趙春玲,周開梅,胡愛紅,魏 鵬

（湖北工業(yè)大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院，湖北 武漢 430068）

分析化學(xué)實驗課是化學(xué)類相關(guān)專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程,它在培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、動手能力、創(chuàng)新能力以及分析解決問題的能力等方面具有重要作用[1-3]。但是,目前分析化學(xué)實驗課程還存在一些問題,如學(xué)生高中化學(xué)實驗基礎(chǔ)薄弱；部分學(xué)生被動照搬實驗步驟；考核結(jié)束后知識點的遺忘率高等等。特別引起我們注意的是,學(xué)生在后期參與科研活動獨立完成定量測定任務(wù)時,分析化學(xué)實驗技能運用的往往不夠熟練。

當(dāng)前,在新工科建設(shè)及工程教育認(rèn)證的大趨勢下,如何提升學(xué)生的工程實踐能力已成為高校亟待解決的問題[4-6]。因此,為了適應(yīng)當(dāng)前人才培養(yǎng)的需要,突出對學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng),亟需改進(jìn)分析化學(xué)實驗課程的教學(xué)方法。比較法應(yīng)用范圍廣,是一種重要的研究方法[7-8],適合分析化學(xué)實驗課程細(xì)節(jié)繁多、要求嚴(yán)格的特點。因此,本文結(jié)合教學(xué)和指導(dǎo)學(xué)生參與科研活動的經(jīng)驗,將比較法應(yīng)用于分析化學(xué)實驗課的教學(xué)設(shè)計,旨在實現(xiàn)高效課堂,培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程實踐能力。

1 稱量操作的比較法教學(xué)設(shè)計

稱量是分析化學(xué)實驗中重要的基礎(chǔ)操作之一。由于 “分析天平的稱量練習(xí)”是驗證性實驗,容易讓學(xué)生感到在照搬實驗步驟。而實際工作需要操作者根據(jù)不同稱量對象和要求做出正確的選擇。因此,面對缺乏工程實踐經(jīng)驗的學(xué)生這一學(xué)習(xí)主體,以往經(jīng)典的教學(xué)方法不能完全滿足培養(yǎng)工程類人才能力的要求,需要不斷創(chuàng)新傳統(tǒng)的授課方式。

目前實驗室常用的天平是電子分析天平和托盤天平(或普通電子天平）。教師在設(shè)計教學(xué)過程的時候,既要考慮學(xué)生是零起點且高中化學(xué)基礎(chǔ)差異較大,又要考慮讓他們對 “稱量”有一個總體認(rèn)識。這樣才有利于學(xué)生在將來的實際工作中學(xué)會獨立思考、辨析問題本質(zhì)并獨立解決問題的能力。因此,教師講授的不僅是某個操作單元的要點,而是要使學(xué)生能夠建立整體觀、課堂更加高效。改進(jìn)后的具體措施如下。

(1）比較不同種類天平的稱量對象。首先教師展示電子分析天平、托盤天平(或普通電子天平）,強(qiáng)調(diào)在實際工作中,應(yīng)根據(jù)不同稱量要求選擇不同的天平。稱量對象可選擇氫氧化鈉、鄰苯二甲酸氫鉀以及實際試樣如茶葉、Vc藥片、石灰石及水泥熟料等粉末物質(zhì)。教師以直觀的樣品進(jìn)行比較演示,很自然地引出為什么會有 “粗稱”和 “準(zhǔn)確稱取”。而對于茶葉粉末等實際試樣,則可以根據(jù)是否要求定量測定以及文獻(xiàn)資料中是否有 “準(zhǔn)確稱取”的要求等進(jìn)行判斷。同時,也要強(qiáng)調(diào)各種天平共同需要注意的是都不能超出最大稱量,以保護(hù)儀器設(shè)備、培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任感。

(2）比較分析天平的兩種主要稱量方法:固定質(zhì)量稱樣法和差減稱樣法。因為托盤天平的操作相對比較簡單,教師重點講解分析天平的相關(guān)稱量方法。大多數(shù)學(xué)生在高中階段接觸的是托盤天平,相比稱量瓶更習(xí)慣使用藥匙,可能就會出現(xiàn)一些不規(guī)范操作。所以需要引入新的教學(xué)設(shè)計,引導(dǎo)學(xué)生積極主動思考。演示對比兩種稱量方法在操作上非常特征的區(qū)別:前者采用藥匙,后者采用稱量瓶。固定質(zhì)量稱樣法的特點是:接收器皿如表面皿要參加稱量,必須是潔凈且干燥的；稱量的對象不易吸潮、在空氣中性質(zhì)相對穩(wěn)定。差減稱樣法的特點是:接收容器如錐形瓶、燒杯不參加稱量；稱量瓶應(yīng)在干燥器內(nèi)保存；稱量的對象是易吸水、易與空氣反應(yīng)、易氧化的試樣。應(yīng)注意到固定質(zhì)量稱樣法(如采用表面皿）要進(jìn)行試樣的二次轉(zhuǎn)移,從這個角度上說差減稱樣法在應(yīng)用時更有優(yōu)勢。需要說明的是,差減稱樣法練習(xí)中要求采用潔凈且干燥的小燒杯作為接收容器,其主要目的是為了檢驗操作的準(zhǔn)確度,而在實際工作中,因為定量測定任務(wù)一般都較繁重,錐形瓶或燒杯洗凈后只要外壁干燥沒有水分,就可以做接收試樣的容器。

因此,結(jié)合實際工作的真實情況進(jìn)行演示講解,有利于學(xué)生建立自主解決問題的信心,更有利于學(xué)生能根據(jù)實際工作的要求正確地選擇設(shè)備和方法,而不是簡單地照搬實驗步驟。

2 溶液配制方法的比較法教學(xué)設(shè)計

配制溶液是實用性非常強(qiáng)的重要操作。實驗課前對部分新生的調(diào)查結(jié)果顯示:配制一瓶濃度大致為0.2 mol·L-1氫氧化鈉溶液時,有人錯誤地選擇了容量瓶,原因是他們認(rèn)為越精確的玻璃儀器越好。高中學(xué)對氫氧化鈉會腐蝕玻璃的性質(zhì)非常熟悉,但面對真實的配制過程,卻忽略了這一點。事實上,氫氧化鈉即使沒有腐蝕性,它的純度也決定了不需要用容量瓶配制,否則在實際工作中就是增加了不必要的步驟。書本知識較熟練但未與實踐相聯(lián)系的情況是比較常見的。因此,設(shè)計了兩種配制溶液方法的比較法教學(xué)過程,即粗配溶液以及準(zhǔn)確配制溶液的過程。

教師首先演示比較試劑瓶和容量瓶的精度,強(qiáng)調(diào)試劑瓶是容器而容量瓶是量器。盡管有的試劑瓶帶有刻度,粗配時先在小燒杯內(nèi)溶解,然后轉(zhuǎn)移至試劑瓶用水稀釋到刻度,但是這個體積是粗略的,不能因此誤認(rèn)為試劑瓶是量器,相比之下容量瓶才能真正起到 “定容”的作用。當(dāng)然也要認(rèn)識到容量瓶的這種定容作用是 “瞬時”完成的,此時的濃度已確定,即使不腐蝕玻璃也沒必要儲存溶液。

兩種不同的溶液配制方法各具特點,理論基礎(chǔ)卻是同一個公式,即c(物質(zhì)的量濃度）=n(物質(zhì)的量）/V(溶液的體積）。試樣即溶質(zhì)如果純度達(dá)不到喲求,就意味著n是不確定的,所以在確定體積這一步過于追求精度的意義不大。對于基準(zhǔn)試劑來說一定的質(zhì)量就意味著n是確定的,所以對體積才有更高的要求,即要求在操作上采取 “定容”這一關(guān)鍵步驟。

另外,學(xué)生參加實際工作時對易水解鹽類的配制不熟練,表面原因是文獻(xiàn)資料上沒有寫明需要采取預(yù)先加酸等措施,實質(zhì)是理論知識和實驗操作脫節(jié)造成的。教師可以演示溶質(zhì)水解和正常配制的現(xiàn)象加以比較。因此,配制溶液時應(yīng)關(guān)注溶質(zhì)的性質(zhì)和容器的特點,才能順利完成任務(wù),也就落實了將工程實踐能力的培養(yǎng)融入到教學(xué)中。

3 分光光度法實驗的比較教學(xué)法設(shè)計

分光光度法的經(jīng)典實驗是 “鄰二氮雜菲分光光度法測定鐵”,由于學(xué)時限制,一次課上學(xué)生反復(fù)演練的時間短。跟蹤學(xué)生在后期其他課程實驗、各類科研活動中的實際表現(xiàn),尤其是當(dāng)儀器更換型號之后,學(xué)生自主應(yīng)用分光光度計的熟練程度還有所不足。學(xué)生通過理論課學(xué)習(xí)了朗伯-比爾定律,但還不能將自己對公式的認(rèn)知和現(xiàn)實應(yīng)用的場景相聯(lián)系。新的比較法教學(xué)設(shè)計重點就是要引導(dǎo)學(xué)生如何快速把抽象符號轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實操作。

首先,比較光強(qiáng)I、透光率T與吸光度A。教師要講解清楚分光光度計實質(zhì)直接測量的是光強(qiáng),儀器進(jìn)一步計算出透光率和吸光度。又因為在檢流計標(biāo)尺上,透光率的刻度才是均勻的,所以分光光度計在操作上的本質(zhì)是 “測I調(diào)T讀A”。然后再回歸教材講解如何調(diào)T=0以及調(diào)T=100%。因此,通過比較三個物理量,抓住了實驗的理論知識點和操作要點。即使離開了書本和熟悉的儀器,也能夠做到心中有數(shù),提高應(yīng)變能力。

進(jìn)一步地,吸收曲線和標(biāo)準(zhǔn)曲線它們在操作上有共同點:反復(fù)進(jìn)行 “調(diào)T讀A”。不同點是所需標(biāo)準(zhǔn)溶液的個數(shù):前者1個,后者5個以上且具有濃度梯度；前者需要換波長,后者固定在某一波長處。同時,針對有少量學(xué)生會將比色皿的透光面和毛玻璃面放反的問題。教師同時演示兩只比色皿透光面和毛玻璃面造成的實驗后果,比起以往只演示一只比色皿更為直觀有效。

拓展比較:演示比較玻璃和石英(注:紫外實驗才用到）兩種材質(zhì)的比色皿。既可以避免應(yīng)用時出錯,也有利于培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力和工程實踐能力。

4 結(jié) 語

綜上所述,將比較法教學(xué)設(shè)計應(yīng)用于分析化學(xué)實驗教學(xué),具有以下幾個方面的優(yōu)點。

(1）新的比較法教學(xué)設(shè)計從實際工作角度出發(fā),以理論知識、具體操作和現(xiàn)實場景的有機(jī)融合為原則,盡量實現(xiàn)化繁為簡,有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)他們積極主動思考的能力。

(2）新的教學(xué)設(shè)計貼合初學(xué)者這一學(xué)習(xí)主體的認(rèn)知水平和特點,有利于幫助學(xué)生建立自主學(xué)習(xí)的信心。

(3）實驗過程中學(xué)生的大部分注意力都在具體步驟上,容易忽視實驗原理。比較法教學(xué)可以有效地改善這一情況,能讓學(xué)生更深刻地感悟到,看似簡單枯燥的公式原理卻具有指導(dǎo)實際操作的重要作用,從而訓(xùn)練他們敢于并善于去應(yīng)用所學(xué)知識的能力。

(4）新的比較法教學(xué)能更好地引導(dǎo)學(xué)生建立全局觀、大局觀和整體觀,防止片面看待問題。

和專業(yè)課程不同,基礎(chǔ)化學(xué)實驗課程難以展開具體工程案例,但是分析化學(xué)實驗課應(yīng)用性很強(qiáng),與生產(chǎn)實際的聯(lián)系非常緊密。因此,教師應(yīng)重視這一特點,利用好實踐教學(xué)環(huán)節(jié)逐步培養(yǎng)學(xué)生的工程思維,最終讓學(xué)生感受到 “學(xué)能所用”?？傊?新的教學(xué)方法可以強(qiáng)化對學(xué)生的工程思維和工程實踐能力的培養(yǎng)。