引入文獻(xiàn)閱讀的分析化學(xué)教學(xué)實(shí)踐

吳纓，姚李，高大明，胡坤宏

合肥學(xué)院能源材料與化學(xué)工程學(xué)院，合肥 230601

分析化學(xué)是研究物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，確定其在不同狀態(tài)和演變過程中化學(xué)成分、含量和分布及其結(jié)構(gòu)的量測(cè)科學(xué)，是化學(xué)科學(xué)的分支學(xué)科[1]。分析化學(xué)課程既具有基礎(chǔ)性，又具有前沿性，實(shí)踐性很強(qiáng)是該課程的重要特征，在與化學(xué)有關(guān)的各學(xué)科領(lǐng)域，分析化學(xué)都起著重要的作用，已成為高?；瘜W(xué)工程、能源、材料、環(huán)境工程等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。

我?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)是國家級(jí)特色專業(yè)、“卓越工程師計(jì)劃”專業(yè)，同時(shí)也是學(xué)校首個(gè)通過中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)的工程教育專業(yè)認(rèn)證單位。作為傳統(tǒng)的工程專業(yè)，緊密圍繞創(chuàng)建地方應(yīng)用型高水平大學(xué)的辦學(xué)宗旨，確立人才培養(yǎng)目標(biāo)是：能在化學(xué)工程以及相關(guān)的領(lǐng)域從事生產(chǎn)、研究與開發(fā)工作、管理和經(jīng)營(yíng)等工作，具有扎實(shí)的化工類專業(yè)基礎(chǔ)、較好的創(chuàng)新素質(zhì)、較強(qiáng)的工程能力、一定的人文社會(huì)科學(xué)素養(yǎng)與國際化視野的工程技術(shù)人才。因此掌握扎實(shí)的基本理論知識(shí)，熟悉科學(xué)研究與工程設(shè)計(jì)方法，具備化學(xué)與化工實(shí)驗(yàn)技能等是每個(gè)畢業(yè)生應(yīng)該具備的基本能力，這就要求任課教師在教學(xué)中針對(duì)培養(yǎng)目標(biāo)，不斷強(qiáng)化學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，切實(shí)提升教學(xué)方法改革的實(shí)效性。多年來，我們?cè)诮梃b了國內(nèi)外相關(guān)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)[2–5]同時(shí)，結(jié)合本校具體教學(xué)情況，教學(xué)中引入了相關(guān)專業(yè)文獻(xiàn)導(dǎo)讀輔教，在此分享我們探索與實(shí)踐的體會(huì)。

1 分析化學(xué)教學(xué)的“瓶頸”

1.1 內(nèi)容與課時(shí)相矛盾

按照分析方法原理的不同，分析化學(xué)分為化學(xué)分析和儀器分析兩部分，分別在大二上、下兩個(gè)學(xué)期開設(shè)，該課程是學(xué)生認(rèn)識(shí)分析化學(xué)學(xué)科、培養(yǎng)學(xué)生的分析化學(xué)學(xué)習(xí)興趣、構(gòu)建分析化學(xué)學(xué)科思想、初步建立“量”的概念的關(guān)鍵課程?；瘜W(xué)分析屬于分析化學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，除誤差理論外，化學(xué)分析的內(nèi)容主要有酸堿滴定法、配位滴定法、氧化還原滴定法和沉淀滴定法組成的滴定分析法；儀器分析內(nèi)容主要有吸光光度法、原子吸收光譜法、電位分析法、氣相色譜法和高效液相色譜法等，而理論課僅有56學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)短內(nèi)容多，完全依靠教師的課堂講解，基礎(chǔ)理論知識(shí)仍占據(jù)了較多的課時(shí)，“強(qiáng)基礎(chǔ)、重應(yīng)用”產(chǎn)生了傾斜，教學(xué)效果不盡如人意。

1.2 應(yīng)用示例過于簡(jiǎn)單、抽象

在以往的教學(xué)中，通常遵循這樣的教學(xué)過程：在每一章開始提示本章學(xué)習(xí)的重點(diǎn)難點(diǎn)，接著先回顧(復(fù)習(xí))涉及到的化學(xué)平衡基本理論、重點(diǎn)講解滴定基礎(chǔ)知識(shí)(滴定曲線和指示劑)，從而了解影響滴定準(zhǔn)確度的關(guān)鍵因素和確定終點(diǎn)的方法，最后介紹相關(guān)的典型應(yīng)用示例。以教材[6]“第4章 酸堿滴定法”為例，在“第6節(jié) 酸堿滴定法應(yīng)用示例”中，用4頁篇幅簡(jiǎn)略介紹了該法在化工產(chǎn)品和化學(xué)試劑(混合堿、硼酸、銨鹽、SiO2、酸酐和醇類、醛和酮)中的應(yīng)用，每個(gè)示例仍側(cè)重測(cè)定原理的介紹，測(cè)試步驟不完整不具體，尤其缺少試樣采集與制備。后來我們?cè)诮虒W(xué)上有所改進(jìn)，即在每一章結(jié)束時(shí)講解一篇應(yīng)用文獻(xiàn)，但由于是課堂投影展示，加上學(xué)生沒有提前預(yù)習(xí)，課后無相關(guān)材料復(fù)習(xí)，短時(shí)間內(nèi)收到的信息有限，沒有達(dá)到以知識(shí)的應(yīng)用為重點(diǎn)的目的。

這樣的教學(xué)過程使得學(xué)生對(duì)于一個(gè)分析方法的理論知識(shí)從原理到應(yīng)用有一個(gè)概覽，看似全面，真正用到該如何進(jìn)行實(shí)際的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作時(shí)，仍無從下手，未來實(shí)際工作時(shí)獨(dú)立解決問題的能力不足，在人才競(jìng)爭(zhēng)中處于弱勢(shì)[7]。

2 文獻(xiàn)引入實(shí)施辦法

2.1 提前培訓(xùn)

處在大二的學(xué)生，尚未開設(shè)文獻(xiàn)檢索課，會(huì)使用手機(jī)“百度”但對(duì)文獻(xiàn)檢索基本“小白”。教師利用業(yè)余時(shí)間對(duì)學(xué)生進(jìn)行“速培”，教會(huì)學(xué)生如何利用各種圖書館資源和網(wǎng)絡(luò)資源，為快速、全面查找與利用相關(guān)科學(xué)文獻(xiàn)(包括國標(biāo)、專利等)信息提供有效的幫助。

2.2 學(xué)生自查

以分析化學(xué)中化學(xué)分析部分教學(xué)為例，查閱文獻(xiàn)涉及“酸堿滴定法應(yīng)用”，教師提供必要的關(guān)鍵詞，學(xué)生們首次查詢結(jié)果可謂“五花八門”，有國標(biāo)，有期刊文獻(xiàn)，還有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、綜述等等，有的超出教學(xué)要求，學(xué)術(shù)難度也深淺不一(見表1)，這就需要指導(dǎo)學(xué)生如何篩選，怎樣入手進(jìn)行閱讀和分析。教師提示學(xué)生要聚焦四個(gè)知識(shí)點(diǎn)：測(cè)定原理、滴定方式、標(biāo)準(zhǔn)溶液和指示劑、分析結(jié)果的評(píng)價(jià)方法，學(xué)生慢慢學(xué)著從文獻(xiàn)中找尋和提取相應(yīng)的信息，并對(duì)其是否基本理解做出自我評(píng)判。

表1 部分學(xué)生查閱的文獻(xiàn)信息

2.3 教師解讀

教師遵循以教材內(nèi)容為基礎(chǔ)，以指導(dǎo)學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)為原則，從學(xué)生查找的文獻(xiàn)中篩選出與理論要求吻合、難度適中、應(yīng)用性強(qiáng)的文獻(xiàn)2–3篇推薦給學(xué)生，重點(diǎn)解讀的文獻(xiàn)，則要求學(xué)生人手一份，穿插在授課過程或尾聲進(jìn)行，對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)環(huán)節(jié)應(yīng)予以強(qiáng)化。對(duì)“學(xué)有余力”的學(xué)生，可延伸閱讀學(xué)術(shù)水準(zhǔn)更高的文獻(xiàn)。

教學(xué)案例1：“車間空氣中氫氧化鈉的酸堿滴定測(cè)定方法”[8]。這是1995年實(shí)施的國家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了酸堿滴定法測(cè)定車間空氣中氫氧化鈉濃度的方法，適用于生產(chǎn)和使用氫氧化鈉的車間空氣中氫氧化鈉濃度的測(cè)定。其測(cè)定原理為：氫氧化鈉用濾膜采集后溶于水中，加入過量鹽酸，以甲基紅為指示劑，用四硼酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液返滴定過量的鹽酸，計(jì)算出氫氧化鈉的濃度。整篇不過兩頁，運(yùn)用酸堿滴定法，采用直接滴定方式，過程簡(jiǎn)單明了，學(xué)生易于理解，同時(shí)也了解了國家標(biāo)準(zhǔn)(GB)的文本格式，氣體樣品的采集技術(shù)及前處理，對(duì)照實(shí)驗(yàn)如何進(jìn)行，檢出限和測(cè)定范圍概念，及消除空氣中CO2干擾問題，拓展了知識(shí)范圍。

延伸閱讀為“食品中總酸的測(cè)定”[9]，除酸堿滴定法外，該國標(biāo)還提供了pH電位法，后者又為“儀器分析”提供了很好的案例，此法適用于果蔬飲料、乳制品、蜂產(chǎn)品、谷物制品和調(diào)味品等食品中總酸度的測(cè)定，但不適于有顏色或渾濁不透明的試液，相較于分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)“食醋中總酸度的測(cè)定”，內(nèi)容豐富許多。

教學(xué)案例2：“Mo(VI)-5-溴水楊基熒光酮-CTMAB顯色反應(yīng)的研究及應(yīng)用”[10]，屬于吸光光度法應(yīng)用案例。在介紹“顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇”時(shí)，通常是教師“索然無味”一條一條講解，學(xué)生們的理解“似是而非”，抽象且空洞。結(jié)合此篇文獻(xiàn)“結(jié)果與討論”部分，邊教邊議，就很容易理解如酸度的影響、顯示劑及用量影響、三元絡(luò)合物及特點(diǎn)、顯色時(shí)間、共存離子干擾等顯色條件選擇的實(shí)驗(yàn)方法及意義。此外，吸光光度法的其他重要知識(shí)點(diǎn)如參比溶液的正確選擇、對(duì)比度Δλ、線性回歸方程中斜率與截距的意義、表觀摩爾吸光系數(shù)等，特別是把“誤差理論”如何應(yīng)用在樣品測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度精密度的評(píng)價(jià)，真可謂“一舉多得”，一篇文獻(xiàn)串聯(lián)了幾乎所需掌握的知識(shí)點(diǎn)，尤其對(duì)教材上“綜上所述，建立一個(gè)新的光度分析方法，必須研究?jī)?yōu)化上述各種條件，應(yīng)用某一顯色反應(yīng)進(jìn)行測(cè)定時(shí)，必須對(duì)這些條件進(jìn)行控制，并使試樣的顯色條件與繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)的條件一致，這樣才能得到重現(xiàn)性好而準(zhǔn)確度高的分析結(jié)果[5]。”這段話字面看似容易，但很難真正理解，有了文獻(xiàn)實(shí)例說明，學(xué)生理解就容易多了。

延伸閱讀為“新顯色劑2,6-二羥基苯基重氮氨基偶氮苯與鎘的顯色反應(yīng)的研究和應(yīng)用”[11]，文獻(xiàn)內(nèi)容不僅有上述的知識(shí)點(diǎn)，還增加了新顯色劑合成、純化過程，性質(zhì)及紅外光譜法、元素分析等表征方法，橫向拓展、縱向延伸了知識(shí)點(diǎn)。

2.4 評(píng)價(jià)方法

在課堂教學(xué)中引入文獻(xiàn)閱讀，規(guī)范、完整的案例是對(duì)理論聯(lián)系實(shí)際的有益補(bǔ)充，為考查學(xué)習(xí)效果，可在考試內(nèi)容上增加“文獻(xiàn)閱讀與理解”項(xiàng)目作為綜合題，分值約占15%左右，并引入課程質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)中[12]。文獻(xiàn)可以是教師選定并附在試卷上，或是學(xué)生提前查閱文獻(xiàn)帶入考場(chǎng)，通過回答相應(yīng)的問題并在文獻(xiàn)上標(biāo)注出，如表2為某次儀器分析考試試題中涉及文獻(xiàn)理解的部分問題，當(dāng)然這種形式必然增加了教師批改試卷的工作量，因?yàn)榻處熞灰婚喿x學(xué)生的文獻(xiàn)再進(jìn)行評(píng)判。

表2 閱讀文獻(xiàn)需回答的部分問題

3 實(shí)施后的收效

(1) 分析化學(xué)相關(guān)分析方法的科研文獻(xiàn)是根據(jù)有價(jià)值的生產(chǎn)實(shí)踐或研究成果寫作而成的，將文獻(xiàn)閱讀融入專業(yè)課程教學(xué)中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容指導(dǎo)學(xué)生課外查閱應(yīng)用文獻(xiàn)，目的是幫助學(xué)生理解課本知識(shí)點(diǎn)，理解各種分析方法在實(shí)際生產(chǎn)科學(xué)研究中的應(yīng)用，能舉一反三，具備運(yùn)用化學(xué)分析和儀器分析技術(shù)，解決化工領(lǐng)域的定性定量問題，達(dá)到課程學(xué)習(xí)目標(biāo)[12]。

(2) 學(xué)生通過文獻(xiàn)查閱研讀，能更多地參與到教學(xué)活動(dòng)中，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)2017級(jí)化學(xué)化工專業(yè)學(xué)生的問卷調(diào)查顯示，有約85%的學(xué)生認(rèn)為文獻(xiàn)研讀的特色在于理論和實(shí)際運(yùn)用聯(lián)系起來，拓寬了學(xué)習(xí)視野和思維，肯定了其在分析化學(xué)的能力培養(yǎng)方面是有幫助的；有約70%的學(xué)生認(rèn)為研讀文獻(xiàn)困難的主要原因在于對(duì)科技文獻(xiàn)很陌生和沒有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

(3) 文獻(xiàn)閱讀是最重要的學(xué)習(xí)手段和環(huán)節(jié)之一，在低年級(jí)就有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生初步具備查找教科書以外的工具書和在專業(yè)數(shù)據(jù)庫如維普、萬方、CNKI上檢索文獻(xiàn)等學(xué)習(xí)能力，部分補(bǔ)償了缺少文獻(xiàn)檢索課而造成的遺憾。另一方面，由于端口前移，大二末期的“專題訓(xùn)練”教學(xué)環(huán)節(jié)直接受益。由于初步了解了學(xué)術(shù)論文的結(jié)構(gòu)和寫作方法，對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、后續(xù)的專業(yè)課內(nèi)容的理解，甚至是畢業(yè)論文的選題與寫作都提前打下了基礎(chǔ)。

(4) 學(xué)生在學(xué)習(xí)中往往缺乏自學(xué)能力和質(zhì)疑精神，在文獻(xiàn)閱讀的過程中，還可以培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，因?yàn)榇_有文獻(xiàn)存在表述不清、有效位數(shù)保留不對(duì)、公式字符輸入錯(cuò)誤等問題，借此培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、一絲不茍的科學(xué)作風(fēng)。

4 結(jié)語

通過幾年的探索和實(shí)踐，在本科教學(xué)中引入相關(guān)專業(yè)文獻(xiàn)的閱讀(稱之為“貫穿式文獻(xiàn)教學(xué)”[13]比較恰當(dāng))，找準(zhǔn)文獻(xiàn)與相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容的契合點(diǎn)，重視工程背景，適當(dāng)兼顧文獻(xiàn)的前沿性，激發(fā)學(xué)生的求知欲，非常有利于學(xué)生掌握基本學(xué)術(shù)能力和知識(shí)運(yùn)用能力，能起到“事半功倍”的教學(xué)效果。我們也推廣和借鑒于環(huán)境工程、粉體材料等其他專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐中。由于大班教學(xué)和課時(shí)緊張，小組討論+PPT匯報(bào)的形式可在高年級(jí)擇機(jī)實(shí)施。在查閱文獻(xiàn)中學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)科學(xué)思維，進(jìn)而達(dá)到學(xué)以致用、解決復(fù)雜問題和提升創(chuàng)新力的目的。