陸家政 陳菲 蔣京 曾憲棟 劉云軍 管小艷 姚秀瓊

(廣東藥學(xué)院無機化學(xué)教研室 廣東廣州 510006)

無機化學(xué)是醫(yī)藥院校的基礎(chǔ)必修課，它不僅為學(xué)生學(xué)習(xí)后繼課程打下必要的自然科學(xué)基礎(chǔ)，還對培養(yǎng)學(xué)生理科素質(zhì)、科學(xué)思維方法和綜合能力具有重要意義。

在教學(xué)實踐中，常常發(fā)現(xiàn)許多學(xué)生覺得無機化學(xué)枯燥無味，特別是與醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等相關(guān)專業(yè)課相比，無機化學(xué)被認為是一門較難學(xué)的課程，課程結(jié)束后的補考率也比較高。為此，筆者近年在無機化學(xué)教學(xué)中引入案例教學(xué)，進行有益的嘗試與探索。

1 案例教學(xué)及其背景

所謂案例教學(xué)是指在教師指導(dǎo)下，把學(xué)生帶入具有一定代表性的典型事件的現(xiàn)場，深入角色，再現(xiàn)案例情景，以提高學(xué)生實際運作能力的一種教學(xué)方法。

1921年，哈佛大學(xué)法學(xué)院首次將案例方法應(yīng)用于教學(xué)中。這種教學(xué)法強調(diào)在教學(xué)中由學(xué)生參與分析和討論個別案例，目的是通過對案例的認識達到對法律規(guī)則的理解。到20世紀(jì)中葉，案例教學(xué)被美國所有的著名法律學(xué)院采用[1-2]，并隨后逐漸被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、 經(jīng)濟學(xué)、 社會學(xué)、 心理學(xué)、 管理學(xué)等學(xué)科的教學(xué)和研究中，尤其是應(yīng)用于美國的師范教育和師資培訓(xùn)并取得了很好的教學(xué)效果。目前，案例教學(xué)法已成為美國各種專業(yè)和職業(yè)教育中的一種重要方法。近年來，國內(nèi)也有不少教師對此進行了實踐，并認為該教學(xué)法是非常有效的教學(xué)方法[2-4]。

2 無機化學(xué)案例教學(xué)步驟及示例

與其他課程類似，無機化學(xué)案例教學(xué)的步驟可分為：提供案例，組織討論(包括學(xué)生查閱資料、收集信息)，教師評述，原理分析。與此相對應(yīng)的學(xué)生的學(xué)習(xí)過程應(yīng)是：案例情境，查閱資料、收集信息，分析材料，掌握原理及應(yīng)用。讓受教育者通過閱讀、分析和思考以及相互間進行討論和爭辯，提高思維推理和處理問題的能力。

所設(shè)計的教學(xué)過程應(yīng)以學(xué)生的積極參與為前提，教師不是單純通過說教，而是通過對具體事件的討論分析逐漸歸納出知識脈絡(luò)并解決問題。通常采用問題式案例來實施教學(xué)，這些案例主要是來源于工作或生活實際，應(yīng)具有如下特點：

(1) 知識性：所選案例要具有一定的知識內(nèi)涵，學(xué)生可從中獲取知識。

案例： 某日某醫(yī)院內(nèi)科病房在給一病人靜脈滴注阿莫西林-克拉維酸后，接著滴注乳酸環(huán)丙沙星注射液，當(dāng)這兩種藥物在輸液器中混合后，出現(xiàn)大量微黃色的針狀結(jié)晶沉淀，而輸液瓶中的剩余環(huán)丙沙星注射液仍澄明。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：阿莫西林-克拉維酸注射液的pH為8.76，當(dāng)pH降低至6.59時產(chǎn)生渾濁，pH低于4.13即有微黃色的針狀結(jié)晶析出。因此，阿莫西林-克拉維酸注射液與pH較低的藥物環(huán)丙沙星(pH為4.5～5.5)、慶大霉素(pH為4.0～6.0)配伍時即出現(xiàn)沉淀。滴加NaOH試液可使溶液pH升高后，溶液變?yōu)槌吻濉?/p>

問題：① 溶液的酸堿性如何劃分？② 如何測定或計算溶液的pH？③ 物質(zhì)在溶液中形成沉淀，或沉淀的溶解與什么因素有關(guān)？如何控制？

讓學(xué)生對這些問題充分討論后，教師總結(jié)：人體的許多生理現(xiàn)象和病理現(xiàn)象與酸堿平衡和沉淀平衡有關(guān)。人體體液酸堿平衡是人體的三大基礎(chǔ)平衡之一。占人體體重70%的體液有一定的酸堿度，并在較窄的范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，這種酸堿平衡是維持人體生命活動的重要基礎(chǔ)。如果這一平衡被破壞，就會影響生命的正常活動，發(fā)生酸中毒或堿中毒并導(dǎo)致各種疾病。臨床上常用乳酸鈉糾正代謝性酸中毒，用氯化銨治療堿中毒。

藥物的制備、分析和藥理作用研究也常常涉及酸堿反應(yīng)和沉淀反應(yīng)。許多藥物本身就是酸或堿。為保證臨床用藥的安全性及有效性，應(yīng)注意不同藥物溶液的pH差異，避免因藥物溶液pH改變造成的不良后果。

(2) 典型性：所選案例要能夠說明一類或一組事件，經(jīng)典、典型。

案例：實驗室中所用的鉻酸洗液是重鉻酸鉀飽和溶液和濃硫酸的混合物，是一種棕紅色的強氧化劑，常用于洗滌化學(xué)玻璃器皿，以除去器壁上附著的油污層。洗液經(jīng)使用后，將由棕紅色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榘稻G色，若全部變?yōu)榘稻G色，表明洗液已失效。大量使用鉻酸洗液容易造成環(huán)境污染，現(xiàn)在鉻酸洗液已逐漸被其他洗滌劑所替代。

問題：① 鉻酸洗液的洗滌原理是什么？② 為什么說鉻酸洗液若全部變?yōu)榘稻G色，表明洗液已失效？③根據(jù)已學(xué)習(xí)過的P區(qū)元素的知識，從常見的化學(xué)試劑中選擇合適的洗液代用品，并說明理由。

教師分析總結(jié)：配制洗液時，將濃H2SO4與K2Cr2O7混合，有CrO3紅色針狀晶體析出。洗液實際上是利用CrO3的強氧化性及H2SO4的強酸性，當(dāng)洗液由棕紅色轉(zhuǎn)變?yōu)樽鼗虬稻G色時，表明大部分Cr(Ⅵ)已轉(zhuǎn)化為Cr(Ⅲ)，洗液基本失效。若全部變?yōu)榘稻G色，表明洗液已完全失效。由于鉻(Ⅵ)污染環(huán)境，是致癌物質(zhì)，因此目前已很少使用。作為該洗液的代用品，可選王水，其組成為V(濃硝酸):V(濃鹽酸)=1:3。

(3) 針對性和啟發(fā)性：這類案例必須與教學(xué)內(nèi)容一致，這也是正確分析案例的保證；通過分析案例啟發(fā)學(xué)生思維。

案例：FeSO4·7H2O為綠色晶體，俗稱綠礬。它是一種重要的亞鐵鹽，醫(yī)藥上作內(nèi)服藥劑治療缺鐵性貧血；在農(nóng)業(yè)上用作殺菌劑，可防治小麥等農(nóng)作物的病害；工業(yè)上用于制造藍色墨水以及防腐劑和媒染劑。人們常常發(fā)現(xiàn)久置的亞鐵鹽溶液中會有棕色的堿式鹽沉淀生成，因此通常使用時需新鮮配制；配制時需加適量的酸以及少量單質(zhì)鐵或其他抗氧化劑。

問題：① 使用一定濃度的亞鐵鹽溶液為什么需要新鮮配制？② 配制亞鐵鹽溶液時，為什么需加適量的酸以及少量單質(zhì)鐵或其他還原劑？它們起什么作用？可否用硝酸來配制亞鐵鹽溶液？③ FeSO4·7H2O以及其他的亞鐵鹽固體應(yīng)當(dāng)如何保存？

教師引導(dǎo)學(xué)生討論、分析所提出的每一個問題，最后總結(jié)歸納亞鐵及其鹽的重要性質(zhì)。

(4) 趣味性：可調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

案例：金紅石型納米二氧化鈦是一種熱穩(wěn)定性優(yōu)良的抗菌納米復(fù)合環(huán)保涂料，具有抗菌效果好、功效長、廣譜抗(殺)菌、對人體及動物無毒性等優(yōu)點。實驗表明，這種涂料通過接觸作用對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌24小時的殺滅率達到90%以上。因此常被用作醫(yī)院門診、病房的室內(nèi)墻面涂料，起抗菌和降低污染的作用。它的制備方法有多種，常用的方法為：

以TiCl4、鹽酸為原料，在冰水浴冷卻下將TiCl4緩慢滴入蒸餾水中，連續(xù)攪拌，配成一定濃度的水溶液為儲備液，與鹽酸、蒸餾水按一定比例配制混勻后升溫、攪拌，在一定溫度下保溫數(shù)小時，將所得水解產(chǎn)物過濾、洗滌直至濾液呈中性(即無Cl-)，經(jīng)加熱干燥即可制得TiO2粉體。在制備過程中，鹽酸的加入量對沉淀產(chǎn)物形成金紅石型TiO2有重要影響。

問題：① 你可否寫出該制備過程的主要反應(yīng)式？② 制備過程中，如何檢驗濾液呈中性無Cl-離子？③ 為何加入鹽酸的量對形成金紅石型TiO2有重要影響？

分析總結(jié)：該制備方法主要是利用TiCl4的易水解性，其反應(yīng)式可見教材中相應(yīng)章節(jié)的內(nèi)容。濾液中有無Cl-，可加入AgNO3溶液檢驗有無白色沉淀即可。實驗證明，不加鹽酸時，所得水解產(chǎn)物呈膠體沉淀狀態(tài)，無法用普通過濾方法截留沉淀物；例如1L的反應(yīng)液，當(dāng)加入10mL鹽酸時，產(chǎn)率為52%，加入量為20mL時，產(chǎn)率為94%。但鹽酸的量繼續(xù)增加，則TiO2的收率反而降低。原因是鹽酸(HCl)是TiCl4水解反應(yīng)中的生成物，根據(jù)化學(xué)平衡原理可知其在體系中含量過高，會抑制水解反應(yīng)進行，使產(chǎn)率降低。

(5) 實踐性：與學(xué)生的實踐需求相吻合，對學(xué)習(xí)有指導(dǎo)意義。

案例： 臨床上常用KMnO4作為消毒防腐劑。例如，0.02%～0.05%的KMnO4溶液常用于沖洗黏膜、腔道和傷口，0.1%的KMnO4溶液可用于有機磷中毒時洗胃等。在日常生活中，一定濃度的KMnO4溶液可用于飲食用具、器皿、蔬菜、水果等消毒；在醫(yī)藥化工中，可用于生產(chǎn)維生素C、糊精等；在輕化工業(yè)中用作纖維、油脂的漂白和脫色，具有廣泛的用途。

問題：① 臨床上使用KMnO4作消毒劑和防腐劑，實際上是利用它的什么性質(zhì)？② 上述高錳酸鉀溶液，是酸性溶液還是堿性溶液？③ 應(yīng)如何保存KMnO4？

如此通過具有知識性、典型性、針對性、啟發(fā)性、趣味性和實踐性的案例內(nèi)容，對知識點進行講授，可彌補傳統(tǒng)方法的局限，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動性和創(chuàng)造性。

3 課程教學(xué)效果

案例教學(xué)改變了過去那種以教師講授為主的教學(xué)方法，取而代之的是以各種案例作為相關(guān)化學(xué)理論的載體，給原理的講解提供一個切入點，使教理和教例一體化，具體與抽象相結(jié)合，實現(xiàn)理論與實踐的統(tǒng)一。這更有利于學(xué)生對知識點的掌握及能力的培養(yǎng)。據(jù)初步統(tǒng)計，開展無機化學(xué)案例教學(xué)后，無論是學(xué)生平時的學(xué)習(xí)情況，還是考試成績或?qū)W校教務(wù)處教學(xué)質(zhì)量檢查，都表明該課程取得了令人滿意的教學(xué)效果。

在學(xué)期結(jié)束時，我們就案例教學(xué)的有關(guān)問題，進行了一次無記名問卷調(diào)查。有效調(diào)查人數(shù)為127。結(jié)果如下：95% (121人)的學(xué)生認為案例教學(xué)在剛開始時要花相當(dāng)多的時間預(yù)習(xí)，有一定的難度，但大約在第三章教學(xué)后就適應(yīng)了。80%(102人)的學(xué)生認為案例教學(xué)能促進對無機化學(xué)知識特別是相關(guān)原理的理解和記憶。調(diào)查還顯示，案例教學(xué)有助于對學(xué)生自學(xué)能力、學(xué)習(xí)興趣、分析問題、思維方法和化學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)。

[1] 王榮浩.衛(wèi)生職業(yè)教育,2006,24(4):97

[2] 秦川,榮國斌.化工高等教育,2006(2):84

[3] 蔣福華.中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊,2009,19:72

[4] 李菁.醫(yī)學(xué)教育探索,2007,6(6):508