-yin2

(1 Department of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences Great Wall College, Hebei Baoding 071000; 2 Department of Engineering Technology,China University of Geosciences Great Wall College, Hebei Baoding 071000, China)

A new method for the preparation and calibration of standard solution of acid and alkali was introduced.Compared with the traditional methods, the new method can more effectively investigate the accuracy of the data measured by students.A student used the

ubstance to determine the concentration of the hydrochloric acid solution which was prepared by himself, and then used such a HCl solution to determine the concentration of NaOH solution which had been measured precisely by the teachers.What’s more, this program made the corresponding grading standards, so that the students’ experimental results were objective and fair and in line with the normal distribution.This program was implemented for 10 years in the China University of Geosciences Great Wall College, which showed that it had strengthened the experimental results of the students’ accuracy assessment, mobilized the enthusiasm of the students, and promoted the cultivation of students’ scientific literacy.

acid-base standard solution; calibration; educational innovate

河北省高等教育教學(xué)改革研究與實踐項目(No: 2015GJJG302)。

杜忠文(1981-)，男，講師，主要從事化學(xué)相關(guān)教學(xué)研究。

O6-33

B

1001-9677(2016)019-0168-03