張秀芹

(渭南師范學(xué)院化學(xué)化工系,陜西渭南 714000)

大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的誤差理論教學(xué)

張秀芹

(渭南師范學(xué)院化學(xué)化工系,陜西渭南 714000)

簡單闡述了誤差理論教學(xué)的意義,實(shí)驗(yàn)過程必然存在誤差,誤差理論教學(xué)是培養(yǎng)和提高學(xué)生能力和素質(zhì)的一個重要途徑;分析了化學(xué)實(shí)驗(yàn)中誤差理論教學(xué)普遍被忽視的原因;對進(jìn)一步做好誤差理論教學(xué)提出了幾點(diǎn)建議.

化學(xué)實(shí)驗(yàn);誤差理論教學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是大學(xué)化學(xué)及化工專業(yè)的一類重要課程,化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能使學(xué)生進(jìn)一步理解和掌握化學(xué)理論知識,而且也是培養(yǎng)和提高學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰退刭|(zhì)的重要途徑.關(guān)于如何搞好化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)做過許多研究[1-4],但這些研究大都集中在改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,學(xué)生實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),或某個具體實(shí)驗(yàn)問題等研究方面,而對化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的誤差理論教學(xué)研究重視不夠.筆者認(rèn)為,化學(xué)實(shí)驗(yàn)除了一些的基本操作練習(xí)外,很多的都是藥品制備和一些定量的測定實(shí)驗(yàn),必然涉及誤差.因此,重視和加強(qiáng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中誤差理論教學(xué)是非常重要的.下面就化學(xué)實(shí)驗(yàn)中誤差理論教學(xué)的意義、現(xiàn)狀及如何加強(qiáng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的誤差理論教學(xué)談點(diǎn)自己的看法.

1 誤差理論教學(xué)的意義

(1)實(shí)驗(yàn)過程必然存在誤差.化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法的確定、實(shí)驗(yàn)藥品和儀器的選擇、實(shí)驗(yàn)步驟的安排等都是為取得一定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,達(dá)到某種實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩O(shè)計(jì)的.化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的任務(wù),就是根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和方法,按照實(shí)驗(yàn)步驟一步一步完成實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果要盡可能接近真實(shí)值,實(shí)驗(yàn)誤差達(dá)到最小.任何實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新研究 (包括實(shí)驗(yàn)原理的完善、實(shí)驗(yàn)儀器和藥品性能的提高、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改進(jìn),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理等方面內(nèi)容)都是建立在實(shí)驗(yàn)誤差最小的基礎(chǔ)上的.相反,再完善的實(shí)驗(yàn)原理,性能再好的儀器和藥品,再正確的實(shí)驗(yàn)操作方法等,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果都不可避免地存在誤差,沒有誤差的實(shí)驗(yàn)是不存在的,不考慮誤差而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)同樣也是沒有意義的.

(2)誤差理論教學(xué)是培養(yǎng)和提高學(xué)生能力和素質(zhì)的一個重要途徑.化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程,學(xué)生必然參與操作實(shí)踐,如果僅僅是按照實(shí)驗(yàn)步驟一步一步機(jī)械地完成實(shí)驗(yàn),而對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析不夠重視,比如對實(shí)驗(yàn)中記錄的數(shù)據(jù)既不進(jìn)行取舍,也不進(jìn)行實(shí)驗(yàn)誤差的計(jì)算或進(jìn)行錯誤的計(jì)算,并且也不分析造成誤差的原因,實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ貌坏教岣?另外,追求實(shí)驗(yàn)結(jié)果的完美性只是一種理想,而實(shí)驗(yàn)中存在誤差是不可避免的現(xiàn)實(shí),如果不分析實(shí)驗(yàn)誤差,嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的科學(xué)態(tài)度也得不到養(yǎng)成.只有通過誤差理論教學(xué)才能有效地提高學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度.

2 化學(xué)實(shí)驗(yàn)誤差理論教學(xué)的現(xiàn)狀

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中,誤差理論教學(xué)普遍是被忽視的,主要表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)中教師不講或很少講誤差基礎(chǔ)知識;實(shí)驗(yàn)過程中,學(xué)生只關(guān)注具體操作,不關(guān)心或很少關(guān)心儀器和藥品性能對實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來的影響;實(shí)驗(yàn)操作隨意性大,應(yīng)該多次測定以減少偶然誤差而偷工減料,測量讀數(shù)時(shí)很少估計(jì)最后一位或者根本不估計(jì)數(shù)字;在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中,通常只有實(shí)驗(yàn)結(jié)果,很少進(jìn)行實(shí)驗(yàn)誤差的計(jì)算分析和討論或?qū)φ`差僅作一點(diǎn)一般性的說明,等等.之所以這樣,筆者認(rèn)為有以下幾方面的原因:一是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材 (例如無機(jī)化學(xué)教材)中把誤差內(nèi)容大都安排放在基本實(shí)驗(yàn) (比如玻璃儀器使用玻璃管的簡單加工、儀器的認(rèn)領(lǐng)、洗劑和干燥等)之前,而這些基本實(shí)驗(yàn)只是一些簡單的操作、觀察,一般是不需要考慮誤差,淡化了誤差知識,另外,實(shí)驗(yàn)教材中也過分強(qiáng)調(diào)自身理論的系統(tǒng)性和嚴(yán)密性,理論聯(lián)系實(shí)際較少,再就是,在真正的化學(xué)量的實(shí)驗(yàn)測定中,教材本身往往對實(shí)驗(yàn)的誤差分析不作要求或者要求很低等;二是學(xué)生對實(shí)驗(yàn)誤差缺乏必要的認(rèn)識,不重視誤差的處理和分析,如隨意增減有效數(shù)字的位數(shù),對直接測量和間接測量產(chǎn)生的誤差不聞不問,缺少估算誤差的知識和能力;三是高師院校的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教師大都是理論教師兼任,缺乏實(shí)驗(yàn)誤差理論教學(xué)的意識,相當(dāng)一部分教師的誤差理論基礎(chǔ)不夠扎實(shí)等.

3 做好化學(xué)實(shí)驗(yàn)中誤差理論教學(xué)的幾點(diǎn)思考

一是在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段加強(qiáng)誤差理論意義的教育,當(dāng)然,開展此項(xiàng)工作的前提是教師首先要練好誤差理論教學(xué)基本功.除給學(xué)生進(jìn)行誤差基本知識傳授外,主要是教育學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)過程產(chǎn)生誤差的必然性,沒有誤差的實(shí)驗(yàn)是不存在的,完成無誤差的實(shí)驗(yàn)也是沒有意義的;實(shí)驗(yàn)誤差是可以分析的,而且也是可以計(jì)算的,科學(xué)實(shí)驗(yàn)則要求必須科學(xué)評價(jià)實(shí)驗(yàn)誤差等;讓學(xué)生知道實(shí)驗(yàn)中,能夠做的而且必須做的是把實(shí)驗(yàn)誤差盡可能地降到最小,但絕不可能完全消除誤差;還要讓學(xué)生知道所減小的只是偶然誤差,減小系統(tǒng)誤差必須通過原理創(chuàng)新和儀器、藥品性能的改進(jìn)來實(shí)現(xiàn)等等.

二是在實(shí)驗(yàn)過程中指導(dǎo)學(xué)生減小誤差方法,在實(shí)驗(yàn)過程中,要指導(dǎo)學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)的每個環(huán)節(jié)、每個操作帶來的誤差,例如在“過氧化氫分解熱的測定”實(shí)驗(yàn)中[5],原理上要求量熱器是嚴(yán)格不散熱的,實(shí)際量熱計(jì)的散熱對分解熱產(chǎn)生的誤差是系統(tǒng)誤差,如果要減小這個系統(tǒng)誤差,需要通過提高量熱器的隔熱性能.溫度計(jì)測溫度和利用秒表測時(shí)間對分解熱所產(chǎn)生的誤差是偶然誤差,不同的人或者不同次的測量都會有不同的結(jié)果,可以通過改進(jìn)方法或多次測量達(dá)到減小誤差的目的.

三是在完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告過程中做好誤差分析.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,要求學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的評價(jià),做好誤差分析,找出哪些因素引起系統(tǒng)誤差,哪些因素引起偶然誤差,定量計(jì)算出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相對誤差,判斷相對誤差是否在要求的范圍內(nèi),例如過氧化氫的分解熱的相對誤差一般要求在 -10%～+10%之間[5],如果相對誤差在要求的范圍之內(nèi),表明實(shí)驗(yàn)是成功的,否則,實(shí)驗(yàn)是失敗的,進(jìn)一步找出失敗的原因,必要時(shí)還要重新做實(shí)驗(yàn)等等.

4 小結(jié)

誤差理論是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一項(xiàng)重要內(nèi)容,在實(shí)驗(yàn)條件下,盡可能減小誤差是一切實(shí)驗(yàn)的共同要求,誤差理論教學(xué)是培養(yǎng)和提高學(xué)生能力和素質(zhì)的一個重要途徑.然而,由于實(shí)驗(yàn)教材、學(xué)生、教師等三方面的原因,化學(xué)實(shí)驗(yàn)中誤差理論教學(xué)普遍沒有受到重視.通過在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段加強(qiáng)誤差理論意義教育,在實(shí)驗(yàn)過程中指導(dǎo)學(xué)生分析誤差的方法,在完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告過程中做好誤差分析,進(jìn)一步做好誤差理論教學(xué).

[1]常青.普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革創(chuàng)新與實(shí)踐[J].硅谷,2009,(20):184-185.

[2]王愛銀.基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的幾點(diǎn)思考[J].長春理工大學(xué)學(xué)報(bào) (高教版),2009,(7):121-122.

[3]劉東,彭家和,江渝.高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與思考[J].山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào) (基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育版),2004,(6):50-52.

[4]鄭志民.如何搞好化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].中國實(shí)用醫(yī)藥,2006,(5):98-99.

[5]北京師范大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室,等.無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京:高等教育出版社,1983.113-116.

[責(zé)任編輯 牛懷崗]

Error Theoretic Teaching in University Chem istry Laboratory

ZHANG Xiu-qin
(Department of Chemistry and Chemical Engineering,Weinan TeachersUniversity,Weinan 714000,China)

It is stated that the errors must exist in the experiment and the error theory teaching is an approach to improving student’s quality and competence.It analyzeswhy error theory teaching in chemical experiment is ignored.Several advices are given on how to strengthen error theoretic teaching.

chemical experiment;error theoretic teaching;experimental teaching

G642.423

A

1009—5128(2010)05—0081—02

2010—03—29

張秀芹 (1963—),女,陜西渭南人,渭南師范學(xué)院化學(xué)化工系工程師.