化學(xué)分析模塊化教學(xué)改革探究

夏阿林

（邵陽學(xué)院食品與化學(xué)工程學(xué)院，湖南邵陽 422000）

化學(xué)分析模塊化教學(xué)改革探究

夏阿林

（邵陽學(xué)院食品與化學(xué)工程學(xué)院，湖南邵陽 422000）

針對化學(xué)分析教學(xué)改革，使用模塊化教學(xué)方法，對化學(xué)分析內(nèi)容進(jìn)行有目標(biāo)的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，以如何實現(xiàn)滴定或沉淀操作這一時間序列為主線，以解決問題為基本模塊，將所有知識點內(nèi)容歸于各需要解決的問題基本模塊，通過逐漸解決這些基本模塊，激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)生分析和解決問題的能力，從而達(dá)到教學(xué)目的。

化學(xué)分析；模塊化教學(xué)；教學(xué)改革

分析化學(xué)是研究物質(zhì)的組成、狀態(tài)和結(jié)構(gòu)，并獲取化學(xué)信息的一門科學(xué)。分析化學(xué)的發(fā)展與生命科學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)以及資源與環(huán)境科學(xué)等發(fā)展都是息息相關(guān)的。[1]其應(yīng)用幾乎涵蓋所有科學(xué)技術(shù)研究領(lǐng)域，常常被比喻為科技的眼睛。在關(guān)乎生命、健康、食品和環(huán)境等關(guān)鍵問題上，分析化學(xué)能協(xié)助解決問題，并為相關(guān)決策提供信息依據(jù)，肩負(fù)著重大的社會與道義職責(zé)。[2]化學(xué)分析是分析化學(xué)的基礎(chǔ)，是以物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)及其計量關(guān)系來確定被測定組分和含量的分析方法，又稱為經(jīng)典分析方法，為分析化學(xué)基礎(chǔ)課的兩大支柱之一。[3]

然而目前的化學(xué)分析教學(xué)常常面臨著兩個問題。一是教材比較陳舊，結(jié)構(gòu)趨于零散，知識點多而散亂。教師經(jīng)常無法在有限的學(xué)時內(nèi)講解完所有的知識點。學(xué)生也普遍反映化學(xué)分析內(nèi)容公式多而難以記憶，難以理解。有時各滴定分析之間內(nèi)容容易混淆，每節(jié)課學(xué)完后不知有什么用，好像背離了“定量分析”的初衷。各分析方法之間似乎有聯(lián)系，但不知道聯(lián)系在哪里。繁雜零散的知識點使學(xué)生茫然失措，失去了目標(biāo)，找不到主線將這些知識點鏈接起來。二是教學(xué)方式大多采用傳統(tǒng)方式：教師臺上講，學(xué)生臺下聽。這樣就造成了教師難以跳出按教材內(nèi)容順序授課的慣性。學(xué)生由于只是聽，時時處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)，對于培養(yǎng)學(xué)生的思維和實踐能力并沒有起到較大的促進(jìn)作用，這樣就使學(xué)生養(yǎng)成了學(xué)習(xí)的惰性。

一、模塊化教學(xué)方法

模塊化教學(xué)起源于20世紀(jì)70年代，由國際勞工組織（ILO）首先提出，稱為“模塊式技能培訓(xùn)”，英文表達(dá)為“Modules of Employable Skills”，即MES模式。該培訓(xùn)方法的主要內(nèi)容是現(xiàn)場教學(xué)，核心內(nèi)容為技能培訓(xùn)，基本模塊是由崗位任務(wù)來確定，主線是完成某種實際的職業(yè)崗位工作的程序。這種模塊化技能培訓(xùn)是以職業(yè)崗位需求為體系的一種新的培訓(xùn)模式，是對以學(xué)科為系統(tǒng)的傳統(tǒng)培訓(xùn)模式的一種突破。我國在20世紀(jì)80年代末引進(jìn)了這種培訓(xùn)模式，最初被國內(nèi)職業(yè)教育中心借鑒，后逐漸在高校教育教學(xué)中被關(guān)注。

模塊化教學(xué)在我國經(jīng)過30多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一種完整的、有中國特色的教學(xué)模式。它是以經(jīng)過重新“組裝”的教學(xué)模塊作為一個教學(xué)實施單元，并以這個教學(xué)實施單元為中心進(jìn)行組織教學(xué)。模塊化教學(xué)通過打亂參考教材原有的既定章節(jié)，依據(jù)教學(xué)知識點集成模塊化要求以及教學(xué)過程中的基本環(huán)節(jié)，分解打包知識結(jié)構(gòu)，按多元目標(biāo)來系統(tǒng)劃分課程結(jié)構(gòu)與教學(xué)內(nèi)容。其核心在于將原來參考教材或內(nèi)容的課程結(jié)構(gòu)劃分成多個基本教學(xué)模塊，相關(guān)的知識教學(xué)模塊由相互交叉滲透的教學(xué)內(nèi)容組成，通過對整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，讓每一模塊都起到相對獨立的作用，并有機(jī)整合成一個完整的教學(xué)系統(tǒng)。[4]

模塊化教學(xué)不僅突破了參考教材對教學(xué)的約束，也打破了傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)的慣性教學(xué)思維。教學(xué)手段不再局限于傳統(tǒng)機(jī)械授課式教學(xué)，還可以穿插案例式、誘導(dǎo)式、探究式和比較式等教學(xué)手段。這種以模塊化教學(xué)為主，其他教學(xué)為輔的復(fù)合式教學(xué)，有利于激發(fā)學(xué)生的自主性和參與性，培養(yǎng)與形成創(chuàng)新思維，也有利于打破目前在課堂教學(xué)中教師和學(xué)生都過度依賴參考教材的慣性與惰性思維。模塊化教學(xué)以知識單元模塊為教學(xué)基礎(chǔ)，通過對零散的課程結(jié)構(gòu)與教學(xué)內(nèi)容知識點進(jìn)行有機(jī)整合和再加工，并對不同知識單元模塊進(jìn)行嫁接，[5]在教學(xué)過程中，逐漸培養(yǎng)學(xué)生對知識集成模塊化學(xué)習(xí)的思維習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生積極學(xué)習(xí)的主觀能動性。

二、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計

化學(xué)分析包括四大滴定分析（酸堿滴定分析法、絡(luò)合滴定分析法、氧化還原滴定分析法和沉淀滴定分析法）和重量分析。本課程具有高度的綜合性和較強(qiáng)的實踐性。在課堂教學(xué)全過程中，如果按照參考教材的內(nèi)容進(jìn)行順序授課，則難以用某一理論分析主線將各個章節(jié)內(nèi)容串接起來，同時也會使得各部分的教學(xué)內(nèi)容彼此離散割裂，導(dǎo)致學(xué)生容易混淆各相似知識點內(nèi)容，知識結(jié)構(gòu)也會混亂不堪，難以達(dá)到化學(xué)分析的教學(xué)目的?，F(xiàn)使用模塊化教學(xué)法，以如何實現(xiàn)滴定或沉淀操作為主線，以解決問題為基本模塊，將教學(xué)內(nèi)容全部模塊化，對相關(guān)的知識教學(xué)模塊進(jìn)行優(yōu)化整合，構(gòu)成一個完整的有機(jī)體，教學(xué)模塊化結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。每一個相對獨立的基本模塊都具有各自的功能目標(biāo)。通過對各教學(xué)模塊以不同的教學(xué)方式加以組織鏈接，構(gòu)成一套完整的教學(xué)研究體系。

圖1 化學(xué)分析教學(xué)模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計

在教學(xué)過程中，應(yīng)注意對每一模塊的核心進(jìn)行重點講授，使學(xué)生能夠了解和熟悉模塊的基本理論及目的，逐漸培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)分析問題的能力，從而避免在有限的學(xué)時內(nèi)，教師講得淺，學(xué)生學(xué)得不入門，教師講得深入，學(xué)時又不夠，而且學(xué)生也聽得云里霧里，知識點之間難以用相應(yīng)主線來連貫。

三、模塊化教學(xué)設(shè)計及實施

在化學(xué)分析的課堂教學(xué)中，如果依照參考教材進(jìn)行順序授課，那么對知識點的學(xué)習(xí)就會顯得散亂，學(xué)生容易對相似知識點產(chǎn)生記憶混淆。即使將教學(xué)內(nèi)容模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計后，如果沒有合理的教學(xué)設(shè)計和實施方案也難以弄清各模塊之間的關(guān)系，并將其有機(jī)組織起來。這就需要教師合理地去設(shè)計教什么（課程、內(nèi)容等）和怎么教（組織、方法、傳媒的使用等）。本人對化學(xué)分析教學(xué)以如何實現(xiàn)滴定或沉淀操作這一時間序列為主線，以解決問題為基本模塊，將所有知識點內(nèi)容歸于各需要解決的問題基本模塊，通過逐漸解決這些問題，最終實現(xiàn)化學(xué)分析的定量分析。

在模塊化教學(xué)前，首先，要讓學(xué)生明白學(xué)習(xí)化學(xué)分析的目的是什么。這個看似簡單的問題，實際上包含了我們?yōu)槭裁匆獙W(xué)化學(xué)分析，弄明白了，才有學(xué)習(xí)的動力。對于回答這個問題，我們可以采用啟發(fā)式教學(xué)方式，讓學(xué)生弄明白?；瘜W(xué)分析實質(zhì)就是采用化學(xué)分析方法對分析體系中的組分進(jìn)行定性定量分析，主要是定量分析。而要實現(xiàn)定量分析，就要知道物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)及其計量關(guān)系，即滴定反應(yīng)或沉淀（氣化或電解等）反應(yīng)。所以，第一步就要弄清楚這些反應(yīng)和相關(guān)理論，歸為基本理論模塊。第二步，要實現(xiàn)分析體系的定量分析，在滴定或沉淀操作前需解決幾個問題。首先要進(jìn)行可行性判斷。（能不能滴定？沉淀能否達(dá)到稱重要求？）如果不可行，后面步驟就不需要再進(jìn)行下去了。如果可行，就可通過化學(xué)計量關(guān)系獲取定量計算公式。對于滴定分析，就是計算化學(xué)計量點濃度，從而獲得突躍范圍。再就是如何判斷反應(yīng)終點。對于滴定反應(yīng)，就是通過選擇指示劑來判斷終點，而指示劑是通過參考突躍范圍來選擇的；對于沉淀反應(yīng)，就是合適選擇沉淀劑，沉淀完全。最后一步就是滴定或沉淀操作了。通過條件控制，減少誤差，獲得理想的定量結(jié)果。結(jié)合實際案例分析，使得學(xué)生對于所學(xué)知識有何用、如何用，都有著深刻的認(rèn)識。

下面以滴定分析內(nèi)容教學(xué)為例，按時間主線，闡述如何組織教學(xué)內(nèi)容和實施模塊化教學(xué)。當(dāng)然，對于重量分析也類似，就不再重復(fù)闡述了。圖2為滴定分析的教學(xué)設(shè)計框圖。圖中可見，滴定分析的理論教學(xué)，實際上是解決滴定前的三個問題模塊：可行性判斷、化學(xué)計量點濃度的計算和指示劑的選擇。而這三個問題的核心就是選擇合適指示劑來判斷反應(yīng)終點。因為當(dāng)分析體系和滴定反應(yīng)定下來后，關(guān)鍵是反應(yīng)終點的判斷，也就是選擇合適的指示劑，讓誤差最小。

圖2 滴定分析的教學(xué)設(shè)計框圖

1.基礎(chǔ)理論模塊

這一模塊是滴定的基礎(chǔ)性知識。在這一模塊里，主要由兩個子模塊構(gòu)成：一是滴定分析概述，二是平衡理論。滴定分析法概述主要講授滴定反應(yīng)，如酸堿反應(yīng)、絡(luò)合反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)和沉淀反應(yīng)，當(dāng)然還包括酸堿、絡(luò)合劑、氧化劑和沉淀劑等。平衡理論主要講授酸堿平衡、絡(luò)合平衡、氧化還原平衡、沉淀平衡、物料平衡、電荷平衡、質(zhì)子平衡以及相應(yīng)平衡常數(shù)、分布分?jǐn)?shù)等。學(xué)生通過這一模塊的學(xué)習(xí)，為后續(xù)模塊學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

2.可行性判斷模塊

這一模塊主要講授終點誤差內(nèi)容，同時通過誤差分析，獲得可行性滴定判別式。如酸堿滴定中，能不能準(zhǔn)確滴定的判別式為cKa≥10-8，能不能分步滴定的判別式為c1K1/c2K2＞10-5。該模塊在滴定分析中很重要，如果不滿足判別式，說明對分析體系滴定會有較大誤差，不能使用該方法滴定，后面步驟也就不需要再操作了。

3.化學(xué)計量點濃度計算模塊

這一模塊主要講授滴定原理和濃度計算。滴定原理模塊主要包括四大滴定規(guī)律和滴定突躍范圍等內(nèi)容。濃度計算模塊主要包括各種滴定條件下平衡時待測離子濃度的計算，當(dāng)然包括化學(xué)計量點時待測離子濃度的計算。通過計算化學(xué)計量點前后±0.1%時待測離子濃度變化范圍獲得突躍范圍。突躍范圍是選擇指示劑的基本依據(jù)。顯然，最理想的指示劑應(yīng)當(dāng)恰好在化學(xué)計量點時變色，但凡在突躍范圍內(nèi)變色的指示劑，都可保證其滴定終點誤差在±0.1%內(nèi)。

4.指示劑選擇模塊

該模塊主要講授指示劑作用原理和指示劑如何選擇。指示劑作用原理模塊主要包括理論變色原理、理論變色點和變色范圍、與實際變色點的關(guān)系、指示劑的用量和影響因素等內(nèi)容。指示劑如何選擇模塊包括如何利用突躍范圍選擇指示劑、自身指示劑和專屬指示劑選擇等。

5.滴定操作模塊

當(dāng)指示劑選擇好后，就可以進(jìn)行滴定操作了。滴定操作模塊包括條件控制模塊和案例分析模塊。為了在滴定過程中控制誤差于允許范圍內(nèi)，就需要控制好滴定條件，如酸堿滴定過程中需考慮二氧化碳影響，絡(luò)合滴定過程中酸度的控制等等。案例分析模塊主要選擇結(jié)合實際應(yīng)用、學(xué)生容易關(guān)注的社會熱點問題，與四大滴定分析和重量分析相關(guān)的案例進(jìn)行講解等。如：以“三聚氰胺”事件，講解凱氏定氮法（酸堿滴定）；以“太湖藍(lán)藻”事件，講解化學(xué)需氧量（COD）檢測（氧化還原滴定）；以飲用水檢測指標(biāo)中的硬度指標(biāo)，講解鈣鎂檢測（絡(luò)合滴定）；等等。這一模塊講解很重要，通過案例分析，既可引起學(xué)生對化學(xué)分析的學(xué)習(xí)興趣，明白學(xué)有所用，也可檢驗學(xué)生對所學(xué)知識掌握的真實水平，同時在教學(xué)過程中，可以有效地培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

通過對化學(xué)分析的模塊化教學(xué)改革，可以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)分析的濃厚興趣，從而使學(xué)生能從原先的被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動自覺學(xué)習(xí)。特別是通過本次教學(xué)改革，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不斷思考，逐漸養(yǎng)成了模塊化思維的習(xí)慣，對創(chuàng)新思維的培養(yǎng)也起到促進(jìn)作用。在課堂教學(xué)中，讓學(xué)生不斷學(xué)習(xí)如何去發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，這樣既調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動性，又拓寬了他們的知識視野，同時分析與解決問題的能力也會得到長足的提高。當(dāng)然在今后的教學(xué)中還需進(jìn)一步深化教學(xué)理念，完善模塊化教學(xué)，并從教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面進(jìn)行全面探討和改革，隨著教學(xué)改革深化，逐漸提高學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)和創(chuàng)性能力。

[1]湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院組編.分析化學(xué)（第三版）[M].北京：科學(xué)出版社，2016.

[2]俞汝勤.分析化學(xué)教學(xué)：學(xué)科基礎(chǔ)定位及某些相關(guān)問題芻議[J].中國大學(xué)教學(xué)，2016（9）：8-13．

[3]武漢大學(xué).分析化學(xué)（上冊）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]王素玉，劉樺.模塊化教學(xué)的應(yīng)用設(shè)計與實踐[J].山東工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2000，（5）：78-81.

[5]劉明遠(yuǎn).模塊化教學(xué)模式在經(jīng)濟(jì)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版），2014，（4）:165-167.

夏阿林（1974—），男，湖南邵陽人，邵陽學(xué)院食品與化學(xué)工程學(xué)院，高級工程師，研究方向為化學(xué)計量學(xué)。

責(zé)任編輯李杰杰