分析化學實驗教學中強化三個意識的實踐

文輝忠，王益林，舒 馨，梁信源

(廣西大學 化學化工學院，廣西 南寧 530004)

分析化學實驗是化學及其相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課。分析化學實驗不是簡單的對分析化學理論知識的驗證，而是對無機及有機化學等相關(guān)課程理論知識的綜合運用與實踐。分析化學實驗教學，不僅可培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W作風和實事求是、嚴肅認真的科學態(tài)度；更是培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的重要途徑和手段。目前，國內(nèi)許多高校都在進行分析化學實驗教學改革[1-5]。我校每年有2000余名不同專業(yè)的學生學習分析化學及分析化學實驗課程。實驗過程中，學生會接觸到強酸、強堿及強氧化性物質(zhì)，稍不注意就會引起安全事故。此外，每次實驗都會不可避免地產(chǎn)生各種廢液，隨意排放將會造成環(huán)境污染。近年來，國內(nèi)高校就實驗教學“綠色化”進行了有益探索，并取得了較好的效果[6-8]。為確保實驗安全，減輕因?qū)W生實驗而引起的環(huán)境污染，提高教學質(zhì)量，實驗教學中，我們特別注重“三個意識”的強化，并取得了良好的教學效果。

1 安全與環(huán)保意識

我院分析化學實驗室承擔全?；瘜W及非化學類23個專業(yè)的分析化學實驗課程教學工作。因?qū)W生專業(yè)不一樣，入校成績差別較大；學生來自不同地區(qū)，各中學化學實驗條件不一樣，學生實驗水平參差不齊。實驗中使用的部分藥品有毒、易燃或具有腐蝕性；實驗用具多為易破碎的玻璃儀器；有些實驗還需通電加熱，若違反藥品取用規(guī)定或操作規(guī)程，極易引發(fā)實驗事故。為此，我們在教學中設(shè)置了“安全教育”這一預(yù)備教學環(huán)節(jié)，用于強化學生的實驗安全意識，要求學生通過安全知識考核后，才能進入實驗室。

分析化學實驗中，剩余溶液及廢液不可避免地存在，隨意倒入下水道會造成環(huán)境污染。因此，分析化學實驗必須對學生進行環(huán)保教育。我們的做法是，對實驗中剩余的稀酸和稀堿廢液，讓學生分別倒入指定的廢液桶內(nèi)，實驗結(jié)束后，由值日生將兩種廢液進行中和并將pH值調(diào)至7左右后再排放；鉛、鉍混合液中鉛和鉍的連續(xù)滴定，將滴定后的廢液集中起來用硫化鈉處理，使其轉(zhuǎn)化成硫化物沉淀，用稀硝酸溶解并調(diào)節(jié)其pH值可實現(xiàn)重復(fù)使用[9]；過氧化氫含量的測定中，將試劑瓶及滴定管中剩余的高錳酸鉀溶液統(tǒng)一回收，標定其濃度，用于水中化學耗氧量測定的滴定劑；鐵礦中鐵含量的測定和碘量法測定銅合金中銅含量實驗中剩余的Cr(VI)試液統(tǒng)一收集，一部分經(jīng)稀釋后用作水樣中六價鉻測定的待測液，另一部分用硫酸亞鐵石灰法處理，即在酸性條件下用硫酸亞鐵使Cr(VI)轉(zhuǎn)化為Cr(OH)3沉淀，靜置后分離出來，再將廢液的pH值調(diào)至7左右后排放[10]。廢棄物的資源化利用，即減輕了對環(huán)境的污染，節(jié)約了實驗經(jīng)費，又加強了學生的環(huán)保意識。

結(jié)合自來水總硬度的測定、鉛和鉍的連續(xù)測定、水中化學耗氧量的測定及水樣中六價鉻的測定等實驗，要求學生課后利用網(wǎng)絡(luò)資源，就水體污染、水質(zhì)檢測及污水排放標準等問題進行深入了解，增強環(huán)保意識。

2 準確度意識

分析化學實驗對量的準確度和精密度有嚴格要求。只有樹立了量的概念，才能認識誤差產(chǎn)生的原因，正確選擇實驗條件和實驗儀器，從而實施正確的操作，提高分析結(jié)果的準確度。而學生從無機化學實驗進入分析化學實驗時，往往沒有量的概念，缺泛準確度意識。具體表現(xiàn)可概括如下：(1)凡是稱量都用分析天平；(2)液體量取都用移液管；(3)滴定管裝滿溶液后不排汽泡或滴定前后尖嘴部分懸掛溶液；(4)指示劑滴加過多；(5)臨近終點時，滴定速度沒有慢下來，導致滴定過量；(6)有效數(shù)字概念不清，數(shù)據(jù)記錄錯誤。

針對以上問題，為在實驗中幫助學生建立量的概念，提高準確度意識，在“滴定分析基本操作練習”實驗中，我們要求學生自己配制NaOH和HCl標準溶液，并事先提出如下問題：NaOH、HCl和K2Cr2O7標準溶液的配制方法有何不同？通過思考與討論，學生會明白，NaOH和HCl等試劑，因純度不高，且NaOH易吸收空氣中的二氧化碳和水分，而HCl易揮發(fā)，即便用分析天平稱量或移液管量取，也無法得到其準確的量。因此，可以用臺秤稱量NaOH，用量筒量取HCl，然后加水配制大概濃度，并用基準物質(zhì)或標準溶液標定，計算出其準確濃度。而對K2Cr2O7等基準物質(zhì)來說，因其純度高，性質(zhì)穩(wěn)定，可用分析天平稱量其準確質(zhì)量，溶解后轉(zhuǎn)入容量瓶并稀釋至刻度，即可計算其準確濃度。這樣做，既可強化學生對量筒、移液管、臺秤、分析天平、燒杯及容量瓶等儀器準確度的認識，也能加深對標準溶液配制方法的理解。后續(xù)實驗，絕大多數(shù)學生都能夠根據(jù)準確度的要求，正確選擇合適儀器，做到該精確就精確，該粗略就粗略。就實驗中加入試劑的體積，學生甚至總結(jié)出“課本中凡沒有小數(shù)點的試劑的體積都可用量筒量取”的經(jīng)驗。此外，在實驗教學過程中，常問學生如下問題：為什么滴定管要用待裝溶液潤洗而錐形瓶卻不應(yīng)？如果滴定管不排汽泡或滴定前后尖嘴部分懸掛溶液會有什么影響？指示劑用量為什么不宜過多或過少？臨近終點時，滴加一滴變色與半滴變色對結(jié)果的影響有多大？滴定劑體積應(yīng)記錄到小數(shù)點后的第幾位？等。通過對這些細節(jié)問題的反復(fù)強化及教師的課堂巡視，可讓學生操作規(guī)范，習慣良好，培養(yǎng)其細致、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L，為提高測定結(jié)果的準確度奠定基礎(chǔ)。

3 問題意識

傳統(tǒng)的實驗教學過程，教師習慣于通過詳細講解，將實驗原理、實驗步驟、操作細節(jié)及注意事項等灌輸給學生，整個過程中，學生處于被動、從屬地位，學生只需照方抓藥就能順利完成實驗。這種重接受、輕理解，重結(jié)果、輕過程的做法難以達到通過實驗鞏固和深化理論知識及提高學生分析和解決問題的能力的目的。

學起于思，源于疑。在指導學生實驗的過程中不斷提出問題，一方面可培養(yǎng)學生的問題意識，另一方面通過對問題的分析和解決可加深對理論知識的理解。例如有機酸摩爾質(zhì)量的測定實驗中，可提問學生：(1)標定NaOH溶液時，稱取基準物質(zhì)鄰苯二甲酸氫鉀的質(zhì)量為什么不能過少也不能過多？(2)用NaOH滴定有機酸時是否可以使用甲基橙作為指示劑？為什么？(3)可否用酸堿滴定法測定阿司匹林藥片中乙酰水楊酸及食品中防腐劑苯甲酸的含量？如果可以，應(yīng)設(shè)計怎樣的實驗方案？(4)滴定過程中為什么會出現(xiàn)無色→淺紅色→無色的顏色變化，褪色后是否需要補加NaOH溶液，如果補加對測定結(jié)果有何影響[11]？引導學生從儀器誤差、指示劑的選擇原則、準確滴定條件及周圍環(huán)境影響等角度予以分析，使學生由被動接授知識變?yōu)橹鲃蛹橙≈R，培養(yǎng)其運用知識解決實際問題的能力，從而提高教學效果。在自來水總硬度的測定實驗中，可提出如下問題：(1)本實驗為什么用碳酸鈣而不用金屬鋅為基準物標定EDTA？(2)為什么標定和測定時所用指示劑不同？(3)水的硬度還可以用什么方法測定？(4)補鈣制劑中鈣的含量能否用該方法進行測定？怎樣測定胃舒平藥片中Al(OH)3和MgO

的含量？通過對這些問題的思考和回答，可加深對配位滴定的原理及應(yīng)用的認識；此外，將分析方法的應(yīng)用拓展到學生熟悉的日常用品，可提高學生做好分析化學實驗的積極性。老師在課堂上的提問多了，學生思考問題的積極性調(diào)動起來了，受老師的感染，學生也經(jīng)常會提出各種各樣的問題。對學生提出的問題，能當堂解決的就當堂解決，暫時不能解決的留到課后，也可引導學生自己查閱相關(guān)文獻解決。學生思考的問題多了，思維能力增強了，教學效果也就上去了。

4 結(jié)束語

通過三個意識的強化，既可保證實驗室的安全，讓學生養(yǎng)成關(guān)心環(huán)境、愛護環(huán)境的良好習慣，也能調(diào)動學生學習的積極性，加深對分析化學知識的理解，為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力打下良好的基礎(chǔ)，有利于提高學生分析和解決問題的綜合能力。