分析化學教學中知識點的樹結構設計

王園朝

(杭州師范大學材料與化學化工學院 浙江杭州310036)

分析化學教學中知識點的樹結構設計

王園朝

(杭州師范大學材料與化學化工學院 浙江杭州310036)

依據中心教學法，通過對教材的深入分析和知識重組，設計和建立了分析化學中化學分析理論教學的知識點樹結構圖，該結構圖以誤差為主線，貫穿了教材整個內容的各個知識點。教學中著重于各知識點及其相互聯系和思維方式的介紹，課后輔助各章節知識點總結歸納，以便于學生對整體知識的理解、自我建構和學習方法的掌握。

隨著高校分析化學課程教學改革的不斷深入，經典化學分析課堂教學中知識的傳授、學生學習能力的培養和教學時數之間的矛盾日益明顯。一方面化學分析課時不斷縮減，教師課堂講授的時間極為有限;另一方面由于建立在四大平衡理論之上的化學分析原理及技術又是其他分析技術的基礎，教師要將最基本的原理和知識傳授給學生，同時還需注重培養學生的學習能力和靈活應用知識的能力。正如姚天揚［1］所指出的“本科教學不只是傳授基礎的和前沿的知識，更要傳授獲取知識的思想和方法，培養學生的創新意識和科學品質?！睘榻鉀Q這一矛盾，就必須在講授內容的選擇和教學方法、教學手段的運用上進行考慮。為此我們在教學方法上運用了中心教學法的原理。中心教學法的雛形產生于20世紀90年代初，強調著重抓主要矛盾(即“中心”)，以“中心”帶動“非中心”。首先確定教學內容中最重要、最關鍵并最能帶動整體的知識點為總中心，然后再確立圍繞總中心而展開的獨立的一級知識點即一級子中心，各一級子中心又可分解為若干二級子中心、三級子中心等，直至教材內容中的每個知識點，這樣就在各中心之間構成一種層次分明、緊密聯系的類似于樹干、樹枝及樹葉的樹結構。從理論上講，在教學內容和學生等條件一定時，只要中心選擇恰當，所有教學行為將可能成為“最佳”，教學效率也會大幅度提高。龍文清［2］曾報道將中心教學法應用于滴定分析和重量分析教學，收到較好的效果。

按照該原理，筆者認為“誤差”是貫穿化學分析整本教材始終的核心內容(即總中心)，也稱樹的主干;圍繞誤差這個總中心，各章節中相關誤差概念、理論和公式為二級子中心，即樹的分枝;以組成誤差理論或公式的要素或知識點構建樹的枝葉，形成一個知識點樹結構圖教學思路。實踐證明這種教學思路的設計不僅抓住了問題的主要矛盾，節省了大量的教學時間，而且便于學生理清知識點間的聯系和建構知識的框架，還利于學生對所學知識舉一反三，觸類旁通，以培養學生自主學習的能力。

1 化學分析教學中知識點樹結構圖設計

1.1 化學分析部分總體知識點樹結構圖

分析化學教材中經典化學分析法主體內容包括試樣的采集與制備、誤差和數據統計處理、滴定分析法和重量法4部分。這4部分內容都是圍繞誤差這個中心而編寫的?！霸嚇拥牟杉c制備”一章中試樣的采集理論和采樣誤差直接與誤差有關。“誤差和數據統計處理”章節主要從理論上介紹誤差概念、特點和計算。滴定分析部分包括四大平衡原理和滴定分析技術，教材處理上也是以誤差為主線，先介紹平衡常數，它是反映滴定反應是否完全，是否會產生方法誤差的重要參數，然后圍繞滴定終點確定和影響終點誤差因素展開討論，最后推出滴定誤差公式。教材中的重量法部分主要介紹沉淀法，沉淀法中兩個關鍵環節定量分離和準確稱量都是以避免和減小誤差為目的，內容包括沉淀形成過程、沉淀的玷污和沉淀條件的選擇。我們以武漢大學［3］和4所師范大學主編［4］的《分析化學》(化學分析部分)為藍本，設計了總體知識點樹結構圖(圖1)。

圖1 化學分析總體知識點的樹結構圖

1.2 各章節部分知識點樹結構圖

各章節也可按二級子中心設計各自的知識點樹結構圖。

“誤差和數據統計處理”一章內容主要介紹誤差的有關概念、來源、規律和特點、計算公式、分析數據的記錄和統計處理方法。按其知識點分布可設計如圖2的知識點樹結構圖。

圖2 誤差和數據統計處理章節知識點的樹結構圖

滴定法中四大滴定都可圍繞滴定誤差公式來設計知識點樹結構圖。知識點中的各內容都是誤差公式中相關參數的反映。如絡合滴定法部分知識點分布可設計如圖3的知識點樹結構圖。其他三大滴定法可依照圖3進行設計。

圖3 絡合滴定法章節知識點的樹結構圖

1.3 沉淀重量法部分知識點樹結構圖

教材中的重量分析法主要是介紹沉淀重量分析法，其教學內容的總中心仍是圍繞誤差展開的。沉淀重量法減小誤差、提高準確度的關鍵(即一級子中心)是定量分離和準確稱量。準確稱量主要與稱量工具和操作有關，不涉及沉淀具體內容。定量分離則與沉淀的形成、沉淀的污染、沉淀的溶解度和沉淀條件等相關，這些因素組成了該章的二級子中心(圖4)。

圖4 沉淀重量法分析部分知識點樹結構圖

2 教學實踐

2.1 數據處理部分教學

樣品分析的最終結果是以數據的形式表示出來的，數據記錄和數據處理方法是否正確將直接影響分析結果誤差的大小?！罢`差和分析數據的處理”一章主要是通過了解誤差和正確地估算誤差以求盡量減小誤差。涉及到的知識點有誤差、偏差、置信度與置信區間、數據取舍和有效數字及其相關計算公式等。為加強學生對有關誤差概念、計算公式的理解和掌握，完成講授后要求學生對系統誤差、偶然誤差的來源、規律特點和減免方法以及相關計算公式等知識點進行比較和歸納。

2.2 滴定分析部分教學

滴定分析部分包括四大平衡理論和四大滴定方法，這部分的每一章節都是圍繞滴定誤差公式展開的，在教材的處理上有較大的共性。講授時可詳細地講解某一滴定的原理和方法，而對其他三大滴定法可粗講或讓學生自學。在講授某一章節時可先展示該章的知識點樹結構圖，以便讓學生有一個大的知識框架，建立和理解各知識點間的關系，形成學習思路。如在講授絡合滴定法時，先給出誤差公式，介紹影響誤差大小的參數和ΔpM等，通過可引出平衡常數、副反應系數的概念和公式，通過ΔpM可引出滴定曲線、突躍范圍、指示劑、化學計量點和滴定終點等相關概念和公式，最后可推導出林邦誤差公式。在講授沉淀滴定法時，為保證知識的完整性，可將教材中重量法的溶解度計算內容提前到該章講授，并補充沉淀滴定誤差公式。這種教學方法便于學生在建構知識體系時，有一個明晰的思路和線索，也便于學生對知識點的理解和掌握，同時還可起到舉一反三的作用。教師在教學中應特別注重各知識點共性和個性的討論及整體內容的融會貫通，中心教學法在這方面有明顯的優勢。在完成絡合滴定法講授后，為鞏固學生對知識的掌握，可設計類似表1的表格，讓學生課后進行歸納總結。

表1 絡合滴定中有關概念和公式

總之，中心教學法同其他教學方法一樣，僅有一個好的教學思路是不夠的。教學過程應該是教與學的有機結合，形成互動，才能達到最佳教學效果。如在滴定法教學中，教師可根據實際情況，在著重講授某一兩種滴定分析法后，讓學生依據同樣的思路自己設計其他滴定方法的知識點樹結構圖，學生通過設計結構圖可達到理解知識點和建構知識體系的目的。

知識點樹結構中心教學法的目的是通過引導學生分析教材，抓住主要矛盾即主中心，建立主中心與各子中心(知識點)間的關系，實現知識體系的自我構建。中心教學法還可與其他教學法，如討論式教學法、案例式教學法等結合起來，以獲得更好的教學效果。

［1］ 姚天揚.大學化學，2005，20(6):11

［2］ 龍文清.大學化學，2003，18(3):31

［3］ 武漢大學.分析化學.第4版.北京:高等教育出版社，2002

［4］ 華中師范大學，東北師范大學，陜西師范大學，等.分析化學.第3版.北京:高等教育出版社，2002