分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的研究與實(shí)踐

陳燕清 舒紅英

(南昌航空大學(xué)，江西 南昌 330063)

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是高等學(xué)?；瘜W(xué)專業(yè)必修的核心課程之一，其擔(dān)負(fù)培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)實(shí)踐能力的重要責(zé)任[1-2]。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在著以下問(wèn)題：(一)預(yù)習(xí)效果不佳，學(xué)生單純地抄襲課本；(二)以教師為主體，老師花大量的時(shí)間講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，演示實(shí)驗(yàn)操作，師生互動(dòng)時(shí)間有限；(三)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生“照方抓藥”，缺乏探索精神；(四)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置不合理，驗(yàn)證性內(nèi)容較多，思維鍛煉機(jī)會(huì)少；(五)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)定位簡(jiǎn)單，只注重“三基”和動(dòng)手能力的培養(yǎng)[2]?！秾I(yè)國(guó)標(biāo)》明確了實(shí)驗(yàn)教學(xué)在科學(xué)素養(yǎng)、應(yīng)用能力(特別是解決復(fù)雜問(wèn)題的能力)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的重要作用。這標(biāo)志著實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求已經(jīng)從知識(shí)導(dǎo)向型和技能導(dǎo)向型向能力導(dǎo)向型和素質(zhì)導(dǎo)向型轉(zhuǎn)變[3]。要提高分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量，必須確立學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的主體地位，必須給學(xué)生提供更多的動(dòng)手、討論、協(xié)作的機(jī)會(huì)及必要的思維訓(xùn)練項(xiàng)目[4]。我們分析化學(xué)課程組提出以提高學(xué)生能力為目標(biāo)，課外訓(xùn)練與課堂探究齊抓的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)雙軌教學(xué)模式。幾個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐證明，改革后的教學(xué)模式切實(shí)激發(fā)了學(xué)生的興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，增加了團(tuán)隊(duì)交流及協(xié)作互助機(jī)會(huì)，營(yíng)造融洽的師生關(guān)系，增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用綜合知識(shí)的能力。

1 確定課程教學(xué)目標(biāo)

愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò)：“在一個(gè)崇高的目標(biāo)支持下，不停地工作，即使慢，也一定會(huì)獲得成功”。明確分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程總目標(biāo)，學(xué)生才能更好的規(guī)劃學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)的自主性。開(kāi)課前我們把列有分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)總目標(biāo)的表格發(fā)給學(xué)生。其內(nèi)容包括常用玻璃儀器基本操作技能、大型儀器的使用及維護(hù)方法、化學(xué)分析基本原理、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本知識(shí)、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)等等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)總目標(biāo)的構(gòu)建，學(xué)生不僅能知道單個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也能兼顧不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目間的差異目標(biāo)及共性目標(biāo)。另外我們?cè)谡介_(kāi)始實(shí)驗(yàn)前，要培養(yǎng)學(xué)生牢固樹(shù)立安全意識(shí)。近幾年，高校因?qū)W生不規(guī)范操作導(dǎo)致很多起實(shí)驗(yàn)室安全事故發(fā)生，我們把收集到的安全事故案例，分析實(shí)驗(yàn)室可能出現(xiàn)的安全性問(wèn)題(如實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不小心把酸濺入眼睛，強(qiáng)堿灼傷，被玻璃儀器割傷，被電熱板燙傷)及解決辦法做成教材素材上傳到泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生自行觀看，達(dá)到警醒教育學(xué)生的目的。

表1 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

2 利用互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)，把好預(yù)習(xí)關(guān)

我們利用Camtasia Studio制作了10個(gè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)課件，10個(gè)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)微視頻，9個(gè)基本操作微視頻，以及5個(gè)儀器使用方法微視頻，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都配有相應(yīng)的預(yù)習(xí)作業(yè)。開(kāi)課前我們將制作的這些學(xué)習(xí)支撐材料發(fā)布到泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。學(xué)生通過(guò)手機(jī)端觀看實(shí)驗(yàn)教學(xué)微視頻，基本操作微視頻，儀器使用方法微視頻，同時(shí)完成每個(gè)實(shí)驗(yàn)的習(xí)題作業(yè)。教師及時(shí)查看學(xué)生完成情況：如視頻觀看時(shí)長(zhǎng)、作業(yè)完成情況。對(duì)未完成或完成質(zhì)量差的同學(xué)，在課前及時(shí)提醒，對(duì)拒不完成的同學(xué)小懲當(dāng)次不做實(shí)驗(yàn)。

表2是我們?cè)O(shè)計(jì)的鄰二氮菲顯色分光光度法測(cè)定鐵實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)任務(wù)。習(xí)題一般設(shè)計(jì)成填空題、選擇題、判斷題。習(xí)題有固定答案，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以自動(dòng)評(píng)判答題結(jié)果。實(shí)踐結(jié)果表明，學(xué)生對(duì)這種預(yù)習(xí)方式表現(xiàn)了極大的興趣。有的同學(xué)習(xí)題完成情況不好，主動(dòng)重復(fù)看課件、看視頻，并要求老師將作業(yè)打回重新完成。在預(yù)習(xí)過(guò)程中遇到問(wèn)題，學(xué)生也會(huì)主動(dòng)在平臺(tái)上和老師討論。

表2 鄰二氮菲分光光度法測(cè)定鐵預(yù)習(xí)習(xí)題

3 調(diào)動(dòng)學(xué)生能動(dòng)性，讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)前安排一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組和實(shí)驗(yàn)教師一起準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，學(xué)生也可以收獲很多，如可以增加學(xué)生的動(dòng)手機(jī)會(huì)，增加師生交流機(jī)會(huì)，了解實(shí)驗(yàn)的完整性，這些都為后續(xù)融洽的課堂氣氛打下基礎(chǔ)。在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備過(guò)程中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何得到標(biāo)定實(shí)驗(yàn)所需的無(wú)水碳酸鈉，無(wú)水草酸鈉，無(wú)水碳酸鈣，學(xué)會(huì)烘箱的使用方法；學(xué)會(huì)配制甲基橙、酚酞、鈣指示劑、鉻黑T指示，并知曉配制方法不同的原因。自來(lái)水硬度實(shí)驗(yàn)要用到pH約為10的緩沖溶液，雖然理論課講述了緩沖溶液的選擇方法及配制方法，但在試劑準(zhǔn)備過(guò)程中，學(xué)生還是會(huì)糾結(jié)于氯化銨是應(yīng)該用臺(tái)秤稱，還是該用電子分析天平？取用刺激性氣味的氨水在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上還是通風(fēng)柜中？用量筒量取還是用移液管??？同學(xué)的質(zhì)疑過(guò)程增加了小組同學(xué)間，師生間的交流與互動(dòng)。鄰二氮菲顯色吸光光度法中需要用到Fe2+標(biāo)準(zhǔn)溶液，實(shí)驗(yàn)教材要求用分析純的硫酸亞鐵胺。試劑準(zhǔn)備過(guò)程中可以讓小組同學(xué)討論：可不可以用氯化亞鐵、硫酸亞鐵替代？對(duì)于100μg/L Fe2+標(biāo)準(zhǔn)溶液，同學(xué)很容易錯(cuò)誤的計(jì)算成配制100μg/L(NH4)2FeSO4所需的質(zhì)量。學(xué)生在試錯(cuò)、討論交流中各項(xiàng)能力得到不斷完善提高。

4 重視課堂討論，鍛煉思辨能力

課堂討論給予了學(xué)生自由展現(xiàn)風(fēng)采的機(jī)會(huì)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，通過(guò)交流也讓學(xué)生相互學(xué)習(xí)借鑒，有利于形成一種團(tuán)結(jié)學(xué)習(xí)，積極進(jìn)取、勇于創(chuàng)新的氛圍，鍛煉了學(xué)生的思辨能力。

基于同學(xué)預(yù)習(xí)了當(dāng)次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)前教師的講課環(huán)節(jié)改成學(xué)生展示和討論環(huán)節(jié)。比如鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定實(shí)驗(yàn)中滴定管的使用方法，教師隨機(jī)點(diǎn)名同學(xué)講述并展示滴定管的使用方法。雖然有時(shí)同學(xué)講述過(guò)程不很完善或出現(xiàn)錯(cuò)誤，引得同學(xué)大笑。但同學(xué)都是非常專注的，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題非常積極的指出。實(shí)驗(yàn)步驟沒(méi)有給出基準(zhǔn)試劑碳酸鈉稱取質(zhì)量，我們就此重點(diǎn)展開(kāi)討論：標(biāo)定鹽酸還可以用其它基準(zhǔn)試劑嗎？基準(zhǔn)試劑的稱量質(zhì)量范圍怎么確定？通過(guò)討論學(xué)生明確滴定分析的誤差要求，掌握可以通過(guò)滴定體積的范圍計(jì)算基準(zhǔn)化學(xué)試劑的質(zhì)量范圍。展示環(huán)節(jié)和討論環(huán)節(jié)課堂氣氛非?；钴S。當(dāng)?shù)玫狡渌瑢W(xué)和老師肯定的時(shí)候，參與展示的同學(xué)實(shí)驗(yàn)信心大大增強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)自主意識(shí)也提高了。

定量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課其直接目的是讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析各種樣品的化學(xué)成份含量，所以在實(shí)驗(yàn)的每個(gè)環(huán)節(jié)都要突出一個(gè)“量”字。由于有同學(xué)對(duì)有效數(shù)字的重要性不夠重視，有效數(shù)字不能正確記錄及修約實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。比如有同學(xué)滴定管的讀數(shù)只記錄到小數(shù)點(diǎn)后一位，把絕對(duì)偏差與偏差的絕對(duì)值概念混淆，計(jì)算出的偏差全是正值。有同學(xué)把相對(duì)平均偏差計(jì)算結(jié)果為零。每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，我們要求三名同學(xué)在黑板上列出他們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算過(guò)程，其他同學(xué)來(lái)評(píng)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的規(guī)范性、精密度、準(zhǔn)確度。我們請(qǐng)記錄規(guī)范、結(jié)果計(jì)算正確的同學(xué)講解數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算過(guò)程中的注意事項(xiàng)。后續(xù)學(xué)號(hào)相鄰?fù)瑢W(xué)互相檢查、評(píng)價(jià)，修改錯(cuò)誤結(jié)果。教師與同學(xué)一起討論規(guī)范記錄與計(jì)算的意義，并討論如何判斷自己實(shí)驗(yàn)結(jié)果中是否出現(xiàn)可疑數(shù)據(jù)。

5 重視課后思考，培養(yǎng)探究素養(yǎng)

定量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程不僅要教會(huì)學(xué)生分析化學(xué)的原理及嫻熟的實(shí)驗(yàn)操作技能，還要積極引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、獨(dú)立思考能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力。過(guò)多的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)容易束縛手腳，限制思維，把學(xué)生控制在狹隘的操作能力上。一個(gè)完整的定量分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程包括：分析方法的選擇，試樣的取用量，試樣的處理方法，分析原理，具體的實(shí)驗(yàn)步驟，數(shù)據(jù)處理，誤差分析。為了突破有限學(xué)時(shí)課堂的限制，我們給學(xué)生設(shè)計(jì)了三個(gè)具有層次性的設(shè)計(jì)性題目作為課后思考作業(yè)。分別為：混合液分析，氨水(0.1mol/L)-氯化銨(0.1mol/L)混合液分析；復(fù)雜樣品中單一組分的分析，蛋殼中鈣含量分析(蛋殼中的主要成分為碳酸鈣(CaCO3)約占93%)；復(fù)雜樣品多組分同時(shí)分析，定氮合金中銅、鋁、鋅含量測(cè)定(三組分含量50%，45%，5%)。第一個(gè)層次的設(shè)計(jì)題目要求學(xué)生能選擇合理的分析方法，能列出所有所需要的儀器及試劑，列出完整的實(shí)驗(yàn)步驟；第二個(gè)層次的設(shè)計(jì)題目除了第一個(gè)設(shè)計(jì)要求外，還要給出樣品的取用量，樣品的處理方法，每種試劑所需要的濃度，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的關(guān)鍵因素，以及實(shí)驗(yàn)安全事項(xiàng)。第三個(gè)層次的設(shè)計(jì)題目時(shí)除了要滿足第二個(gè)題目的設(shè)計(jì)要求外，還需綜合考慮酸度、掩蔽、解蔽等條件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。三個(gè)設(shè)計(jì)題目分別在開(kāi)設(shè)混合堿分析、自來(lái)水的硬度測(cè)定、鄰二氮菲顯色吸光光度法測(cè)定鐵之后布置給同學(xué)。通過(guò)這種遞進(jìn)式層次性設(shè)計(jì)，同學(xué)一步步掌握定量分析各個(gè)環(huán)節(jié)要素。在方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，要求同學(xué)既要考慮方法的適用性，各個(gè)試劑合理用量，避免不必要的浪費(fèi)及環(huán)境污染，同時(shí)還要考慮實(shí)驗(yàn)步驟的嚴(yán)密性，保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。設(shè)計(jì)性題目的開(kāi)設(shè)，擺脫了學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)就是“依葫蘆畫(huà)瓢”，學(xué)習(xí)幾個(gè)實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程。設(shè)計(jì)性題目任務(wù)極大的調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生自覺(jué)地復(fù)習(xí)所學(xué)知識(shí)，查閱資料，力求實(shí)驗(yàn)方案完整合理。對(duì)于每一次的設(shè)計(jì)報(bào)告，我們要求有兩組同學(xué)進(jìn)行課堂匯報(bào)，其他同學(xué)進(jìn)行質(zhì)疑，鍛煉同學(xué)的思辨能力。

定氮合金中銅、鋁、鋅含量測(cè)定為我們必修的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生2個(gè)同學(xué)一組，通過(guò)協(xié)作、探究完成實(shí)驗(yàn)。同學(xué)紛紛表示對(duì)用自己設(shè)計(jì)的方案完成實(shí)驗(yàn)收獲頗大。

6 結(jié)束語(yǔ)

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立“量”的概念，以及解決實(shí)際問(wèn)題的創(chuàng)新能力。圍繞教學(xué)目標(biāo)，課程組打破傳統(tǒng)“重”操作，“輕”理論，用理論指導(dǎo)操作，通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位，增加師生，生生的互動(dòng)，通過(guò)不同思維的碰撞，擴(kuò)大學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。