摘要：基于化學(xué)師范專業(yè)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的培養(yǎng)目標(biāo)，選擇30%雙氧水中過氧化氫含量的測定實(shí)驗(yàn)開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐。學(xué)生通過自主完成查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、討論方案的可行性、分組實(shí)驗(yàn)、提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、展示實(shí)驗(yàn)成果等過程，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的思路，應(yīng)用知識(shí)的靈活性，考慮問題的全面性，完成實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，從而激發(fā)學(xué)生探索研究的精神，提高學(xué)生的語言表達(dá)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析解決問題的能力以及創(chuàng)新能力，為分析化學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供新思路。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革與實(shí)踐；能力培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

《分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)》是化學(xué)師范專業(yè)的一門重要必修基礎(chǔ)課程，內(nèi)容包括分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)，基本儀器、基本操作技術(shù)和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)等。但國內(nèi)教材在培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、自主探究和解決問題的綜合能力和創(chuàng)新能力等方面往往有所欠缺。近年以來，各高校針對(duì)上述問題，積極自主開發(fā)設(shè)計(jì)型、綜合型實(shí)驗(yàn)[1-3]，提高學(xué)生的探索創(chuàng)新能力，展開了很多有益的探索，取得了優(yōu)異的效果。本文結(jié)合學(xué)生學(xué)情和課程培養(yǎng)目標(biāo)，以教材中的實(shí)驗(yàn)“30%雙氧水中過氧化氫含量的測定”為例，將教材中應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)開發(fā)為設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，嘗試開展教學(xué)改革，為設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的開發(fā)和教學(xué)實(shí)踐提供參考。

1學(xué)情分析

授課對(duì)象是大學(xué)本科二年級(jí)化學(xué)師范生，已經(jīng)修完《分析化學(xué)》和《無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程，具有系統(tǒng)的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)，掌握了分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作技能，能根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇實(shí)驗(yàn)儀器和試劑，養(yǎng)成了及時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的習(xí)慣，學(xué)會(huì)了處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，具有了一定的自主學(xué)習(xí)能力和信息獲取能力。但由于教學(xué)內(nèi)容局限于教材，缺乏挑戰(zhàn)性，導(dǎo)致學(xué)生預(yù)習(xí)時(shí)過度依賴教材和教師課件，實(shí)驗(yàn)過程機(jī)械地按照教材的實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)，主動(dòng)思考、發(fā)現(xiàn)問題的意識(shí)較差，分析問題不到位，運(yùn)理論知識(shí)解決問題的能力薄弱，缺乏質(zhì)疑和創(chuàng)新精神。

基于上述學(xué)情，也遵循由易到難的原則，我們選擇一個(gè)教材中的應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“30%雙氧水中過氧化氫含量的測定”，該實(shí)驗(yàn)存在多種基于不同原理的文獻(xiàn)方法[4-6]，適合于開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。本文基于這一實(shí)驗(yàn)開展教學(xué)改革，將其升級(jí)成為了一個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

2實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施

2.1學(xué)習(xí)目標(biāo)

學(xué)習(xí)目標(biāo)的確定是實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與實(shí)施的重要依據(jù)。因此，根據(jù)“學(xué)生中心，產(chǎn)出導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)”基本理念，貫徹課程思政目標(biāo)，結(jié)合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，確立了本實(shí)驗(yàn)的“能根據(jù)過氧化氫的性質(zhì)，結(jié)合參考文獻(xiàn)，運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)設(shè)計(jì)2種方法測定過氧化氫含量；”等6個(gè)學(xué)習(xí)目標(biāo)。同時(shí)制訂了“具有良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣以及實(shí)驗(yàn)安全意識(shí)；”等6個(gè)素質(zhì)能力要求。

2.2任務(wù)要求

實(shí)驗(yàn)以30%過氧化氫為試樣，要求學(xué)生設(shè)計(jì)兩種方案測定過氧化氫含量，并對(duì)方案的可行性進(jìn)行分析，撰寫的預(yù)習(xí)報(bào)告內(nèi)容包括：①根據(jù)過氧化氫的性質(zhì)，參考《國家標(biāo)準(zhǔn)GB5009.226—2016食品中過氧化氫殘留量的測定》和期刊文獻(xiàn)，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)選擇兩種實(shí)驗(yàn)方法測定過氧化氫含量，實(shí)驗(yàn)方法的選擇原則：安全、環(huán)保、簡便和節(jié)約；②寫出每種方法測定的原理，包括滴定反應(yīng)式、滴定劑濃度、被滴試液濃度和取樣量、滴定反應(yīng)條件的探究、指示劑濃度和用量、分析結(jié)果的計(jì)算公式；③寫出標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定原理，包括標(biāo)定反應(yīng)式、標(biāo)3vNM+Cxbi9fxkIBGUlm6Iw==定反應(yīng)條件、標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的計(jì)算公式、基準(zhǔn)試劑用量計(jì)算、提高稱量準(zhǔn)確度的措施；④寫出所需儀器和試劑的種類和規(guī)格；⑤寫出所需配制的樣品溶液、標(biāo)準(zhǔn)溶液、指示劑、各種不同濃度的試劑溶液；⑥寫出標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定、過氧化氫含量測定的兩種實(shí)驗(yàn)方法的詳細(xì)操作步驟及其相應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件探究方法；⑦根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格和注意事項(xiàng)。

2.3教學(xué)模式

以往的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)主要采用講授法，這種以教師為中心、以課堂為中心、以課本為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式，束縛了學(xué)生的主觀能動(dòng)性和思考問題的能力，不利于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。根據(jù)師范專業(yè)人才培養(yǎng)的基本理念“學(xué)生中心，產(chǎn)出導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)”，近年實(shí)驗(yàn)課程團(tuán)隊(duì)改革了教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變了講授的內(nèi)容和方法，充分利用現(xiàn)代教育信息技術(shù)輔助教學(xué)，采用翻轉(zhuǎn)課堂的模式，課前在學(xué)校教務(wù)系統(tǒng)的雨課堂平臺(tái)發(fā)布任務(wù)、要求、資源搜索、探究方法等；課堂上由學(xué)生自主設(shè)計(jì)板書，分工協(xié)作講解實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的各個(gè)流程，教師點(diǎn)評(píng)提問，引導(dǎo)學(xué)生討論方案的可行性，發(fā)現(xiàn)問題，修改確定設(shè)計(jì)方案。學(xué)生課前根據(jù)雨課堂發(fā)布的實(shí)驗(yàn)任務(wù)、要求，進(jìn)行線下自主或小組協(xié)作學(xué)習(xí)，撰寫預(yù)習(xí)報(bào)告，并將預(yù)習(xí)中不懂的內(nèi)容通過雨課堂平臺(tái)提出問題、討論解惑；課上分工協(xié)作完成溶液的配制、標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目探究、樣品溶液測定；課后小組協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，自主完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫，線上分享成果并進(jìn)行交流討論。這種教學(xué)模式營造了良好的學(xué)習(xí)氛圍，激發(fā)了學(xué)生的積極性，讓學(xué)生成為了課堂的主體，鍛煉了學(xué)生的講課能力，活躍了學(xué)生的思維，課堂互動(dòng)效果好，促進(jìn)了學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)的發(fā)展。

2.4設(shè)計(jì)方案的可行性分析

實(shí)際工作中遇到的問題各種各樣。如何設(shè)計(jì)方案、如何分析討論所設(shè)計(jì)的方案是否可行是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。方案的設(shè)計(jì)對(duì)定量分析化學(xué)而言：第一步是測定方法的選擇。通過提問“如何選擇測定方法？”，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)測定對(duì)象的性質(zhì)、含量、準(zhǔn)確度要求，繪制思維導(dǎo)圖，如圖1。根據(jù)思維導(dǎo)圖討論哪個(gè)方法選擇性好、準(zhǔn)確度高，且遵循“安全、環(huán)保、簡便和節(jié)約”的原則，從而教會(huì)學(xué)生選擇測定方法的思路；第二步是弄清楚測定方法的原理，然后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、分析討論方案的可行性，教學(xué)重點(diǎn)是讓學(xué)生明白“能準(zhǔn)確測出過氧化氫含量的方案，才是可行的”。引導(dǎo)學(xué)生思考“設(shè)計(jì)的測定方案中影響測定準(zhǔn)確度的因素是什么？一般采用什么方法探究和控制影響因素？”。例如高錳酸鉀法測定過氧化氫含量的原理：2MnO4－＋5H2O2＋6H＋=2Mn2＋+10O2↑＋8H2O。從測定原理討論，學(xué)生很快得出結(jié)論：反應(yīng)的酸度、溫度、滴定速度影響測定的準(zhǔn)確度，特別是反應(yīng)的酸度嚴(yán)重影響測定的準(zhǔn)確度，需要采用單因素變量法進(jìn)行探究和控制。進(jìn)一步地使學(xué)生明白方案的可行性還涉及“如何確定標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度、被滴定的試液濃度和取樣量”？引導(dǎo)學(xué)生提出假設(shè)“如果高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度0.02mol.L-1，被滴定的試液取樣量20.00mL”，那么通過反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系得出被滴定的過氧化氫試液的濃度為0.05mol.L-1；最后讓學(xué)生思考并解決“用市售30%H2O2溶液（1.1g.mL-1）如何配制250mL0.05mol.L-1H2O2試液？”。通過問題導(dǎo)向，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維方法，提高了學(xué)生靈活運(yùn)用理論知識(shí)分析解決問題的能力。

2.5設(shè)計(jì)方案的實(shí)施

經(jīng)過課堂的講解、問題討論，學(xué)生按學(xué)號(hào)以5人一組，協(xié)作修改與完善設(shè)計(jì)方案，再經(jīng)教師審核，確定最終實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生通過組內(nèi)交流，組長分配任務(wù)，分工合作完成溶液的配制、標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定、設(shè)計(jì)方案預(yù)實(shí)驗(yàn)和探究實(shí)驗(yàn)、樣品溶液測定。實(shí)驗(yàn)過程中，教師強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，規(guī)范學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題，分析解決問題。例如間接碘量法測定過氧化氫含量的原理：

2I-＋H2O2＋2H＋=I2+H2O（1）

I2＋2S2O32-=2I-+S4O62-（2）

反應(yīng)（1）是個(gè)慢反應(yīng)，需要探究反應(yīng)酸度、KI濃度和用量、反應(yīng)時(shí)間的影響，滴定反應(yīng)（2）需要將酸度控制在中性弱酸性。有些小組的設(shè)計(jì)方案參考文獻(xiàn)[7]，在反應(yīng)（1）完成后探究加不同量NaHCO3、NaOH固體調(diào)節(jié)反應(yīng)（2）溶液的pH值1～5。實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)，加碳酸鈉或氫氧化鈉后，溶液立即由棕紅色變?yōu)闇\黃色或無色，滴定過程消耗的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液很少，與理論預(yù)測結(jié)果相差很大，學(xué)生感到非常困惑。此時(shí)教師可將學(xué)生集中在一起，問學(xué)生棕紅色的溶液是什么？討論得出該溶液是反應(yīng)（1）的產(chǎn)物I3-；然后啟發(fā)學(xué)生“加碳酸鈉或氫氧化鈉固體后溶液立即由棕紅色變?yōu)闇\黃色或無色，是否說明碘減少了，溶液中的碘發(fā)生了反應(yīng)？”這樣學(xué)生很快會(huì)想到碘的性質(zhì)之一“碘在堿性溶液中會(huì)發(fā)生歧化反應(yīng)”。分析了產(chǎn)生問題的原因。

學(xué)生嘗試探究采用NaHCO3、NaOH稀溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)（2）溶液的pH值，探究發(fā)現(xiàn)測定結(jié)果還是嚴(yán)重偏低，說明不能用NaHCO3、NaOH稀溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)（2）溶液的pH值。怎么辦？有學(xué)生很快想到硫代硫酸鈉溶液的標(biāo)定方法和《國家標(biāo)準(zhǔn)GB5009.226—2016食品中過氧化氫殘留量的測定》方法中都是通過加100mL水降低反應(yīng)（2）的酸度，于是將設(shè)計(jì)方案修改為：探究加入不同體積的純凈水調(diào)節(jié)反應(yīng)（2）的酸度對(duì)測定結(jié)果的影響?？梢?，設(shè)計(jì)方案的實(shí)施過程，使學(xué)生更深體會(huì)到團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與求知欲望，培養(yǎng)了學(xué)生探索與質(zhì)疑的精神以及完成實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，提高了實(shí)踐創(chuàng)新能力。

2.6成果展示與討論

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)成果以實(shí)驗(yàn)報(bào)告和PPT的形式表示。實(shí)驗(yàn)報(bào)告是對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)記錄、概括和總結(jié)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生通過小組協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫，增強(qiáng)了處理數(shù)據(jù)、歸納總結(jié)和反思的能力，提高了觀察、分析和解決問題的能力；通過小組協(xié)作制作“實(shí)驗(yàn)成果PPT”發(fā)布線上，進(jìn)行組間交流，提問評(píng)價(jià)和討論，充分利用了線上學(xué)習(xí)平臺(tái)，激發(fā)了學(xué)生參與線上評(píng)價(jià)討論的熱情，促進(jìn)了相互交流、相互學(xué)習(xí)借鑒，鍛煉了學(xué)生的語言表達(dá)能力，提高了創(chuàng)新思維能力，培養(yǎng)了學(xué)生設(shè)計(jì)制作PPT的能力，培養(yǎng)了敬業(yè)、誠信、競爭、友善的優(yōu)良品德。

3教學(xué)效果分析

3.1充分體現(xiàn)“學(xué)生中心”理念，確保學(xué)生處于主體地位

由于本實(shí)驗(yàn)只給出了總體目標(biāo)，具體實(shí)驗(yàn)方案需要學(xué)生查閱文獻(xiàn)自行設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)過程中需要學(xué)生自行計(jì)算試劑用量，配制相關(guān)試劑，完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)完成后還要自行分析整理數(shù)據(jù)，形成報(bào)告，并互相討論驗(yàn)證數(shù)據(jù)的合理性，合作完成PPT成果展示，進(jìn)行線上提問評(píng)價(jià)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的自主性和參與度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，充分體現(xiàn)了“學(xué)生中心”的理念，學(xué)生擺脫了照書操作亦步亦趨的學(xué)習(xí)方式，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性有了顯著提高。

3.2全面鍛煉學(xué)生能力，提高了學(xué)生綜合素質(zhì)

學(xué)生查閱文獻(xiàn)的過程中使用了文獻(xiàn)檢索課程所學(xué)的各種文獻(xiàn)檢索方法，閱讀了一定數(shù)量的論文、國標(biāo)等文獻(xiàn)，鍛煉了文獻(xiàn)調(diào)研能力；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的時(shí)候充分運(yùn)用理論課所學(xué)的知識(shí)和文獻(xiàn)調(diào)研的結(jié)果，綜合考慮方案的合理性、可行性、經(jīng)濟(jì)性等要素，鍛煉了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力；在完成實(shí)驗(yàn)，探究并解決實(shí)驗(yàn)中遇到的種種問題時(shí)，鍛煉了學(xué)生認(rèn)真觀察、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、堅(jiān)韌不拔、積極創(chuàng)新的能力和意志品質(zhì)；在分析整理數(shù)據(jù)、形成報(bào)告的過程中，鍛煉了學(xué)生的學(xué)術(shù)寫作能力和數(shù)據(jù)分析能力；在成果展示和提問回答環(huán)節(jié)，鍛煉了學(xué)生的表達(dá)能力和質(zhì)疑精神；在小組合作以及向老師請(qǐng)教的過程中，鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作和溝通交流能力。較之傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)鍛煉學(xué)生能力的廣度和深度都有明顯提升。

3.3積極推進(jìn)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)反思，提高了學(xué)生對(duì)課程的滿意度

本課結(jié)束后對(duì)學(xué)生進(jìn)行了課程滿意度調(diào)查，學(xué)生對(duì)本課程的評(píng)價(jià)均為“非常滿意”和“滿意”級(jí)別，其中“非常滿意”高達(dá)85%以上，較之未改革前明顯提高。調(diào)查中學(xué)生反映：通過本課程學(xué)習(xí)，能使學(xué)生加深對(duì)分析化學(xué)基本知識(shí)和基本理論的理解，能培養(yǎng)學(xué)生正確熟練掌握分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作技能，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)；學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神、語言表達(dá)能力和創(chuàng)新能力都獲得了明顯提高，希望能有更多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)方式。

4總結(jié)

本文選擇30%雙氧水中過氧化氫含量的測定實(shí)驗(yàn)開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐。在實(shí)驗(yàn)查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、討論方案的可行性、分組實(shí)驗(yàn)、提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、展示實(shí)驗(yàn)成果等的全流程中充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，提高了學(xué)生的參與度，全面鍛煉了學(xué)生的文獻(xiàn)調(diào)研能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力、意志品質(zhì)、學(xué)術(shù)寫作能力、數(shù)據(jù)分析能力、表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)合作和溝通交流能力等，鍛煉學(xué)生能力的廣度和深度都有明顯提升，獲得了學(xué)生的廣泛好評(píng)。也為分析化學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供新思路。

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基金項(xiàng)目：廣東省分析化學(xué)一流課程項(xiàng)目（粵教高函[2022]10號(hào)）；肇慶學(xué)院實(shí)踐教學(xué)改革研究項(xiàng)目（sjjx202014）

作者簡介：韋壽蓮（1965—），女，漢族，廣西貴港人，碩士，教授，研究方向?yàn)榉治龌瘜W(xué)與分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

通訊作者：姚夙。