以助教的視角看定量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教與學(xué)

劉俊杰，朱志偉

北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，北京 100871

1 引言

一門課程的教學(xué)效果很大程度上取決于任課教師的綜合素質(zhì)。多年來，實(shí)驗(yàn)課助教一直是北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院(簡稱“學(xué)院”)定量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的骨干力量，他們的“言”(對(duì)知識(shí)點(diǎn)的講解)與“行”(實(shí)驗(yàn)技能的示范)直接影響到學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的掌握程度。由于近年來分析化學(xué)學(xué)科以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件等都得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展與改善，從2018年春季學(xué)期開始，學(xué)院對(duì)定量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了大幅度的調(diào)整，撤銷3個(gè)容量滴定實(shí)驗(yàn)，新增1個(gè)實(shí)際樣品實(shí)驗(yàn)及4個(gè)儀器分析實(shí)驗(yàn)(電位分析、紫外光譜、紅外光譜和熒光光譜)[1,2]。在以化學(xué)分析為主的課程中，因?yàn)楦骰瘜W(xué)分析方法之間的系統(tǒng)性和連貫性，助教對(duì)這些知識(shí)點(diǎn)及相關(guān)實(shí)驗(yàn)技能的掌握相對(duì)容易，將他們培訓(xùn)成能夠勝任全部實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“全能型”助教也不是很難。而在化學(xué)分析和儀器分析并重的課程中，由于儀器分析各方法之間相對(duì)獨(dú)立，每一種方法都涉及很多不同的新內(nèi)容，在短時(shí)間內(nèi)要將一個(gè)研二學(xué)生培訓(xùn)成“全能型”助教近乎不可能。因?yàn)樵賰?yōu)秀的“全能型”助教也比不過“摸爬滾打”多年的專職教師。因此，學(xué)院對(duì)助教的培訓(xùn)策略由以往的“大而全”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩６薄Ｅ嘤?xùn)教師會(huì)根據(jù)助教的研究專業(yè)方向以及他們?cè)诨A(chǔ)培訓(xùn)階段的表現(xiàn)來指定各助教的具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容(即每位助教只負(fù)責(zé)2–3個(gè)實(shí)驗(yàn))。助教在“吃透”所分配實(shí)驗(yàn)的理論知識(shí)后，在培訓(xùn)教師的指導(dǎo)下對(duì)該實(shí)驗(yàn)反復(fù)做上4–5次，認(rèn)真發(fā)現(xiàn)、體會(huì)該實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，盡可能模擬出學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的各種問題，并與教師進(jìn)行充分的討論。助教通常能夠在摸索、思考和討論這樣一種循環(huán)反復(fù)的過程中自然而然地形成正確的解決方案。與此同時(shí)，培訓(xùn)教師的言傳身教也能在不經(jīng)意間將有效的教學(xué)方法和技能傳授給助教。筆者就是通過這種方式培訓(xùn)出來的一位“專業(yè)型”助教，負(fù)責(zé)“經(jīng)典滴定與電位滴定”和“光度法”這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)工作，授課人數(shù)共208人。經(jīng)過近一個(gè)學(xué)期的教與學(xué)，尤其是從學(xué)生到教師的角色互換，筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)尤其是定量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)有一些新的認(rèn)識(shí)，希望這些想法和建議能為廣大定量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)者提供參考。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的及方向

2.1 加深知識(shí)理解，提升動(dòng)手能力

理論知識(shí)的學(xué)習(xí)往往不容易被吸收，而實(shí)踐操作則可以讓學(xué)生通過視覺、聽覺等方面的刺激來進(jìn)行更為直觀的學(xué)習(xí)，感官可及的化學(xué)或物理變化也有助于形成深刻的印象，這對(duì)于知識(shí)的接納、理解、吸收與轉(zhuǎn)化都是極其有利的。作為實(shí)驗(yàn)性學(xué)科，絕大部分成果都來源于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)操作能力一定程度上決定了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)操作能力包括規(guī)范的操作、合理的時(shí)間安排、良好的應(yīng)變能力等。學(xué)生動(dòng)手能力的提高對(duì)其后續(xù)的實(shí)驗(yàn)、科研甚至生活具有重要意義。

2.2 聯(lián)系實(shí)際體系，突出實(shí)用價(jià)值

具備嚴(yán)密邏輯的理論知識(shí)終究要在實(shí)際生活生產(chǎn)中找到應(yīng)用，而實(shí)驗(yàn)則是二者的橋梁。除了加深對(duì)于理論知識(shí)的理解，實(shí)驗(yàn)教學(xué)同樣承擔(dān)著聯(lián)系生活實(shí)際的作用[3]。學(xué)院部分定量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)在一定程度上聯(lián)系了實(shí)際應(yīng)用體系，如工業(yè)碳酸鋰中微量鐵的測(cè)定、未知酸分子量的測(cè)定等均體現(xiàn)了定量分析的實(shí)際應(yīng)用。理論聯(lián)系基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與實(shí)際體系并行能夠更好地將知識(shí)連貫起來，從而獲得更好的教學(xué)效果。

2.3 內(nèi)涵綠色化學(xué)，培養(yǎng)良好習(xí)慣

在助教培訓(xùn)以及后續(xù)的實(shí)驗(yàn)要求中，更加注重綠色化學(xué)的理念，如節(jié)約使用藥品、限制鉻酸洗液的使用范圍以及清洗鉻酸洗液的水量不得超過80 mL等。實(shí)驗(yàn)教學(xué)與生產(chǎn)生活應(yīng)該一脈相承。資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)等理念應(yīng)該滲透到學(xué)習(xí)、科研、工作的各個(gè)方面。將綠色化學(xué)深入每個(gè)學(xué)生的內(nèi)心，久而久之，習(xí)慣也就成了自然。

2.4 提升創(chuàng)新能力，培養(yǎng)合作精神

盡管大部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都建立在已有的實(shí)驗(yàn)教案之上，但對(duì)于學(xué)生而言依然存在很大的思考空間。通過對(duì)理論知識(shí)的“再認(rèn)識(shí)”，他們的視野將更加開闊，認(rèn)知也更加完整，具備更強(qiáng)的能力去創(chuàng)新和創(chuàng)造。合作是當(dāng)下科研以及工作中常用的一種提升效率、解決問題的手段。定量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的小組實(shí)驗(yàn)是建立合作關(guān)系的一個(gè)平臺(tái)，通過合作能夠讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用各種資源、互利共贏，提升工作效率。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的難點(diǎn)與思考

3.1 凡事預(yù)則立，不預(yù)則廢——預(yù)習(xí)

預(yù)習(xí)是知識(shí)學(xué)習(xí)過程中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)于存在一定危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)而言更是如此。良好的預(yù)習(xí)有助于將理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)銜接起來，不僅有利于實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，也有利于學(xué)生加深對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)原理和基本操作等的理解。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，很多情況下學(xué)生的預(yù)習(xí)效果并不好，課堂上拋出的一些問題并不能很快得到學(xué)生的正確反饋。目前要求的預(yù)習(xí)報(bào)告作為相對(duì)有效的預(yù)習(xí)檢查手段雖然能在很大程度上讓學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)原理、步驟、數(shù)據(jù)處理等，但依然存在相當(dāng)大的局限性。主要表現(xiàn)如下：(1) 部分學(xué)生為了避免繁瑣的預(yù)習(xí)報(bào)告占據(jù)自己的時(shí)間，會(huì)提前將所有的預(yù)習(xí)報(bào)告寫好，最終導(dǎo)致的結(jié)果是實(shí)驗(yàn)前卻忘記了當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；(2) 部分學(xué)生在寫預(yù)習(xí)報(bào)告的過程中并不會(huì)深入思考實(shí)驗(yàn)原理、設(shè)計(jì)思路以及操作重點(diǎn)等，書面預(yù)習(xí)報(bào)告的形式使得預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)演變成了抄寫預(yù)習(xí)報(bào)告；(3) 脫離預(yù)習(xí)內(nèi)容，將預(yù)習(xí)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)操作割離開，其顯著特點(diǎn)就是淡化實(shí)驗(yàn)講義中的部分內(nèi)容而自行選擇其實(shí)驗(yàn)方式，如有關(guān)移液管的操作，講義要求“靜置15 s待溶液全部流下”，實(shí)際操作卻是“移取完溶液后即拿開”。

在對(duì)“光度法”成績(62份樣本)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，預(yù)習(xí)報(bào)告成績與實(shí)驗(yàn)操作成績正相關(guān)，且其相關(guān)系數(shù)達(dá)0.70，由此表明實(shí)驗(yàn)操作質(zhì)量與預(yù)習(xí)情況之間的強(qiáng)相互作用(圖1)。但遺憾的是，這種正相關(guān)性并沒有在“經(jīng)典滴定與電位滴定”實(shí)驗(yàn)中得到很好的體現(xiàn)，推測(cè)其原因可能與相對(duì)重復(fù)的滴定操作有關(guān)。而在“光度法”實(shí)驗(yàn)中，由于操作內(nèi)容繁瑣、操作步驟較多，這種正相關(guān)性能夠得到更好的體現(xiàn)。當(dāng)然這也從側(cè)面反映出預(yù)習(xí)的重要性。

圖1 實(shí)驗(yàn)操作與預(yù)習(xí)之間的相關(guān)性

就目前的教學(xué)情況來看，筆者提出四點(diǎn)建議來提高學(xué)生的預(yù)習(xí)質(zhì)量。(1) 大幅度提高預(yù)習(xí)報(bào)告中歸納整理及思考的分值權(quán)重，對(duì)以抄寫實(shí)驗(yàn)講義為主的預(yù)習(xí)報(bào)告則適當(dāng)降低分?jǐn)?shù)；(2) 在實(shí)驗(yàn)課前1–3天提出若干問題，要求學(xué)生將回答寫入預(yù)習(xí)報(bào)告中；(3) 課前小測(cè)，通過若干問題考查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況；(4) 課堂提問，但由于課堂提問占據(jù)時(shí)間相對(duì)較多且效率較低，因此還需要考慮更優(yōu)的辦法來改進(jìn)。

3.2 知其然，知其所以然——思考

基礎(chǔ)學(xué)科中思維訓(xùn)練的一個(gè)要求便是透過現(xiàn)象察其本質(zhì)，現(xiàn)象具有多面性，但本質(zhì)卻是統(tǒng)一的。在以“量”為基本要求的定量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中亦然。以對(duì)“經(jīng)典滴定與電位滴定”實(shí)驗(yàn)中滴定突躍的理解為例，在經(jīng)典滴定部分，其本質(zhì)在于溶液pH變化的連續(xù)性以及實(shí)驗(yàn)中能引起pH“急劇”變化的量可以體現(xiàn)在一滴、半滴甚至更少的溶液體積中，如此便很容易理解酸堿濃度、體積等對(duì)于突躍的影響。而在電位滴定部分，其本質(zhì)在于玻璃膜電極表面的硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)對(duì)氫離子的特異性響應(yīng)而導(dǎo)致的電位變化，而深究這種響應(yīng)則可以引發(fā)對(duì)于離子選擇性電極的思考(如pH計(jì)的工作原理和適用性)；關(guān)注氫離子擴(kuò)散-吸附平衡則有助于快速理解攪拌、讀數(shù)等操作的注意事項(xiàng)，理解建立在電化學(xué)勢(shì)平衡基礎(chǔ)之上的膜電位分析則可以很快獲得電位–pH響應(yīng)關(guān)系。在教學(xué)過程中，部分學(xué)生對(duì)于滴定過程中電位–氫離子活度變化理解不夠，從而容易出現(xiàn)無法判斷異常值、滴定過度等情況，其根本在于對(duì)基本原理理解得不夠深入。

現(xiàn)象易得而本質(zhì)難察，這也是很基本的道理。如何在實(shí)驗(yàn)過程中教會(huì)學(xué)生深入理解是授課者值得思考的問題，畢竟實(shí)驗(yàn)教學(xué)很重要的一個(gè)目的就是加深對(duì)知識(shí)的理解。“溯源”和歸納是兩個(gè)主要途徑。仍以電位滴定為例，觀察到的現(xiàn)象是pH計(jì)上電位的變化，而電位的變化在于電路輸出中兩電極的變化，建立在內(nèi)參比電極電勢(shì)穩(wěn)定的認(rèn)知上，很容易想到是玻璃膜上電位的變化導(dǎo)致的結(jié)果，進(jìn)一步溯源則可以建立氫離子活度與電位變化之間的關(guān)系……當(dāng)溯源至硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)對(duì)于氫離子特異性響應(yīng)時(shí)便足以理解涉及到電位滴定理論與實(shí)驗(yàn)中幾乎所有的問題。當(dāng)然，“溯源”和歸納要建立在足夠的背景知識(shí)以及正確的思考方式基礎(chǔ)上，這就需要學(xué)生具備相應(yīng)的知識(shí)與能力。

3.3 進(jìn)退有度，過猶不及——有度

定量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)以“準(zhǔn)確的量”為目標(biāo)，在追求“準(zhǔn)確的量”的過程中如何在每一步實(shí)驗(yàn)操作中做到“有度”也是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)重點(diǎn)。

對(duì)“準(zhǔn)確的量”的追求常常使得許多學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中因擔(dān)心產(chǎn)生誤差而在每個(gè)步驟都謹(jǐn)小慎微，結(jié)果往往是適得其反：其一是降低了工作效率，浪費(fèi)了時(shí)間；其二是很難在較長時(shí)間內(nèi)保持注意力集中，因此合理調(diào)配注意力顯得更為重要；其三是不利于實(shí)驗(yàn)過程中的及時(shí)思考。定量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中如何合理地、選擇性地把握重點(diǎn)來進(jìn)行精細(xì)化操作關(guān)系到實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)過程中，做到“有度”至少應(yīng)該做到三點(diǎn)：其一，關(guān)鍵步驟細(xì)節(jié)不可忽視(表1列出了一些常見的細(xì)節(jié)性錯(cuò)誤)，如在電位滴定過程中將靠在燒杯內(nèi)壁上的溶液清洗下去，這一步操作盡管難度不大，但關(guān)系到實(shí)驗(yàn)的成?。黄涠?，“有度”，合理地進(jìn)行關(guān)鍵操作的細(xì)節(jié)處理而非追求所謂的“極致”，例如在電位滴定實(shí)驗(yàn)中部分學(xué)生以“獲得更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果”為由在距離滴定終點(diǎn)幾毫升便開始逐滴加入，其最終的結(jié)果是不僅難以獲得更佳的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而且極大地降低了實(shí)驗(yàn)效率。也有部分學(xué)生配制標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)為了減少燒杯中溶液的殘留而過分洗滌燒杯；其三，“粗細(xì)有度”，并非所有操作都需要追求“細(xì)節(jié)”，如在配制草酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的操作中，雖然在給定的實(shí)驗(yàn)方案中粗稱的質(zhì)量為1.58 g，但過分追求1.58 g顯得毫無必要，稱量質(zhì)量在1.58的±10%之內(nèi)即可。

表1 實(shí)驗(yàn)中常見細(xì)節(jié)性錯(cuò)誤(共性錯(cuò)誤只列一次)

從授課者的角度來說，可從以下四個(gè)方面入手，讓學(xué)生意識(shí)到這些問題關(guān)系到實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量。其一，化被動(dòng)為主動(dòng)，讓學(xué)生自己去思考哪些細(xì)節(jié)需要重點(diǎn)把握，而非直接進(jìn)行講解傳授，如在講解鄰二氮菲法測(cè)量碳酸鋰樣品中微量鐵含量時(shí)，可通過提問(如“哪些因素會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性”，進(jìn)而提出“哪些操作會(huì)決定這些因素”)讓學(xué)生意識(shí)到重點(diǎn)；其二，樹立量和誤差的概念，有實(shí)驗(yàn)的地方就有誤差，在誤差允許范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都是可以接受的，過度追求“極致的準(zhǔn)確”并不可??；其三，把握好實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，這其中則需要耐心與細(xì)心，對(duì)于學(xué)生過度追求準(zhǔn)確的行為應(yīng)該及時(shí)指出，同時(shí)在教授其不可行之時(shí)更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)為何不可行；其四是及時(shí)做好反饋，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思。

“細(xì)節(jié)決定成敗”固然有理，但其必須建立在方向正確的基礎(chǔ)之上，如果方向出現(xiàn)錯(cuò)誤，過度的處理細(xì)節(jié)也無濟(jì)于事。

3.4 習(xí)慣成自然——樹立良好的操作習(xí)慣

僅僅通過記憶去記住繁瑣復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)操作對(duì)于初學(xué)者而言并非易事，因此實(shí)驗(yàn)習(xí)慣的培養(yǎng)就顯得尤為重要，如果能夠?qū)?shí)驗(yàn)操作內(nèi)化于心，那么就很容易將龐大的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容構(gòu)建出一張清晰的網(wǎng)絡(luò)[4]。

吸收知識(shí)的初步階段在于記憶和理解，當(dāng)逐步深化、歸納后，良好的操作習(xí)慣和思維習(xí)慣也就會(huì)逐漸形成。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一個(gè)經(jīng)常遇到但又不可回避的問題是，在教師傳授過要點(diǎn)后學(xué)生自行操作往往出現(xiàn)遺忘以及錯(cuò)誤操作等，對(duì)初學(xué)者尤其明顯。這很大程度上是由于初學(xué)者難以接受繁瑣的實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)，而相關(guān)理論知識(shí)的缺乏使得其又面臨分身乏術(shù)的困境，最終的結(jié)果就是錯(cuò)誤操作。如筆者在講授草酸標(biāo)準(zhǔn)溶液配制時(shí)，在強(qiáng)調(diào)溶液搖勻的前提下依然會(huì)有少數(shù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)未充分搖勻的情況。習(xí)慣成自然——這也是保持記憶的常用方法。

對(duì)于授課者而言，至少需要做到以下四點(diǎn)：其一，實(shí)驗(yàn)演示必須有序且合理。實(shí)驗(yàn)演示對(duì)于學(xué)生而言是一個(gè)很重要的學(xué)習(xí)途徑，如果教學(xué)者在實(shí)驗(yàn)演示部分操作凌亂，很容易使得原本容易為學(xué)生接受的內(nèi)容變得復(fù)雜；其二，思考。引導(dǎo)學(xué)生去思考操作是否正確而非簡單地告訴其操作流程。如移液管或滴定管的潤洗操作，由于移液管移取溶液自下至上，因此潤洗時(shí)只需要將最后的溶液從下口放掉，而滴定管則不同，外加溶液時(shí)從上往下加入，因此潤洗時(shí)部分溶液需要沿上口潤洗放出。分析道理固然簡單，但是卻可以引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)中的操作原理；其三，歸納。良好的知識(shí)整理和歸納有利于教學(xué)的有序進(jìn)行，通過構(gòu)造簡易的“口訣”等可以將復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)步驟簡單化，如重量分析法中“稀、酸、熱、慢、攪、陳”很輕易地將沉淀分析中幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)銜接了起來；其四，實(shí)驗(yàn)過程中的監(jiān)督與提醒，及時(shí)地糾正錯(cuò)誤遠(yuǎn)比“扣分”等更有助于幫助學(xué)生培養(yǎng)良好的習(xí)慣。圖2顯示的是“光度法”和“經(jīng)典滴定與電位滴定”實(shí)驗(yàn)中學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果與操作之間的相關(guān)性(62份樣本)。

圖2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與操作之間的相關(guān)性

培養(yǎng)良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣同樣不能忽略對(duì)細(xì)節(jié)的要求，即使其未必會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。除了如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)外，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)同樣應(yīng)該記錄，如以pH計(jì)測(cè)量pH以及以光度計(jì)測(cè)量吸光度的實(shí)驗(yàn)中，盡管溫度這個(gè)量不會(huì)直接參與到最終的結(jié)果計(jì)算中，但實(shí)際上溫度對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果同樣會(huì)產(chǎn)生一定的影響，因此應(yīng)該如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)條件下的溫度。養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣有利于誤差的分析、數(shù)據(jù)的總結(jié)以及結(jié)論的判斷。同樣地，綠色化學(xué)、環(huán)境保護(hù)、合作共贏等同時(shí)也應(yīng)該滲透到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的各個(gè)方面。

良好習(xí)慣的培養(yǎng)是一個(gè)相對(duì)漫長的過程，但并非遙不可及，畢竟對(duì)于定量分析實(shí)驗(yàn)而言，許多操作背后的道理都極其相似，舉一反三，不斷強(qiáng)調(diào)、深化，形成一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣也就水到渠成。

3.5 上下同欲者勝——合作

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的合作主要體現(xiàn)在小組實(shí)驗(yàn)中，為保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量與效率，小組實(shí)驗(yàn)人數(shù)需要控制在合理范圍內(nèi)。例如“光度法”實(shí)驗(yàn)，按照正常的操作進(jìn)行(不出現(xiàn)較大失誤)，兩人一組基本能夠順利、高質(zhì)量完成實(shí)驗(yàn)。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果的質(zhì)量很大程度上取決于工作分配的合理與否。筆者發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生合作基本能夠做到有序進(jìn)行，而對(duì)于知識(shí)、能力相差較大的一組學(xué)生而言，往往會(huì)出現(xiàn)并不太“和諧”的一面，如能力更強(qiáng)的學(xué)生可能會(huì)承擔(dān)相對(duì)更多的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，一些優(yōu)秀的學(xué)生甚至?xí)X得自己被“拖累”等。

良好的合作關(guān)系是高質(zhì)量完成工作的基本保障，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中強(qiáng)調(diào)個(gè)人能力的提升，但同時(shí)也需要訓(xùn)練團(tuán)隊(duì)工作能力。筆者認(rèn)為小組實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要任務(wù)在于構(gòu)建良好的合作關(guān)系，根據(jù)各自長處合理進(jìn)行相關(guān)的工作，勠力同心，教師更多承擔(dān)的應(yīng)該是引導(dǎo)作用。

3.6 歸納與比較

幾乎所有的實(shí)驗(yàn)操作都可追溯至基本實(shí)驗(yàn)操作，訓(xùn)練基本操作也自然成為了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一大任務(wù)。定量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)涉及到的主要是“量”的概念，由此延伸出了一系列對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作的基本要求。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不計(jì)其數(shù)，基本實(shí)驗(yàn)操作卻屈指可數(shù)，對(duì)基本實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、分析方法進(jìn)行歸納與比較往往可以獲得事半功倍的效果。如幾乎所有實(shí)驗(yàn)都涉及到了“量”，不同物質(zhì)在分析方法的選擇上不盡相同，如常量的鋇離子可采用重量分析法進(jìn)行分析，而常量的鐵則可以絡(luò)合滴定法進(jìn)行分析；當(dāng)然，不同量的相同物質(zhì)在分析方法的選擇上也有所差異，如常量鐵和微量鐵的分析方法就有很大不同。

及時(shí)歸納與總結(jié)有助于更全面、深刻地把握實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)和知識(shí)點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，幫助學(xué)生養(yǎng)成歸納與比較的習(xí)慣將更有利于其在繁瑣復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作中明晰原理、熟悉操作等內(nèi)容。

3.7 海納百川——吸收

教學(xué)從來都不是一個(gè)單向的行為，教學(xué)相長，作為一個(gè)相互學(xué)習(xí)的平臺(tái)，學(xué)生的反饋同樣重要。

自然科學(xué)往往更強(qiáng)調(diào)邏輯性，傳授知識(shí)應(yīng)該更加注重推理與邏輯，定量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)也不例外。實(shí)驗(yàn)教學(xué)同樣應(yīng)該建立在邏輯的基礎(chǔ)之上，而非一味地去告訴學(xué)生如何去做，更多的應(yīng)該是去告訴他們?cè)硪约八伎嫉姆较?。作為學(xué)生，在接受知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)也是思考的過程，許多學(xué)生的創(chuàng)造性思維同樣是實(shí)驗(yàn)中不可缺少的部分。作為教師，應(yīng)該對(duì)這些進(jìn)行分析判斷，對(duì)于合理的提議應(yīng)當(dāng)接納、總結(jié)與傳承。筆者在講授“鄰二氮菲分光光度法測(cè)定微量鐵含量”時(shí)，其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是繪制吸光度–波長曲線，講解過程中很自然地強(qiáng)調(diào)注意加入試劑的順序，但也有兩組學(xué)生提出想嘗試一下未按照指定順序加入試劑的結(jié)果；再如在探究pH對(duì)鄰二氮菲-鐵絡(luò)合物穩(wěn)定性的影響時(shí)，盡管實(shí)驗(yàn)是通過滴定管滴加NaOH，但事實(shí)上絕大部分學(xué)生都沒有獲得pH在8–11之間的梯度，他們忽略了這個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，僅有極少數(shù)同學(xué)通過分析發(fā)現(xiàn)其實(shí)這一段pH恰好處在滴定突躍的變化范圍內(nèi)，顯然要獲得突變范圍內(nèi)的pH是相對(duì)困難的。

教學(xué)中會(huì)遇到很多意料之外的事情，許多未被思考的問題可能會(huì)被學(xué)生進(jìn)一步提出(表2)，而如何去反思、總結(jié)甚至接納這些問題值得每一個(gè)授課者去思考。

表2 實(shí)驗(yàn)中學(xué)生常提出的問題

4 定量分析教學(xué)新模式思考

4.1 引入實(shí)際分析體系，增加實(shí)驗(yàn)前處理

相對(duì)于具備完善實(shí)驗(yàn)教案的模擬樣品而言，實(shí)際樣品的分析中前處理和數(shù)據(jù)分析往往更加復(fù)雜。以“工業(yè)碳酸鋰中微量鐵的測(cè)定”為例，給定的方案是通過光度法進(jìn)行測(cè)定，但在缺乏相關(guān)含量、組分信息的前提下，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)可能需要考慮到實(shí)驗(yàn)方案的選擇、干擾物質(zhì)的排除、樣品的前處理等過程。再以“未知酸分子量的測(cè)定”為例，實(shí)際體系中涉及到的未知酸可能會(huì)涉及到是否為一元酸或二元酸、能否分步滴定甚至能否滴定等一系列問題，更加具有挑戰(zhàn)性。

與物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)不同的是，定量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)可以更加貼近生活。選擇定量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)可以引入實(shí)際樣品分析，組分不必復(fù)雜，但應(yīng)該涉及到定量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中從樣品采集、前處理到質(zhì)量控制的一整套定量分析過程。由此可以加深學(xué)生對(duì)于分析方法建立、樣品前處理等基本流程的熟悉與理解，進(jìn)而加強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

4.2 完善課程反饋與評(píng)估，建立積極的交流關(guān)系

學(xué)生與教師之間的關(guān)系不應(yīng)該是孤立的，良好的教學(xué)質(zhì)量應(yīng)該建立在學(xué)生與教師積極的交流關(guān)系上。課堂是學(xué)生和助教共同的課堂，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，助教應(yīng)該加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課堂的巡視和指導(dǎo)，及時(shí)糾正學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的不規(guī)范操作，避免學(xué)生二次犯錯(cuò)。做好實(shí)驗(yàn)課程的反饋，通過電子問卷等途徑及時(shí)獲取學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程的意見與反饋并且及時(shí)進(jìn)行討論和評(píng)估，進(jìn)一步完善學(xué)生-助教之間的溝通渠道，也有利于使助教明確學(xué)生的需求，針對(duì)性給予一定的指導(dǎo)。對(duì)助教的評(píng)估也有助于及時(shí)裨補(bǔ)缺漏，提升教學(xué)能力。

從課堂上反饋來看，很大一部分學(xué)生希望課后能有一些積極的交流或討論，部分學(xué)生能夠積極參與到課堂討論中，并提出了關(guān)于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的一些想法和見解。學(xué)生能夠積極思考是良好教學(xué)的一種體現(xiàn)，若助教能夠積極去引導(dǎo)和解答，必然會(huì)給學(xué)生帶來更加積極的影響。通過反饋、評(píng)估與交流，學(xué)生、助教及主講教師將由以往的梯次關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極的交流互動(dòng)關(guān)系(圖3)。

圖3 積極轉(zhuǎn)變學(xué)生、助教和教師三者之間的關(guān)系

4.3 規(guī)劃自由實(shí)驗(yàn)時(shí)間，加強(qiáng)學(xué)生探究能力

當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍通行的實(shí)施辦法是在固定的時(shí)間和地點(diǎn)安排一定的教學(xué)任務(wù)，教師與學(xué)生各自完成教與學(xué)的任務(wù)即意味此次實(shí)驗(yàn)課的結(jié)束。這種模式基本能夠滿足絕大部分學(xué)生的需求，但少數(shù)學(xué)生可能會(huì)表現(xiàn)出更強(qiáng)的求知欲。有些學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)中的某部分內(nèi)容較感興趣，希望進(jìn)一步探究。如光度法實(shí)驗(yàn)中，部分學(xué)生對(duì)“加入試劑的順序?qū)ξ舛鹊挠绊憽陛^感興趣；在進(jìn)行未知酸分子量的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，部分學(xué)生希望通過更多的數(shù)據(jù)來對(duì)比經(jīng)典滴定與電位滴定，甚至有學(xué)生希望利用分析方法來確定未知酸的分子結(jié)構(gòu)……但以上思考很多都因課堂學(xué)時(shí)所限而未能系統(tǒng)性地完成；部分學(xué)生更是希望課后能夠進(jìn)一步鍛煉實(shí)驗(yàn)操作技能。

實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)應(yīng)以提高學(xué)生的知識(shí)能力等為主要目標(biāo)，在統(tǒng)籌好時(shí)間、地點(diǎn)等前提下，可為學(xué)生提供必要的實(shí)驗(yàn)藥品及場(chǎng)地，滿足學(xué)生的實(shí)驗(yàn)需求，從而為學(xué)生知識(shí)、能力、創(chuàng)造力的提升提供良好的平臺(tái)[5,6]。

4.4 完善助教培訓(xùn)，增加研討時(shí)間

“工欲善其事，必先利其器”，助教在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中承擔(dān)了相當(dāng)重要的一部分工作，作為介于教師-學(xué)生之間的身份角色，助教在與學(xué)生交流溝通方面具備一定的優(yōu)勢(shì)，但是由于知識(shí)經(jīng)驗(yàn)等方面的不足和缺乏，助教也面臨著一定的挑戰(zhàn)。欲提高教學(xué)質(zhì)量，助教相關(guān)能力的提高勢(shì)在必行。

助教培訓(xùn)是助教從學(xué)生走向教師一個(gè)很重要的階段，合理構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、進(jìn)一步規(guī)范化實(shí)驗(yàn)操作、盡心指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)、公平評(píng)價(jià)學(xué)生等都是助教培訓(xùn)中很重要的過程，不可僅局限在實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范化上。要把握好從理論講解到實(shí)驗(yàn)評(píng)分的每一個(gè)環(huán)節(jié)，建立起規(guī)范嚴(yán)格的助教培訓(xùn)體系。

安排助教研討時(shí)間，針對(duì)同一實(shí)驗(yàn)教學(xué)，助教間應(yīng)該加強(qiáng)溝通，及時(shí)了解其他實(shí)驗(yàn)室學(xué)生的教學(xué)情況，以此避免信息不對(duì)稱，增強(qiáng)對(duì)學(xué)生知識(shí)能力掌握程度的了解。

增加學(xué)生與教師的研討時(shí)間，筆者在參與的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)中，均有學(xué)生提出自己的思考，這是一個(gè)良好的開始，筆者認(rèn)為可以合理安排研討時(shí)間，進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

4.5 鼓勵(lì)學(xué)生自行提出實(shí)驗(yàn)，增加個(gè)性化設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)通常由教師主導(dǎo)，因此學(xué)生的主觀能動(dòng)性有限，而定量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)與生活聯(lián)系緊密，若由學(xué)生自行提出實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)過與教師進(jìn)行討論后再擬定，不僅可以增強(qiáng)學(xué)生的思考能力，而且能夠提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性，由此極大增強(qiáng)了其分析實(shí)際樣品的能力。當(dāng)然也需要建立一定的激勵(lì)機(jī)制來確保設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量。盡管該方案的實(shí)施對(duì)于大一學(xué)生來說具有一定的難度，但是并非不切實(shí)際。

5 結(jié)語

定量分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及改革是一個(gè)復(fù)雜的工程。目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)正在向立足基礎(chǔ)教學(xué)、聯(lián)系生活實(shí)際、走向生產(chǎn)前沿的方向發(fā)展，因此對(duì)于學(xué)生和教師的要求也越來越高，綜合化、網(wǎng)絡(luò)化、立體化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案已經(jīng)逐漸成熟，教學(xué)質(zhì)量的優(yōu)化也意味著教師與學(xué)生需要投入更多的時(shí)間去思考教與學(xué)，筆者僅從參與的實(shí)驗(yàn)教學(xué)出發(fā)，立足于一個(gè)青年助教的視野，以教與學(xué)過程中的一些思考與經(jīng)歷提出一些想法與建議。