水硬度測定實驗項目化教學實施淺談

陳盛余　唐成勇　趙丹丹

摘 要 介紹水硬度測定實驗項目化教學實施方案，分析其優(yōu)缺點。對于水硬度測定實驗的項目化教學，課前學生查閱資料準備方案，教師審核方案；課中學生實施項目，教師進行觀察記錄；課后學生總結(jié)評價，教師補充完善。水硬度測定實驗的項目化教學可以提高學生自主學習能力，但是該教學模式對學生要求高，花費時間多，對教師要求也高，是否實施需要綜合考慮。

關(guān)鍵詞 項目化教學；水硬度測定；實驗

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）04-0129-03

Using Project-based Learning in Determination of Water Hard-ness Experiment//CHEN Shengyu， TANG Chengyong， ZHAO Dandan

Abstract The teaching implementation of project of determination of water hardness experiment was introduced. The advantages and disadvantages of teaching by project were analyzed needed to get ready to experimental program before class. And teachers audited programme. Teachers also observed and recorded the situation in class while students performed the project. Finally they evaluated the

project with teachers. And teachers gave more good advice. The tea-ching by project could improve the students autonomous learning ability. But it brought forward new demands for students. The class needed more time. Teachers needed to meet the new requirements. Whether to implement the model teaching depended on the school comprehensive strength.

Key words the pedagogy based on projects； determination of water hardness； experiment

1 前言

實驗是培養(yǎng)學生動手能力的主要方式之一，也是檢驗理論課內(nèi)容真實與否的途徑之一，因此，高校實驗課程對于培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)起著舉足輕重的作用。然而隨著高校的發(fā)展，傳統(tǒng)的實驗教學已經(jīng)不能完全滿足應(yīng)用型大學培養(yǎng)人才的要求，對于專業(yè)課實驗的教學改革已經(jīng)成為我國教學改革的熱點問題[1]。

水硬度測定是分析化學實驗的重要實驗之一[2]，該實驗既是驗證配位滴定理論的實驗，也是配位理論的實際應(yīng)用體現(xiàn)。該實驗的開展可以增強學生對理論知識的理解，并增強學生的動手能力和綜合素質(zhì)。在傳統(tǒng)教學中，學生只是根據(jù)書本和教師的要求將實驗機械式地進行完畢，對于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)還有諸多不足，因此對該實驗進行教學改革也是值得探索的問題之一。

項目化教學是一種新興的教學模式。項目化教學是以學生為中心、以項目為中心、以實驗情境為中心的教學模式[3]，在多種實驗教學中可以進行嘗試。項目化教學在專業(yè)課實驗教學中有很多與傳統(tǒng)教學不一樣的效果，因此，在水硬度測定實驗中采用項目化教學也會有很多不一樣的效果，而如何實施項目化教學將影響教學效果。以武漢大學主編的《分析化學實驗》中的“自來水硬度的測定”[4]為例，對該實驗的具體過程進行分析，以期為實驗教學改革提供更多有價值的參考。

2 課前階段

項目制定與實驗方案設(shè)計 在項目進行前，教師先確定項目?！斗治龌瘜W實驗》中的“自來水硬度的測定”實驗可以將項目確定為“分別測定自來水中的鈣硬度和總硬度”。首先，學生要進行分組，可以以自由組合的方式，以若干個學生為一組，為了保證教學質(zhì)量，一般2～3個學生為一組比較合適。分組結(jié)束，各組根據(jù)項目查閱資料。對于該項目，涉及的內(nèi)容主要是配位滴定的相關(guān)理論。該項目按照傳統(tǒng)實驗步驟，需要用到標準溶液EDTA，需要對混合金屬離子進行分別滴定。這部分理論主要包括EDTA可以滴定的原理，混合金屬離子可以分別準確滴定的條件。因此，這些都是學生在查閱資料時必須去查閱的。只有對這些理論了解并掌握后，學生才能設(shè)計出合理的實驗方案。

當然，學生也會通過網(wǎng)絡(luò)或者實驗教材等方式寫出一份項目實施步驟，但是未必知道其中的原因。所以在課前階段，教師還要對各組學生的實施方案進行審核并提出修改意見，直到方案合理為止。審核不僅僅局限于紙質(zhì)材料，教師要對學生的相關(guān)理論知識進行口頭考核。比如對于EDTA溶液的標定，可以采用二甲酚橙做指示劑用鋅標定，也可以采用鈣指示劑，用碳酸鈣進行標定。教師可以提問：“選擇何種方法標定比較合適？”學生回答正確，就證明對相關(guān)理論掌握了；如果回答不出來，就是對相關(guān)知識掌握不夠，需要繼續(xù)查閱資料。對于實驗涉及的其他理論，教師也可以通過類似的方法進行提問，檢驗和督促學生對背景資料進行學習和鞏固。

實驗材料的準備 學生的項目實施方案如果已經(jīng)完善，就可以進入實驗材料準備階段。由于項目化教學要求相關(guān)實驗材料需要學生自己準備，但是實驗室不像廚房做飯，因此，在學生準備材料的時候，教師要在現(xiàn)場指導(dǎo)。比如指導(dǎo)學生配制試劑的量要適當，EDTA標準溶液一般是配制濃度為0.02 mol/L，所以不要讓學生配制過高濃度，否則浪費藥品。同時，每一小組的成員可能不同，為了保證每位成員都能進行實驗，教師要指出大概配制的量，監(jiān)督學生對試劑的保存方式，排放要正確。這些雖然是小問題，但是學生畢竟沒有經(jīng)過對實驗室管理的系統(tǒng)教育，對很多實驗室管理規(guī)定并不了解，所以需要教師去指導(dǎo)，也是教授學生項目外的一些知識。

3 課中階段

在學生的實驗設(shè)計方案通過教師的審核并準備好材料后，各小組可以進行實驗項目。學生進行項目主要是根據(jù)設(shè)計好的實驗方案進行，對于“分別測定自來水中的鈣硬度和總硬度”項目的第一步是對EDTA進行標定，這一步驟包括了稱量、定溶、滴定等基本操作。學生在這一過程里面首先是把以前分析天平的使用進行熟悉鞏固。由于在本項目中需要測定鈣，因此標定EDTA采用鉻黑T，在堿性條件進行測定比較好，可以較小誤差。而標定EDTA溶液需要用鈣溶液，學生需要稱量碳酸鈣溶解定容，所以可以練習定容操作。

這些操作都是學生自己完成，在進行實驗操作的同時，每一組內(nèi)成員之間還需要相互配合。滴定時需要將溶液控制在弱堿性是因為EDTA具有酸效應(yīng)，弱堿性條件可以降低酸效應(yīng)產(chǎn)生的誤差；不用強堿性的原因是鎂離子在強堿作用下會沉淀，無法直接測定總硬度。所以學生在進行項目的時候就可以驗證這些。對于這些書本理論，學生如果有所懷疑，可以自己在酸性或者其他條件下進行測定，及時記錄數(shù)據(jù)。

在項目實施過程中，教師也要進行監(jiān)督。首先，教師要對學生的基本實驗操作進行觀察，并記錄學生的實驗操作是否規(guī)范，必要時還要直接指出。比如學生稱量時是采用直接稱量法還是減量稱量法，要進行記錄，在課后進行討論評價。項目實施過程中滴定的終點顏色變化也是最值得教師去監(jiān)督的。每個人的視覺效果不是完全一致，在觀察終點顏色變化時會存在誤差，有些人滴定的終點顏色深一些，有些人的顏色會淺一些。同時，這個誤差跟個人的滴定震蕩操作也有直接關(guān)系。如果震蕩不均勻，可能會使誤差增大，所以教師對每個學生在這個滴定終點的操作要特別留意。

學生滴定結(jié)束要對實驗數(shù)據(jù)進行處理，把實驗結(jié)果計算出來，無實驗誤差計算出來。一般來說，實驗數(shù)據(jù)來自同一個人的操作時，誤差相對小一些；而實驗數(shù)據(jù)來自不同的人的操作時，誤差就大一些。在數(shù)據(jù)整理時，學生要學習如何取舍數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)的整理，也會發(fā)現(xiàn)自己的實驗操作是否達到要求。通過實驗數(shù)據(jù)整理，學生可以理解弱堿性測的是總硬度，強堿性測的是鈣硬度，知道具體的計算公式。相對于傳統(tǒng)教學，學生已經(jīng)做了一道計算題。這個計算題是根據(jù)實際聯(lián)系起來的，對于學生鞏固知識和增強應(yīng)用能力都非常好。

4 課后階段

項目實驗完畢就進入課后評價階段。首先，學生對實驗測定結(jié)果進行評價，實驗結(jié)果以教師事先進行測定的平均結(jié)果作為“約定真值”。所謂“約定真值”是教師在學生項目開始前，先對水硬度進行測定，可以是多位教師一起進行測定，得到平均值即為“約定真值”。學生直接將自己的測定結(jié)果與“約定真值”比較，這時候再根據(jù)自己的結(jié)果進行分析。當然，與“約定真值”越是相近的，可以認為項目完成得越好；偏離越大的，可以認為項目完成得相對較差。

除了實驗結(jié)果，學生還要對項目的各個方面進行總結(jié)和評價。學生要總結(jié)自己在此次項目中所承擔的任務(wù)，因為是一個小組完成實驗，所以要分別評價。比如對于EDTA溶液的標定，在本次實驗中應(yīng)該如何控制條件，在這些操作中有沒有不熟悉的，或者新的內(nèi)容。學生要分析自己在具體操作中存在什么問題，需要改進哪些，通過這些自我分析會更加深刻。除此以外，學生還要對同組成員進行評價。同組成員之間做得怎么樣，組員之間是最清楚的，所以對同組成員的評價可以進一步揭示項目的情況。成員之間的評價可以彌補自己分析的一些不足，比如某些操作可能做得不到位，甚至有些是錯誤的而自己又沒有發(fā)覺，別人來評價指出可以為當局者改正。這些都是學生之間應(yīng)該做的。

還有就是學生要把項目實施中的一些不確定的問題提出來進行討論，因為項目雖然實施了，但是在實施過程中也有很多出乎自己意料的事情，這些可能自己在開始也沒有查過相關(guān)資料，一時也無法解答。這時候可以拿出來進行討論。自己不了解，其他學生或許查閱過相關(guān)資料，可以進行解答，其他學生通過聆聽也能進一步增加自己的知識。

教師也要參與學生的課后總結(jié)階段，這個階段教師也是非常重要，因為教師在這里面起到裁判作用。在前面的課中階段，教師是作為督導(dǎo)者的身份進行觀察，已經(jīng)把各小組的項目實施情況進行了記錄，對各位學生的操作情況也有了相當程度的了解，所以要在這一階段進行評價。首先要評價實驗結(jié)果的好壞，因為實驗結(jié)果直接反映操作過程，如果結(jié)果好，證明其操作過程相對合理。教師要聆聽每位學生的總結(jié)，幫助其分析項目存在哪些問題，指出學生不完善的地方，提出能夠改進的意見，指出相關(guān)知識點，這樣學生才能有更多的進步。教師還要對學生的總結(jié)進行評價，促使學生認真總結(jié)，不能讓學生對總結(jié)流于形式。這樣項目化的實施才能達到目標。

5 結(jié)語

對于“水硬度測定實驗”實施項目化教學，可以使該實驗更加真實化，提高學生的學習興趣，使學生的自主學習能力得到極大的提高。項目化教學的實施將教學內(nèi)容實際應(yīng)用化，理論與實踐同時結(jié)合，改觀了傳統(tǒng)的教學模式，可以進一步推廣。但是在項目化教學的具體實施過程中也存在一些難題。

1）項目涉及理論內(nèi)容過多。比如“水硬度測定”實驗，其內(nèi)容涉及的范圍已經(jīng)把配位滴定的基本內(nèi)容全部囊括進去，學生在查閱相關(guān)資料進行準備時有較大難度。由于涉及內(nèi)容較多，學生一下子進行自主學習有相當?shù)碾y度。對于基礎(chǔ)知識比較好的學生，其學習能力較強，可以完成相關(guān)資料的學習；對于基礎(chǔ)較差的學生，學習難度太大，無法完成相關(guān)理論學習，最后影響其項目設(shè)計，甚至無法進入項目化實驗。對于這一問題，還有待以后項目化教學的進一步完善。

2）花費時間多。由于“水硬度測定”實驗涉及的內(nèi)容多，學習理論需要花費大量時間才能將相關(guān)知識進行掌握，特別是學生自主學習，可能花費的時間比傳統(tǒng)教學還要多。這將可能影響正常的教學進度。這也是目前很多教學無法進行項目化的原因。那么在進行項目化改革時要充分考慮教學時長的問題，制定合理的教學時間，為項目化教學提供更多條件。

3）對師資力量比傳統(tǒng)要求高。由于項目化教學實施過程需要教師進行監(jiān)督觀察，而學生又分成了若干組，教師觀察未必十分到位。在傳統(tǒng)教學中，教師1～2人可以進行教學；而進行項目化實驗時，課后需要教師對每位學生的實施情況進行評價，所以需要多位教師進行觀察，也就是說需要增加師資力量進行上課。對于大部分高校而言，教師上課的班級是固定的，專門抽調(diào)教師進行每一次實驗的項目化教學有難度。

總的來說，對于“水硬度測定”實驗實行項目化教學有優(yōu)點也有缺點，什么時候?qū)嵭许椖炕虒W，要根據(jù)學校的自身情況出發(fā)?？梢詮囊陨嫌懻摰慕嵌冗M行考慮，希望上述意見能夠為化學實驗的教學改革提供一些參考。

參考文獻

[1]周濟.實施“質(zhì)量工程”貫徹“2號文件”全面提高高等教育質(zhì)量[J].中國大學教學，2007（3）：4-8.

[2]侯振宇，范文秀，郝海玲.無機及分析化學實驗[M].3版.北京：化學工業(yè)出版社，2014.

[3]張長麗，邵陽，陳昌云，等.《工業(yè)分析實驗》項目化教學模式的探索與實踐[J].化工時刊，2015，29（3）：36-38.

[4]武漢大學.分析化學實驗[M].北京：高等教育出版社，

2011.