新時代背景下分析化學(xué)微課的構(gòu)建
——以滴定突躍為例

趙正燕，王兆寅，徐利萍，李紅麗，陳大勇

南京師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，南京 210023

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展和新冠肺炎疫情的出現(xiàn)，高校中教師的授課形式與學(xué)生的學(xué)習(xí)方式等都受到不同程度的影響。為了適應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展和降低疫情的影響，采用不同的新媒體手段，開發(fā)多種數(shù)字化教學(xué)資源，線上和線下教學(xué)相結(jié)合，是時代發(fā)展和教學(xué)改革的必然趨勢[1,2]。微課，又名“微型課程”(micro-lecture)，是圍繞教學(xué)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)、典型問題，或?qū)嶒?yàn)過程等拍攝制作的視頻教學(xué)資源。微課具有主題突出、內(nèi)容精煉、時間短、觀看靈活等特點(diǎn)，是傳統(tǒng)教學(xué)強(qiáng)有力的補(bǔ)充[3,4]。設(shè)計(jì)和構(gòu)建優(yōu)良的微課，對于提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果十分重要。本文以分析化學(xué)為基礎(chǔ)，選取容量分析中的滴定突躍為主題，闡述了微課的構(gòu)建、設(shè)計(jì)、內(nèi)容及表現(xiàn)形式等。

1 分析化學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀

分析化學(xué)是化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)師范、材料科學(xué)和食品與制藥工程等多個專業(yè)的一門必修主干課，這里的分析化學(xué)指的是容量分析部分。課程的核心教學(xué)內(nèi)容為：四大滴定分析方法(酸堿滴定、絡(luò)合滴定、氧化還原滴定和沉淀滴定)的基本原理、結(jié)果計(jì)算及應(yīng)用領(lǐng)域。容量分析具有知識點(diǎn)多、內(nèi)容抽象、概念理解難、公式推導(dǎo)和計(jì)算復(fù)雜等特點(diǎn)。傳統(tǒng)灌輸式的教學(xué)教師占主導(dǎo)，學(xué)生被動接受學(xué)習(xí)內(nèi)容，一知半解，容易產(chǎn)生厭學(xué)心理[5,6]。尤其是近年來線上課程比重增多，僅通過網(wǎng)絡(luò)觀看教學(xué)PPT或者錄屏回放，很大程度影響了分析化學(xué)的教學(xué)效果。因此，亟待根據(jù)分析化學(xué)課程的特點(diǎn)和知識結(jié)構(gòu)體系，運(yùn)用多種信息化工具，開發(fā)不同的數(shù)字化教學(xué)資源，提供多樣化的學(xué)習(xí)方式。這對于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、進(jìn)一步理解和掌握課堂知識點(diǎn)、提高教學(xué)質(zhì)量，都非常重要。

2 分析化學(xué)教學(xué)中微課主題的選擇

微課往往采用多個動畫，結(jié)合生活情境，或者加入操作視頻，形象生動、深入淺出地講解主題知識，是一個雖簡短但完整的教學(xué)活動[7]。微課不是單純的PPT錄屏，也不是教師講課過程的錄制。微課主題選取的好壞是微課成功與否的第一步。不同于傳統(tǒng)教學(xué)，微課對教師的能力和素質(zhì)提出了更高的要求，需要教師對教學(xué)內(nèi)容有更深刻的理解，對知識體系要融會貫通。微課主題是對課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)的凝練。在分析化學(xué)課程中，每種滴定方法都有其原理和特點(diǎn)，然而，他們又都遵循滴定分析的共同特征。滴定過程一般分為四個階段來研究，無論哪種滴定方法，都會經(jīng)歷滴定突躍。滴定突躍是貫穿于四大滴定分析法的共同概念，是分析化學(xué)滴定分析的重要內(nèi)容之一。滴定突躍對于滴定理論的理解、掌握，以及對于滴定分析操作的準(zhǔn)確性等都是至關(guān)重要的。因此，滴定突躍可以作為分析化學(xué)課程的優(yōu)良微課主題。通過滴定突躍微課的學(xué)習(xí)，可以加強(qiáng)對理論知識的理解，對整個分析化學(xué)課程的學(xué)習(xí)起到積極的促進(jìn)作用。

3 滴定突躍微課的構(gòu)建

3.1 整體構(gòu)思與設(shè)計(jì)

本文中分析化學(xué)滴定突躍微課的整體構(gòu)思見圖1。微課開頭結(jié)合生活和生產(chǎn)中的情境實(shí)例，吸引學(xué)生觀看，激發(fā)學(xué)生興趣。給出的背景故事應(yīng)簡單易懂，并和微課主題密切相關(guān)，為下一步內(nèi)容的引入做鋪墊。由于滴定突躍是從滴定分析中來的，所以先介紹滴定分析的背景知識，結(jié)合背景知識引出滴定突躍，并提出問題：滴定突躍在滴定分析中是如何發(fā)揮作用的？以問題為導(dǎo)向，帶動學(xué)生進(jìn)一步探索。接下來，詳細(xì)講解和深入分析滴定突躍的形成以及原理等，闡述滴定突躍的概念。在明確滴定突躍的來龍去脈和定義之后，可以進(jìn)一步講授其相關(guān)知識，比如滴定突躍如何指導(dǎo)指示劑的選擇，以及影響突躍范圍大小的因素等。在理論知識之后，進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用舉例，促進(jìn)知識的消化和吸收。結(jié)尾，融會貫通主要的四大滴定方法，總結(jié)滴定突躍的特點(diǎn)和共性：其是被滴定溶液參數(shù)的突變。最后，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的“量”的概念，強(qiáng)調(diào)突躍是量變到質(zhì)變的過程。在整個微課的構(gòu)思中，我們從生活實(shí)例故事引入，包含背景知識介紹，涵蓋核心知識內(nèi)容，融入重點(diǎn)理論知識，做到理論聯(lián)系實(shí)際，結(jié)尾進(jìn)行了歸納總結(jié)，最后發(fā)掘了其中的課程思政意義。

圖1 滴定突躍微課教學(xué)流程構(gòu)思

3.2 滴定突躍微課的內(nèi)容

在滴定突躍的微課中，選取的情境實(shí)例包括食品中防腐劑苯甲酸鈉含量、礦石中鐵含量，以及廢水、受污染水中有機(jī)物污染參數(shù)的測定。從分析化學(xué)中物質(zhì)含量測定的實(shí)例出發(fā)，可以拉進(jìn)學(xué)生與枯燥的科學(xué)知識之間的距離，有利于微課主題的引入。本文中滴定突躍微課的課程內(nèi)容可以分為四個部分，具體內(nèi)容框架如圖2所示。第一部分簡單介紹滴定分析法，讓學(xué)生了解其是一種定量分析方法，并指出滴定分析反應(yīng)的終點(diǎn)由指示劑顏色的變化來判斷。在酸堿滴定中，指示劑顏色的變化和滴定突躍密切相關(guān)，滴定突躍是選擇指示劑的依據(jù)，然后順理成章地引入滴定突躍這一核心主題。第二部分主要講解滴定突躍的形成和原理。在課堂教學(xué)中，滴定突躍是從滴定分析的四個階段中抽提出來的。以經(jīng)典的酸堿滴定為例，分步講解這些階段，具體包括：滴定開始前、化學(xué)計(jì)量點(diǎn)前、化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時和化學(xué)計(jì)量點(diǎn)后。計(jì)算每個階段被測溶液的pH，繪制滴定曲線。接著，進(jìn)入到第三個部分，即滴定突躍的概念以及相關(guān)知識。滴定突躍是化學(xué)計(jì)量點(diǎn)前后±0.1%誤差范圍內(nèi)，被測溶液參數(shù)的突變。同時擴(kuò)展滴定突躍的相關(guān)知識，包括在滴定突躍范圍內(nèi)能發(fā)生顏色變化的指示劑，都可以用來指示反應(yīng)終點(diǎn)；濃度和解離常數(shù)是如何影響滴定突躍的。第四個部分是實(shí)際應(yīng)用，展示的是工業(yè)燒堿的分析，其是酸堿滴定中典型的雙指示劑法的應(yīng)用。結(jié)尾，將滴定突躍這一知識點(diǎn)從酸堿滴定擴(kuò)展到其他三種滴定方法中，指出不同滴定分析中發(fā)生突躍的參數(shù)分別是什么，歸納總結(jié)。

圖2 滴定突躍微課課程內(nèi)容

其中，滴定分析的4個階段對于理解滴定突躍的形成和概念十分重要，是課堂教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。傳統(tǒng)教學(xué)中通常通過板書列出公式和計(jì)算不同過程中被測溶液參數(shù)的變化講授這一知識點(diǎn)，比較枯燥和抽象。另外，分析化學(xué)課程往往配套相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)對滴定分析內(nèi)容的理解和吸收。然而，現(xiàn)實(shí)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)進(jìn)度往往與理論課進(jìn)度不一致，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)與知識點(diǎn)講授無法很好地融合。圖3是本文滴定突躍微課中滴定分析過程四個階段的視頻截圖。在微課中，清晰地展示了四個過程pH的計(jì)算，并在滴定曲線上逐步繪出。重要的是，這里加入了對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作視頻，伴隨每個過程的滴定實(shí)驗(yàn)的演示，直觀展示滴定分析過程中指示劑顏色的變化。實(shí)驗(yàn)視頻還特別演示了在化學(xué)計(jì)量點(diǎn)附近一滴、半滴的滴定劑的加入，引起的指示劑顏色的突變。同時加上教師的講解，整個滴定分析過程可以形象、直觀、透徹地展示給學(xué)生，有助于學(xué)生理解和掌握滴定突躍這一知識點(diǎn)，這對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程也很有幫助。

圖3 滴定突躍微課中滴定分析過程截圖

3.3 滴定突躍微課的展示

本文中的滴定突躍微課融合了課件、實(shí)驗(yàn)視頻、動畫和教師同步講解等多個方面，充分發(fā)揮多媒體教學(xué)的優(yōu)勢，注重視覺效果。把夯實(shí)的理論知識“包裝”成豐富的、直觀的、有吸引力的微視頻，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更能加強(qiáng)學(xué)生對理論知識的學(xué)習(xí)。圖4是滴定突躍微課部分內(nèi)容的視頻截圖。本文中的微課具有以下特點(diǎn)：(1) 采用了多個動畫，大部分內(nèi)容包括曲線的形成和變化都是以動畫形式給出，更好地體現(xiàn)過程的變化；(2) 加入實(shí)驗(yàn)操作視頻，并合理編排理論講解與實(shí)驗(yàn)在微課視頻中的銜接，兩者的有機(jī)結(jié)合能夠更深刻地展示知識內(nèi)容；(3) 包含了課堂互動環(huán)節(jié)，加入教師的提問和學(xué)生真人錄答，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，豐富微課教學(xué)形式，進(jìn)一步鞏固知識體系；(4) 微課左上角全程同步出現(xiàn)教師的講解畫面，更能還原真實(shí)課堂，也不過度吸引學(xué)生注意力；(5) 該微課文件內(nèi)容完整、聲畫質(zhì)量好、格式為MP4，易播放，方便學(xué)生觀看和使用。

圖4 滴定突躍微課視頻內(nèi)容展示

微課的“微”體現(xiàn)在內(nèi)容精煉、時間短上面。微課課程時長不宜過長，一般不超過10分鐘。因此微課課程應(yīng)合理安排每個部分的教學(xué)時間，才能最大程度地發(fā)揮微課的優(yōu)勢，取得滿意的效果。本文中滴定突躍微課的總時長在8分鐘左右，不同部分的具體時長劃分見表1。主要時間集中在核心知識點(diǎn)的講解上。

表1 滴定突躍微課不同部分時長分配

3.4 課程思政內(nèi)容的融入

高校課程不僅傳授知識、培養(yǎng)能力，還具有思想政治教育的功能[8]。在滴定突躍的微課中，滴定分析過程選取強(qiáng)酸滴定強(qiáng)堿的示例，用0.1 mol·L-1HCl溶液滴定0.1 mol·L-1NaOH溶液，酚酞為指示劑。隨著HCl滴定劑從0 mL滴加到19.98 mL，溶液的顏色一直是紅色，稍有變淺。但是，接著僅僅滴入0.04 mL HCl溶液時(±0.1%相對誤差)，溶液顏色發(fā)生紅色到無色的突變。這里雖然只滴加一滴或者半滴(0.04 mL)的滴定劑，但溶液顏色就發(fā)生了本質(zhì)的改變，即發(fā)生了滴定突躍。這種突變是建立在前面19.98 mL滴定劑的用量積累之上的。在教學(xué)過程中，可以結(jié)合滴定突躍的特點(diǎn)，幫助學(xué)生樹立正確的“量”的概念，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。教導(dǎo)學(xué)生成功不是一蹴而就的，它是一個量的積累的過程，當(dāng)量積累到一定程度才會躍遷，從而產(chǎn)生質(zhì)變。這告誡學(xué)生只有憑借務(wù)實(shí)的態(tài)度和日常學(xué)習(xí)中不斷地積累，才能獲得成功。

4 結(jié)語

本文選取分析化學(xué)滴定分析中的核心知識點(diǎn)，詳細(xì)描述滴定突躍微課構(gòu)建的思路、微課內(nèi)容、微課形式、課程思政意義等。微課的主要優(yōu)點(diǎn)是短小精悍，觀看方便，不占用太多時間，其在課程教學(xué)中的使用非常靈活。它可作為自主學(xué)習(xí)的資源用于課前預(yù)習(xí)，通過自主預(yù)習(xí)對教學(xué)知識點(diǎn)有初步的認(rèn)識和了解；也可應(yīng)用于課堂教學(xué)中，加深學(xué)生對重難點(diǎn)知識的理解和應(yīng)用；最后微課還可用于課后復(fù)習(xí)和鞏固。但是，微課是傳統(tǒng)課堂教學(xué)的補(bǔ)充，它不能替代課堂教學(xué)，因此在教學(xué)中應(yīng)注意適度使用微課，合理安排微課教學(xué)，充分發(fā)揮教師主導(dǎo)、學(xué)生主體的地位，讓學(xué)生自主融入到課程學(xué)習(xí)中。在今后的教學(xué)中，更應(yīng)不斷關(guān)注學(xué)生使用微課后的反饋，及時對微課內(nèi)容和微課的使用頻率進(jìn)行調(diào)整，發(fā)揮微課的最大作用，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)教學(xué)改革。