分析化學實驗創(chuàng)新型教學探討

程云環(huán),滕井通,王巖玲,陳高禮,赫占軍

(1. 淮北師范大學 化學與材料科學學院，安徽 淮北 235000；2. 淮北師范大學 生命科學學院，安徽 淮北 235000)

分析化學實驗教學在化學、生物科學、食品科學、環(huán)境科學等學科教學中均占有重要地位，分析化學實驗既能培養(yǎng)學生對分析化學理論知識的應用和實踐，又能提高學生觀察、分析解決實際問題的能力，并嚴格樹立“量”的概念，培養(yǎng)嚴謹?shù)膶W術作風.當前，隨著我國社會、經(jīng)濟及科學技術的迅速發(fā)展，對創(chuàng)新型人才的需求，對分析化學實驗教學提出了更高的要求，尤其是化學、食品、生物科學等專業(yè)本科生教學.

分析化學實驗作為化學基礎課程的重要組成部分，在教學中仍然存在不少問題，主要包括：1)課程設置有待于創(chuàng)新和科學化；2)教學方法需要推陳出新，開拓新思路；3)教學設施需要改進和完善；4)需要加大對師資投入，加強對教師培訓等.對于化學課程教學“重理論、輕實踐”的現(xiàn)狀[1]，要適應我國新形勢下國家對素質(zhì)教育的要求，就需要充分重視化學實驗教學，引入新的教學觀念，改革教學模式，更新教學內(nèi)容，以培養(yǎng)出理論扎實，綜合實踐能力、工程意識、就業(yè)競爭力強的優(yōu)秀畢業(yè)生，以適應我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展對專業(yè)人才的需要.

1 分析化學實驗創(chuàng)新型教學體系構建

1.1 改革分析化學實驗課程體系

為了培養(yǎng)應用型、復合型、技能型的化學人才，必須加大化學實踐的教學力度，分析化學實驗課程內(nèi)容應推陳出新，教學內(nèi)容需在繼承已有核心專業(yè)課程內(nèi)容的基礎上，對課程體系進行科學合理的改革與創(chuàng)新，引入新的教學內(nèi)容，改革教學方法，真正實現(xiàn)專業(yè)教育與素質(zhì)教育相結合，實踐教學與理論教學相結合，應用型教學與基礎課程教學相結合[2].

目前，分析化學實驗主要包括分析天平的稱量練習、酸堿滴定(或者絡合滴定、氧化還原滴定及沉淀滴定)中標準溶液的配制和濃度的標定等基礎性實驗操作，以及銨鹽中氮含量的測定、自來水中總硬度的測定、鐵礦石中鐵含量的測定等驗證性實驗，實驗方案預先已經(jīng)設計好，學生完全可以按照教材給定的步驟來進行，無需深入思考即可以完成實驗，這就導致學生對實驗原理了解得不透徹，理論課學習的內(nèi)容在實驗中得不到充分運用，實驗方案及樣品預處理及分析測試方法了解不深入，綜合能力得不到真正鍛煉和提升.因此，有必要創(chuàng)新完善分析化學實驗課程體系，開展階段性、漸進式實驗教學.

第一階段，開展經(jīng)典的基礎性實驗，如分析天平的的使用、酸堿滴定練習、鉛鉍混合液中鉛鉍含量的連續(xù)滴定等，經(jīng)典的實驗主要側重于儀器的使用方法，基本操作技能的鍛煉、原理的理解、分析的定量表達等，這些實驗為同學們熟悉化學實驗環(huán)境、建立實驗室安全觀念、掌握實驗基本操作打下基礎；第二階段，開展驗證性實驗，在學習基本理論和基本操作的基礎上，通過對一些經(jīng)典的驗證性實驗原理及過程的學習與實踐，提高理論知識的運用能力和解決實際問題的能力，學習解決問題的方法；第三階段，開展設計性實驗.設計性實驗即依據(jù)一定的原理、原則、規(guī)律等制定出具體實現(xiàn)實驗目的和要求的方法、步驟、手段、程序及注意事項等，并為此所做的實驗[3]，重點要體現(xiàn)實驗的設計性與創(chuàng)新性，實驗要求學生自己查閱搜集資料，應用所學理論進行分析實驗原理，設計實驗過程、步驟，明確所用儀器、試劑及配制方法，并能按設計完成實驗，對數(shù)據(jù)結果進行統(tǒng)計分析.這對學生綜合能力要求較高，對教師的綜合能力要求也高，是真正能夠體現(xiàn)學生為主體，教師為指導的學習實踐過程.這個層次的實驗在實踐中有一定的難度，可以與老師的科研實驗相結合，如有的學校實行導師制，可結合導師制開展設計性實驗，也可以與畢業(yè)論文實驗相結合，或?qū)ｉT設置開放性實驗項目.

1.2 建立“學生為主體，教師為主導”的新的教學模式

傳統(tǒng)的分析化學實驗教學過程一般是：預習，教師講解，學生實驗，學生完成實驗報告.學生對實驗內(nèi)容的預習過程很大程度上會流于形式，甚至演變成學生抄襲報告.而理論講授內(nèi)容一般都比較詳細，從試劑配制到藥品稱量、質(zhì)量計算，甚至包括計算結果的公式均一一給出，數(shù)據(jù)處理方法也做明確要求，因此，對于每一種類型的實驗，學生完成一個實驗以后，對下一個實驗基本都有了一種預見性，按著實驗步驟一一完成就能獲得想要的實驗結果，或者實驗結果與預期結果不一致，也不主動做深入探討.更有甚者，學生們對不理想的實驗數(shù)據(jù)擅自修改，以減小分析計算結果的誤差，以提高分數(shù).學生沒有真正以“主體”的形式參與到實驗中來，其科學邏輯思維能力、創(chuàng)新能力得不到鍛煉和發(fā)揮，分析問題解決問題的方法沒有掌握，不能真正體會到學習及解決問題的樂趣，體驗不到實驗科學的魅力所在，逐漸對實驗失去興趣，或者僅僅當作一項任務來完成.所以，分析化學實驗，要真正以教師為“主導”，學生為“主體”，從教學課程設計，教學方法等方面入手，給學生創(chuàng)造性的發(fā)揮留有空間.如，實驗課預習，不應該體現(xiàn)為簡單的報告內(nèi)容的抄寫，而體現(xiàn)為關鍵知識點的提煉和條理化；理論講授部分，學生可以參與講解，即教師學生臨時調(diào)換位置，學生來講解實驗的目的要求、原理、步驟、試劑配制方法等；實驗過程中教師要嚴格要求操作準確性，發(fā)現(xiàn)實驗中的問題與學生討論解決，而不是直接告訴解決方案；實驗報告的書寫、數(shù)據(jù)的處理要規(guī)范，誤差分析及數(shù)據(jù)取舍方法等方面的強化與鍛煉等.

同時，新的教學手段和方法也應該合理地應用到分析化學實驗教學中來，計算機和網(wǎng)絡的普及為理論課教學和實驗課教學提供了更加形象、生動、直接的手段，這些新的教學方法應該引入到分析化學實驗教學中來.目前分析化學實驗還主要停留在傳統(tǒng)授課手段上.分析化學實驗操作、儀器使用方法，一些相關的實驗現(xiàn)象等均可以制作成動態(tài)影像演示給同學們看，同時方便引入新的實驗內(nèi)容.一些知識點也可以以“微課”的形式給學生講授[4]，條件具備時，也可以嘗試在分析化學實驗中植入慕課，提高學生自主學習能力，增強師生、生生互動.

1.3 嚴格實驗操作規(guī)范，培養(yǎng)嚴謹?shù)慕?、學態(tài)度

嚴格規(guī)范的實驗過程、嚴謹求實的實驗作風是學生養(yǎng)成良好學習習慣和提高科研素質(zhì)的重要條件，分析化學實驗恰恰是鍛煉學生這方面綜合素質(zhì)的課程.這個方面，教師的態(tài)度決定學生的態(tài)度，教師要求嚴格嚴謹，學生就會比較認真，學到的知識和技能就會越多，畢業(yè)學生的反饋信息也證明了這一點.分析化學實驗中，經(jīng)常出現(xiàn)儀器操作不規(guī)范，甚至很隨意的情況，如移液管移取溶液最后一滴留在移液管中，滴定管讀數(shù)不準確；滴定終點時滴定速度過快，終點變色控制不準確，隨意挪動天平或稱量試劑不關閉天平側門等，這與學生的學習態(tài)度和對分析實驗操作的準確性要求認識不夠有關系，對誤差傳遞和“量”的認識不足，同時也與老師的專業(yè)素質(zhì)和教學要求嚴格程度有關.分析化學實驗教學的主要內(nèi)容是定量分析，是嚴格要求“量”的過程，教師應該引導學生在實踐操作中把 “量”的觀念體現(xiàn)出來，要嚴格確立“量”、“有效數(shù)字”、“誤差”的概念，明確誤差傳遞對分析結果的影響，這在分析化學實驗中有重要意義，是獲取準確分析測試結果的保證[5-6].這就要對學生上課過程要嚴格要求，注意細節(jié)，對儀器的洗滌、溶液的配制、移取、滴定、數(shù)據(jù)分析等每個環(huán)節(jié)都要嚴格把關，糾正.

1.4 新觀念及新的思想引入分析化學實驗教學

化學實驗是實踐操作過程，涉及利用能源(水、電、氣等)、材料(化學試劑、溶劑等)等各種資源，同時產(chǎn)生各種有毒有害的物質(zhì)(廢氣、廢液、固廢)，在這個過程中倡導節(jié)約、環(huán)保的觀念、提倡綠色化學是必要的.當前，綠色化學已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點，化學實驗“綠色化”也是未來發(fā)展的必然趨勢，而各種實驗過程即是綠色化學實踐教育的良好契機.綠色，意味著節(jié)約、無害、有效利用，所以，從簡單的儀器洗滌著手，從節(jié)約實驗用水開始，對學生開展綠色觀念教育，節(jié)約藥品，減少實驗所用試劑溶液消耗，減少環(huán)境污染.實驗中可以引導學生開展一些有益嘗試，如一些有毒試劑的替代，即用無毒的試劑替代有毒試劑開展實驗；用毒性小的實驗取代試劑毒性大的實驗(如鐵礦石中鐵含量的測定，用SnCl2-TiCl3聯(lián)合還原法替代Hg2Cl2還原法)；如果條件允許，對實驗過程做一些改進，如對NaS2O3溶液的標定實驗，為了減少處理剩余K2Cr2O7的煩惱，可采用每個錐形瓶里稱量一份K2Cr2O7的方法，并且測定時適當減少鐵礦石樣品的用量；硅酸鹽水泥中SiO2、Fe、Al、Ca、Mg的測定，可以嘗試將SiO2的測定與Fe、Al、Ca、Mg的測定相結合著進行，即適當稱量一定量的水泥樣品(如1.0000g)，溶樣后過濾，洗滌，收集沉淀用于SiO2的測定，收集濾液用于Fe、Al、Ca、Mg的測定，這樣就減少一次水泥溶樣過程，也減少了HCl、HNO3和NH4Cl的用量.還可以倡導微量分析，推廣微型化學實驗[8]，分析化學實驗廢液的合理處理(如將Cr(VI)轉(zhuǎn)化為Cr(III)，再沉淀除去).

1.5 改進考核方式，調(diào)動學生學習積極性

嚴格考核方式對學生綜合素質(zhì)的提高和實驗過程管理都有積極的促進作用.工作實踐經(jīng)驗表明，過程性考核的方法有利于提高學生的積極性，并且比較科學.即將分析化學實驗成績分成兩大部分：平時成績和期末成績，平時成績包括實驗預習(10分)、課堂表現(xiàn)(10分)、實驗操作(50分)、數(shù)據(jù)記錄及處理(15分)、實驗報告(15分)，總分值100分[7]，考核比較詳細；一些學校按預習報告、實驗準備、實驗紀律、實驗報告等分項給分值對學生的實驗過程進行評價，有的學校直接將實驗過程考核分為實驗操作和實驗報告兩部分.全過程的考核方式無疑對學生學習和實驗的態(tài)度、積極性和綜合能力的鍛煉發(fā)揮著重要作用.結合學期末實驗操作考試和試卷筆試，最終將真實地體現(xiàn)學生對實驗課程的掌握情況，以及實踐操作能力的鍛煉情況.實際中應結合本校實際情況，制定科學合理的考核方式，既要提高教學效果，又要提高學生學習的積極性.

2 結 論

如果說分析化學是科學技術的眼睛，發(fā)現(xiàn)問題，并參與問題的解決，那么分析化學實驗就是發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的根本方法，這足以體現(xiàn)分析化學實驗的重要性.在互聯(lián)網(wǎng)+的新形勢下，為滿足化學及相關專業(yè)專業(yè)素質(zhì)教育的要求，改革分析化學實驗教學內(nèi)容，完善教學體系，創(chuàng)新教學方法是分析化學實驗教學獲得長足發(fā)展的有效途徑，這是一個長期的、綜合的過程.