分析化學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)課程結(jié)合教學(xué)的改革思路

尚曉娜，韓 生，晏金燦， 唐意紅， 張素霞， 藺華林， 李原婷

(上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，上海 201418)

分析化學(xué)在20世紀(jì)初以四大平衡理論的建立為基礎(chǔ)迅猛發(fā)展，后興起的儀器分析滲透于眾多研究領(lǐng)域，如生物、制藥、食品科學(xué)、環(huán)境等，形成了一套理論體系[1]。分析化學(xué)是化學(xué)學(xué)科的一個(gè)重要分支，也是一門基礎(chǔ)性較強(qiáng)，同時(shí)具有一定專業(yè)性、前沿性的課程。分析化學(xué)課程與分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是分析化學(xué)的兩大基礎(chǔ)課程[2]。分析化學(xué)課程重點(diǎn)講解基本原理和分析方法，目的是提高學(xué)生正確判斷和表達(dá)分析結(jié)果的能力；學(xué)會根據(jù)實(shí)際情況和要求選擇合適的分析方法，從而擁有解決問題的初步能力，為從事化學(xué)、化工、環(huán)保等相關(guān)領(lǐng)域的工作儲備實(shí)驗(yàn)技能。而分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程一門重要專業(yè)基礎(chǔ)必修實(shí)驗(yàn)課程，目的是使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中加深對理論知識的理解，同時(shí)將所學(xué)理論知識靈活運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作中，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的實(shí)驗(yàn)操作習(xí)慣和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，提高分析、解決實(shí)際問題的能力。近年來，在教育改革的背景下，分析化學(xué)的理論與實(shí)驗(yàn)課程已高度統(tǒng)一。掌握分析化學(xué)的基本原理和測定方法；樹立嚴(yán)格的量的概念，養(yǎng)成嚴(yán)肅認(rèn)真，實(shí)事求是科學(xué)態(tài)度，理論與實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐相結(jié)合；培養(yǎng)解決問題的能力是分析化學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)課程所秉持的學(xué)習(xí)方法。對于兩者的關(guān)系認(rèn)知，也有不少文章做出了分析和總結(jié)。

1 分析化學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)課程關(guān)聯(lián)性淺析

分析化學(xué)是各類化學(xué)操作的基礎(chǔ)，其教學(xué)質(zhì)量的高低主要取決于教學(xué)模式的適應(yīng)性。各類教學(xué)模式因人而異、因時(shí)而異、因地而異，需及時(shí)調(diào)整才能提高其適應(yīng)性。教育強(qiáng)調(diào)地是理論與實(shí)踐相結(jié)合[3]，分析化學(xué)這門課程教學(xué)也不例外，其基礎(chǔ)課程包含了理論課程與實(shí)驗(yàn)課程。理論課程偏重基礎(chǔ)理論的認(rèn)知，而實(shí)驗(yàn)課程側(cè)重理論知識的實(shí)踐過程與結(jié)果分析。由此看來，實(shí)驗(yàn)課程是理論課程的論證和延伸，而理論最初也是在實(shí)驗(yàn)過程中被發(fā)現(xiàn)和總結(jié)而產(chǎn)生的[4]。因此，兩者相輔相成，不存在孰輕孰重的問題。但從高校授課安排來看，多數(shù)情況下是一個(gè)先理論授課、后實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順序，其原因在于有了理論基礎(chǔ)的指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)才能更科學(xué)、實(shí)驗(yàn)操作才能更簡便[5]。也有不少文章倡導(dǎo)理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)合理論開展教學(xué)的授課方式[6-8]。這種理論與實(shí)踐相結(jié)合的理念也大大提高了教學(xué)質(zhì)量，但在分析化學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)課程結(jié)合開展過程中仍存在一些細(xì)節(jié)問題。本文就理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題以及如何解決現(xiàn)有問題，結(jié)合各種具體的意見，進(jìn)行了詳細(xì)地闡述，以求為未來分析化學(xué)課程的發(fā)展提供新思路。

2 分析化學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)課程存在的問題

隨著教育改革的深化，分析化學(xué)課程的教育教學(xué)方式不斷改進(jìn)，使教師教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí)的效率極大地提高。但過程中也不乏問題的存在，通過實(shí)踐總結(jié)和師生交流等途徑，我們還是發(fā)現(xiàn)分析化學(xué)理論課程與實(shí)驗(yàn)課程結(jié)合教學(xué)的過程中，存在以下三個(gè)方面的細(xì)節(jié)問題，而這三個(gè)方面的問題也存在關(guān)聯(lián)性，具體如下：

1)理論課程與實(shí)驗(yàn)課程授課書面內(nèi)容關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，但實(shí)際教學(xué)過程中因各種原因較難呼應(yīng)。例如，在華東理工大學(xué)和四川大學(xué)編寫的《分析化學(xué)》(第七版)理論課程中，第二章的誤差及分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理學(xué)習(xí)可對應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)課程中第一節(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集處理及稱量操作練習(xí)，以加強(qiáng)有效數(shù)字判定等的應(yīng)用記憶，但可能因?yàn)檎n表安排等原因，實(shí)驗(yàn)課程可能先于理論課程，或者兩者間的時(shí)間間隔太長，以致于學(xué)生不能牢記理論知識，在實(shí)驗(yàn)中手忙腳亂、機(jī)械應(yīng)付；2)不同教師擁有各自特色的教學(xué)方式，傳授的教學(xué)內(nèi)容在基礎(chǔ)教學(xué)的基礎(chǔ)上，其傳輸與延伸內(nèi)容各有不同。因此，不同教師教授同內(nèi)容的理論與實(shí)驗(yàn)課程，由于互不了解內(nèi)容與授課方式，可能會造成學(xué)生思維轉(zhuǎn)換困難，從而影響理論知識與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的有效結(jié)合與理解記憶；3)學(xué)生難以將理論所學(xué)，靈活應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，更難以實(shí)踐創(chuàng)新。除去學(xué)生出于僅完成規(guī)定任務(wù)等原因而主觀的抗拒開拓思路外，還有一個(gè)主要原因是理論基礎(chǔ)不扎實(shí)，學(xué)生大部分時(shí)間疲于完成基本教學(xué)考核指標(biāo)，掌握規(guī)定的授課內(nèi)容，沒有過多精力投入創(chuàng)新，甚至在應(yīng)試心理的驅(qū)動下，單就理論與實(shí)驗(yàn)的知識串聯(lián)也做不到，而是停留在短暫的機(jī)械記憶水平。例如，實(shí)驗(yàn)課中氫氧化鈉(NaOH)溶液的配制和標(biāo)定，學(xué)生是否會提出為什么不直接配制準(zhǔn)確濃度的NaOH溶液而是通過標(biāo)定計(jì)算濃度，是否會回憶起理論課滴定分析中講到的NaOH固體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在稱量時(shí)易吸收空氣中二氧化碳和水分，引起稱量誤差，進(jìn)一步地，是否會記起可直接配制標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì)應(yīng)具備的三個(gè)條件等等。針對以上三點(diǎn)問題，下文對應(yīng)提出了教學(xué)改革的三點(diǎn)思路。

3 教學(xué)改革新思路

3.1 理論與實(shí)驗(yàn)無縫銜接，強(qiáng)化記憶

目前，以高校課程教材編寫內(nèi)容以及課時(shí)安排來看，分析化學(xué)理論與分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)得到很大程度的統(tǒng)一，包括先學(xué)習(xí)誤差及分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理，后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集處理及稱量操作練習(xí)；先掌握滴定分析中標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度表示方法及配制方法理論，后進(jìn)行滴定操作練習(xí)及酸堿溶液濃度比較以及NaOH溶液的配制和標(biāo)定；先進(jìn)行酸堿滴定法的理論學(xué)習(xí)，再進(jìn)行硫酸銨肥料的分析測定，以鞏固酸堿滴定操作等。而實(shí)際教學(xué)過程中理論與實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容難以呼應(yīng)的一個(gè)重要原因是，兩者的教學(xué)間隔時(shí)間較長，這往往是由課時(shí)調(diào)整造成的。課時(shí)調(diào)整原因包括因教師或?qū)W生課時(shí)沖突、因教室或儀器沖突(混合有機(jī)溶劑的氣相色譜分析所用到的色譜數(shù)量有限，不足以供一個(gè)教學(xué)班使用，從而需要分批進(jìn)行)、因突發(fā)事件調(diào)停課(例如新冠疫情的錯(cuò)峰開學(xué)措施，致使線上理論課程早于需線下操作的實(shí)驗(yàn)課程)等。其解決方法是，秉承先理論后實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理念，使學(xué)生在抽象理解該課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上，在理論知識的記憶還未消退的時(shí)間段內(nèi)，將抽象無序轉(zhuǎn)變?yōu)樾蜗笥行虻牟僮鬟^程是記憶的關(guān)鍵。關(guān)于記憶消退時(shí)間的把握，要根據(jù)實(shí)際教學(xué)過程反復(fù)摸索并準(zhǔn)確把握，不同學(xué)生、不同課程內(nèi)容、不同時(shí)間段均可能造成差異。因此，提倡理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間間隔愈短愈好，例如，理論學(xué)習(xí)后現(xiàn)場開展實(shí)驗(yàn)應(yīng)用操作，或者次日進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。如因上述在內(nèi)的各種原因無法及時(shí)銜接同內(nèi)容的理論與實(shí)驗(yàn)課程，可在理論課程結(jié)束后，中間穿插有助于知識點(diǎn)鞏固的課后作業(yè)，例如，書面上的問答題和實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)內(nèi)容，也可以是師生交流群中授課教師梳理發(fā)布的知識群公告以及搶答加分題(如，加分可計(jì)算加入課堂表現(xiàn)或課后作業(yè)分值中)等等。

3.2 實(shí)行理論與實(shí)驗(yàn)配套同教師的辦法，便于了解學(xué)生

近年來，高考人數(shù)不斷增加，高校招生名額也隨之?dāng)U增。雖然各大高校也在擴(kuò)招教師，但遠(yuǎn)達(dá)不到“一對一”教學(xué)(注：此處，一對一指的是一位教師面向同批學(xué)生開設(shè)一套課程，包含理論課程與其相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課程)。例如，將分析化學(xué)理論課程分為A、B、C三個(gè)遞進(jìn)層次，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程也對應(yīng)分為A、B、C，那么理論A對應(yīng)實(shí)驗(yàn)A，以此類推。另外，教師往往身兼數(shù)職，如教學(xué)、科研等校內(nèi)外其他事務(wù)，這使得很多授課教師無法同時(shí)開展理論與實(shí)驗(yàn)課程，即使同開兩門課程，或因時(shí)間或教室(實(shí)驗(yàn)室)沖突，不得不錯(cuò)峰開課，從而導(dǎo)致上述3.1小節(jié)提到的理論與實(shí)驗(yàn)間隔時(shí)間拉長，降低學(xué)習(xí)效率。其中，所提到的教室或?qū)嶒?yàn)室分配問題也是除教師資源充足與否的另一個(gè)普遍存在的問題。因?yàn)?，給每位教師或每個(gè)教學(xué)班配套固定的教室和實(shí)驗(yàn)室是基本不能實(shí)現(xiàn)的，這種一一分配極易造成資源浪費(fèi)，尤其是對分析化學(xué)這種基礎(chǔ)課程，選課人數(shù)居高，意味著課程重復(fù)性大。因此，要求教師面向同批學(xué)生同時(shí)開設(shè)理論與實(shí)驗(yàn)課程不論是在自身還是在外界條件上都是有一定困難的。雖然無法保證所有教師同時(shí)開展理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，但可以集中資源，盡可能提高以這種方式開課的比例。至于這種方案主要實(shí)施的目標(biāo)對象如何選擇的問題仍具有一定困難。首先，教學(xué)資歷較深的授課教師較為了解學(xué)生的思維方式，知曉何種教學(xué)方式更適合大部分學(xué)生，且對理論與實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容了然于心，可以輕松切換和串聯(lián)知識內(nèi)容，適合這種理論與實(shí)驗(yàn)配套教學(xué)方式；其次，新進(jìn)教師雖對課程不熟，在知識切換與聯(lián)系方面較為困難，但新教師大多具有活力，更能體會學(xué)生處境，且精力相對集中，思維相對活躍，能更快適應(yīng)一種新的教學(xué)模式，抗拒的可能性較小。新老教師在實(shí)施新的教學(xué)方案方面各有長短，而條件限制又不可能使所有教師轉(zhuǎn)換到該教學(xué)模式，況且這種教學(xué)方式還只是一種新思路，并不能保證完全有成效。因此，建議募集志愿新老教師，以同等比例，在相同或同等教學(xué)條件下，以這種理論與實(shí)驗(yàn)課程結(jié)合的新的教學(xué)模式，開展示范教學(xué)工作。正如分析化學(xué)所要求的，示范教學(xué)需連續(xù)開展多次，以便降低數(shù)據(jù)誤差，提高精確度，便于對比，得出科學(xué)性結(jié)論。

3.3 及時(shí)復(fù)現(xiàn)，引導(dǎo)知識串燒

分析化學(xué)的學(xué)習(xí)對于經(jīng)過高考嚴(yán)格遴選的大學(xué)生來說并不困難，因?yàn)榉治龌瘜W(xué)并非是新學(xué)科，而是化學(xué)的一個(gè)重要分支。因此，對于有一定化學(xué)基礎(chǔ)的他們來說，完全有能力較快地掌握分析化學(xué)的授課內(nèi)容。但問題是，學(xué)過的知識，尤其是新知識，如果得不到及時(shí)反復(fù)的鞏固，不久就會被遺忘，這就是所謂的“學(xué)得快，忘得快”。因此，授課教師在課上課余需要及時(shí)復(fù)現(xiàn)之前學(xué)過的知識或者經(jīng)常引導(dǎo)學(xué)生去思考之前有困惑的問題，并結(jié)合新的知識點(diǎn)，使學(xué)過的和在學(xué)的、甚至是要學(xué)的反復(fù)重現(xiàn)，強(qiáng)化記憶，最終將短暫的知識記憶通過科學(xué)地重復(fù)提示牢牢的印在大腦中并最終轉(zhuǎn)變?yōu)殚L期記憶。更甚至，每次都會有新的領(lǐng)悟和收獲，這就是所謂的創(chuàng)新起源。針對如何及時(shí)復(fù)現(xiàn)，鞏固記憶，引導(dǎo)知識串燒，本文提出以下幾種方案供參考：

(1)鼓勵學(xué)生理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合

正如上述3.1章節(jié)強(qiáng)調(diào)的，理論基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和掌握，是為了最終能應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)，更好地設(shè)計(jì)、實(shí)施、分析實(shí)驗(yàn)并得出結(jié)論。學(xué)習(xí)過程中，往往有學(xué)生將理論與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分開進(jìn)行，時(shí)間花費(fèi)很多，卻沒有得到預(yù)期結(jié)果。這種剝離式的學(xué)習(xí)方法使抽象的理論脫離了可形象化的實(shí)踐轉(zhuǎn)化，不利于掌握知識點(diǎn)及其實(shí)際應(yīng)用的意義，也不利于形成高效學(xué)習(xí)方法和培養(yǎng)創(chuàng)新能力。因此，教師在授課過程中，有必要及時(shí)提供理論和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)點(diǎn)，在每次記憶消退前(如上述3.2小節(jié)所提)，強(qiáng)化以及深化課程內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性，如NaOH溶液的配制實(shí)驗(yàn)，采用的是間接法，原因是NaOH固體試劑具有吸濕和吸收二氧化碳的特性，引起稱量誤差，而這不符合理論課所學(xué)的直接配制標(biāo)準(zhǔn)溶液的三大條件之一，而準(zhǔn)確的配制方法是先配成近似濃度，再用其基準(zhǔn)物來確定其濃度，這個(gè)過程稱為標(biāo)定，基準(zhǔn)物的四大條件中選用摩爾質(zhì)量大的決定了我們在實(shí)驗(yàn)過程采用鄰苯二甲酸氫鉀而不是二水合草酸作為基準(zhǔn)物，最后在公式計(jì)算的過程中還可以穿插有效數(shù)字(運(yùn)算規(guī)則等)的鞏固。在這個(gè)過程中理論與實(shí)驗(yàn)反復(fù)切換，知識不斷向上延伸，最終形成一個(gè)知識樹的形式。

(2)引導(dǎo)方式建議靈活多樣

靈活多樣的教學(xué)方式具體分為但不限于：第一，小測驗(yàn)，測驗(yàn)雖然方法老套，但其持久不衰的原因正是其有效。學(xué)生往往有應(yīng)試心理，為順利通過考試，大部分會復(fù)習(xí)鞏固學(xué)過的知識，也可能在此過程中發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，教師應(yīng)該配合及時(shí)給予指導(dǎo)來解決問題。雖然從學(xué)生角度來說，該方法較為被動，但結(jié)果往往最有效。同時(shí)，測驗(yàn)結(jié)束并不意味著結(jié)束，授課教師應(yīng)及時(shí)總結(jié)學(xué)生在學(xué)習(xí)和掌握程度的問題，制定出相應(yīng)對策，使學(xué)生牢記、活用；第二，趣味展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，包含色彩提供的視覺刺激，雖然色彩對人的視覺刺激會隨年齡的增長等因素減弱，但鮮艷多彩的幻燈片畫面，甚至是不喜歡的顏色，均能引起人們的注意?；蛘咛砑臃显撃挲g段的圖片和小視頻，圖片可以加深印象(例如，標(biāo)準(zhǔn)溶液的直接配制和間接配制步驟對比，可用圖片加箭頭的方式取代文字描述，稱量至溶解至定容可用天平、燒杯加玻璃棒、容量瓶的圖片代替)，而小視頻使學(xué)生從注視靜態(tài)文字的疲憊中解脫出來(例如，滴定過程中指示劑顏色的變化，滴定終點(diǎn)的肉眼確定可在播放小視頻時(shí)形象地指出)，得到短暫的放松，提高學(xué)習(xí)興趣、輕松掌握知識。第三，接力測試比賽，用現(xiàn)場口述接力的形式取代筆試測試，從被動的回答轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥乃伎?，是一個(gè)真正的學(xué)習(xí)串燒游戲。即授課教師給出一個(gè)知識點(diǎn)，例如誤差的概念并給出簡短解釋，之后由學(xué)生接力延伸出知識內(nèi)容，例如誤差分類中的系統(tǒng)誤差可存在于滴定實(shí)驗(yàn)中的刻度讀取和滴定終點(diǎn)顏色深淺的判斷，屬于人員誤差，再接下來可以是四大滴定及其終點(diǎn)的理論判斷依據(jù)等類似知識樹的構(gòu)建。教師在引導(dǎo)過程中，需要給予積極參與的學(xué)生以獎勵，平時(shí)分的加分等，鼓勵學(xué)生踴躍參與，調(diào)動積極性，提高記憶效率和靈活運(yùn)用能力，也可以鍛煉學(xué)生們的表達(dá)、互動能力。

4 結(jié) 語

分析化學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)課程是化學(xué)學(xué)科的必修課程，在化學(xué)學(xué)科本身及其他研究領(lǐng)域都發(fā)揮著顯著作用。為提高教學(xué)質(zhì)量，深化教學(xué)改革在分析化學(xué)課堂持續(xù)不斷地進(jìn)行。提出分析化學(xué)課程中存在的問題，給出轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念的新思路以及如何解決問題和實(shí)施教育改革已經(jīng)成為當(dāng)下教育領(lǐng)域的重點(diǎn)話題。本文總結(jié)凝練出分析化學(xué)課程中存在的三大問題，其根本在于理論課程如何與實(shí)驗(yàn)課程有效結(jié)合，以提高教學(xué)和學(xué)習(xí)效率。針對三大教學(xué)與學(xué)習(xí)過程中的問題，提出了理論與實(shí)驗(yàn)無縫銜接，理論與實(shí)驗(yàn)配套同教師，及時(shí)復(fù)現(xiàn)、引導(dǎo)知識串燒的解決方案，并通過舉例的方式對提出的思路給出了具體解釋。