“分光光度法測定鐵含量”教學實驗的思考與改進

蔣德敏，方榮美，陳書鴻，陳 星，黃美英，梁克中，黃 萍，劉瑀焓

(重慶三峽學院環境與化學工程學院，重慶 萬州 404100)

“分光光度法測定鐵含量”教學實驗的思考與改進

蔣德敏*，方榮美，陳書鴻，陳 星，黃美英，梁克中，黃 萍，劉瑀焓

(重慶三峽學院環境與化學工程學院，重慶 萬州 404100)

從提高學生操作實踐動手能力為出發點，對"鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量"的教學實驗進行了深入討論，分析該實驗在教學過程中存在的問題。針對各方面問題所在，并結合我校實驗教學條件，對該實驗的教學方法進行了改進和教學內容作了適當補充。以培養大學生探索、研究、分析和解決問題的綜合能力為目標，在教學過程中應當引入具有探討性的問題，并引導學生分析問題和協助學生解決問題。

分光光度法；鐵；教學實驗；改進

鐵元素含量豐富，很多樣品中都含有鐵，有關鐵含量的檢查分析方法有多種，常見方法有原子吸收法[1]、可見光分光光度法[2-3]等，原子吸收法具有準確度高、操作簡單的優勢，但是樣品前處理復查，儀器運行維護成本較高。可見光分光光度法具有操作簡單，運行成本低的優勢，適合作為本科教學實驗。同時，有關分光度法測定鐵含量的研究報道較多，在文獻報到中有采用正交法設計實驗測定鐵含量[4]，但是這些方法操作復雜，不適合本科教學實驗。很多教材都有鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量的實驗，“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”的教學實驗比較經典和完善，在教學實踐中已經使用多年，但是該實驗在教學過程中也存在一些問題需要改進和完善。在有關“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”實驗的改進和完善的報道中，大多都是從科學研究的角度所作的改進[5-6]，對“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”實驗教學過程的改進與思考報道少見。筆者結合自身教學經驗，對該實驗在本科教學過程中存在的問題作了簡要的分析和探討。本著以學生為中心，從培養學生研究問題、分析問題和解決問題的能力為出發點，對“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”實驗的教學方法作了適當的調整，將傳統經典的驗證型教學實驗整合成探索研究型綜合實驗。

1 傳統教學方法

1.1 傳統教學

“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”是分析化學實驗中的一個基礎實驗，其教學目的是使學生掌握該方法測定鐵的原理及方法，學習如何選擇吸光光度分析的實驗條件及了解721 型或722 型分光光度計的構造和使用方法。對于這一類經典型的教學實驗，在傳統的實驗教學過程中，實驗指導教師將實驗原理和實驗過程講解給學生，列出所需實驗儀器和試劑，并簡要介紹分光光度計的組成部件、結構以及使用方法，再將實驗步驟按照實驗教材列出并進行簡要講解。實驗過程與操作很簡單，學生只需要按照實驗指導老師所講述和實驗教材的步驟進行，基本能完成實驗操作過程。

1.2 傳統教學過程的問題

在傳統實驗教學過程中，學生僅體現出操作工，實驗內容依然陳舊，缺乏教學內容、方法的創新與改進，仍然是以典型的驗證實驗為主，未能鍛煉學生的創新思維和意識。傳統實驗教學效果較差，學生在實驗操作和學習過程中未能實現對相關知識點的領悟和掌握，沒有達到以創新能力、學生自主實驗、個性化學習為主的實驗目的，未能實現對學生自主探索、創新能力的培養。

同時，將“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”教學實驗拆分成兩個實驗教學，會導致實驗指導教師在教學講述與指導過程中造成混亂，容易出現顧此失彼的現象，在教學過程中有關知識點的講解不具備連貫性和遞進性。兩個實驗教學過程，相關知識點與原理講解的搭配不太合理，比如，鄰二氮菲與鐵的配合顯色原理應該在第一個實驗中講述，讓學生明白顯色原理后才能讓學生明白為什么要做后續的測定條件實驗，條件測定試驗因素的探索對測定鐵有什么影響。

2 “鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”教學實驗與過程的改進

教學實驗需要循序漸進、逐步深入的模式導入教學內容，以學生為主、教師為輔的教學模式引導學生分析問題、思考問題，培養學生探索問題、研究問題、解決問題的綜合能力。在實驗教學過程中，不僅需要對實驗內容、方法等操作知識點的講解，還學要對理論課程相關知識點進行合理與必要的回顧，理論與實踐是相輔相成的關系，使學生對知識點系統化、網絡化，讓學生明白實驗教學的重要性。由于傳統“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”教學實驗內容與過程比較陳舊，為了使學生能夠適應現代企業和單位對人才的需求，需要對現行教學內容和教學過程進行適當的調整與改進。

2.1 教學方法的改革與創新

在現代化教學過程中，需要轉變傳統教學觀念和模式。作為實驗教師，需要進一步對實驗內容和過程本身進行深入學習和研究，在實驗教學過程中，指導教師起引導作用，以學生為主體的教學理念體現在現代化實驗實踐教學過程中。從過去的以教師先講解、學生模仿操作的教學模式轉變為以學生自主探索、分析和解決問題為主體的教學模式，結合相關教學經驗，在教學方法上主要作三個方面的調整，分別是指導學生預習、實驗方案的研究和預習報告的批閱。

2.1.1 轉變傳統教學理念

“教學聯系實驗、實驗檢驗教學”的實驗教學理念，實驗教學通常按照教師先講授和梳理實驗原理、操作基本技能與要求等。在實驗理論課教學中加強對實驗基礎知識和實驗過程中常備技能的講授，夯實學生的基礎知識，提高學生理論知識和動手能力，加強對實驗教學方法和教學模式的改革與完善。通過不斷探索、理論聯系實際，以引導式、啟發式、輔導式、協助式、探究式等逐步提高學生自主性學習的教學方法，培養學生的實踐動手能力和科學創新能力。在“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”教學實驗中，需要對郎伯·比爾定律的相關知識點進行回顧與復習，讓學生將實驗操作的學習與理論知識聯系在一起，使學生學習過程中自主領悟理論與實踐之間的相互關系與作用。

2.1.2 指導學生預習

在傳統的實驗教學過程中，實驗指導教師會提前通知學生下次實驗的課程內容，要求學生在課余時間預習。在現代網絡便捷的時代，學生很難靜下心來看書與學習，大多數同學都事在臨近實驗開始前，將實驗課本所編的實驗內容匆忙的瀏覽一下，未能達到預習的效果，更有同學沒有完成相關實驗的預習任務。導致在實驗內容講解過程中，學生跟不上講述的節奏，學生自己在完成實驗時，基本不按指導教師提醒與要求進行實驗，大多數同學只是簡單按照教材內容所設定的步驟完成實驗。學生對實驗的預習具有重要作用，在實驗課開始之前，學生按照相關實驗課程和實驗指導教師的相關要求預習，并查閱有關文獻，鼓勵學生提前進入實驗室了解相關實驗所需儀器、藥品等，并了解各自在實驗中的相關作用。學生再結合相關教材、文獻對將開展的實驗進行初步預習，形成自己的預習報告。教師在指導學生預習時，需要給學生設置問題，引導學生對問題的分析，以及在實驗實驗過程中可能出現的相關情況。在“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”實驗的預習中，指導學生分析各種試劑在實驗中的作用、鄰二氮菲與鐵的顯色原理等。為什么需要加入鹽酸羥胺？能否用其它試劑代替鹽酸羥胺？比如抗壞血酸。同時在預習過程中，要求學生掌握反應式等。要讓學生明白對實驗過程的預習重要性，使學生花更多的精力在實驗前的預習工作中。

2.1.3 實驗方案的研究

實驗教材所列舉的教學方案是比較完善和經典的方案，大多數院校都是直接按照教材內容授課，很多經典實驗方案上缺乏改進和創新。我們對實驗方案研究的目的是讓學生明白在眾多實驗方案中為什么選擇本方案，能否用其它方案取代，同時在該過程中培養學生選擇識別判斷能力。在測定鐵的實驗教學與科研中，有多種方法，比如原子吸收分光光度法、鄰二氮菲顯色分光光度法等方法。我校在"鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量"教學實驗教學中采用的單因素對實驗測定條件進行教學，在教學過程中，實驗方案單一，未能激發學生的探索和研究興趣。讓填鴨式教學過程向主動探索式轉變，"鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量"的實驗可以設計多種實驗方案，傳統實驗方案探索得到的測定條件離理論最佳條件還有一定偏差，需要進一步優化。除了傳統經典的實驗方案外，還可以設計為正交實驗，在傳統實驗研究的基礎上，選擇幾種影響明顯的因素，對鐵的測定條件采樣正交法進行優化，在實驗條件允許的院校可以采用二次響應曲面法對實驗條件進行優化。

在本科教學實踐實驗中，大多采用操作性強，適合本科層次的教學方案。有利于學生完成實驗操作，讓學生在實踐過程中掌握相應的基本技能。但是，僅僅這樣的教學方案對于培養研究型和應用型本科生還不夠，還需要進一步深入和完善，需要在基本實驗方案的進行延伸和拓展。根據學生的專業、基礎和層次選擇合適的教學方案，比如，化學師范、應用化學以及物理化學等理學專業可以加大實驗深度與難度，在單因素實驗方案的基礎上可以進行延伸，可以傳統教學基礎上采用正交實驗和二次響應曲面法。對于化學工程與技術以及相關工科專業，需要在實踐教學過程中逐步培養學生的工程思維和理念，可以向工程應用方面拓展。對實驗方案的研究能夠起到有效實培養學生思考問題、研究問題的能力，使我校相關專業學生科研與業務能力滿足時代發展和市場經濟背景下用人單位的要求。

2.1.4 預習報告形式的改進

目前，學生預習報告形式單一，未能有效體現學生在預習過程中付出的時間與精力，同時相應的考核機制也不健全。絕大多數都是將實驗教材的教學實驗目的、實驗原理、實驗內容等相關內容往預習本上抄一遍，這樣不但沒達到預習效果，反而增加了學生的學習負擔，很多學生在其他課堂上寫預習報告，導致學生成了"操作工"，反而使其它課程的學習時間都被耽誤。需要對現行預習報告的形式和模式進行改革和改進，淡化對內容的重復抄寫過程，重點在于對分光光度計的工作原理的了解、對鄰二氮菲與鐵的顯色原理進行分析、各種試劑在測定過程中所體現的作用以及對各種影響測定因素對測定值的影響情況進行討論，在預習報告中主要體現學生分析問題和解決問題的能力。使學生從傳統的抄寫實驗報告的模式轉變到分析研究實驗過程與問題的模式中，在實驗教學過程中逐步培養學生探索、研究、分析和解決問題的能力。作為實驗指導教師在布置預習任務時可以簡化內容，減輕形式上的學習負擔。同時對學生的預習形式可以多元化，盡量避免單一模式，這樣不僅可以避免學生之間相互抄襲，還可以激發學生自主分析問題、查閱文獻等方面的能力。實驗指導教師在批閱實驗預習報告時，主要查閱學生對問題的分析能力以及解決問題的能力，若，學生對問題分析不夠全面或者不準確的，需要及時對批出和引導，在批閱預習報告過程中以發現學生在預習過程中出現的問題為重點，以便在實驗教學與指導過程中加以強調和引起學生對相關問題的重視，同時，使學生在實踐過程中進一步對相關問題的深入思考和討論。

2.2 實驗內容的調整

對“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”教學實驗在各個環節所出現的問題進行了簡單的分析后，為了使本科層次的學生在該實驗教學實踐過程中學到更多的知識，以培養學生探索問題、研究問題、分析問題和解決問題的能力為導向，需要對現行教學模式進行適當的優化調整。將兩個實驗整合成一個探索研究型綜合實驗，以傳統經典實驗為基礎設計為探索研究型綜合實驗具有較好操作性，學生在學習過程能夠借鑒和查閱的文獻較多，適合本科層次的教學。以培養學生探、研、分、解問題的能力為目的，需要對實驗教學目的、實驗原理、實驗步驟以及實驗數據處理等環節進行適當的調整與改進。

2.2.1 實驗目的教學改進

了解分光光度法測定鐵的原理及分光光度計的使用方法；學習測定鐵的方法研究與分析過程；培養學生研究問題、思考問題和解決問題的綜合能力。

2.2.2 實驗步驟教學改進

將兩個教學實驗整合為一個實驗教學，其實驗步驟分別按以下順序進行：(1)吸收曲線的繪制，(2)顯色劑用量的確定，(3)溶液酸度的影響，(4)顯色時間的影響，(5)還原劑用量的確定，(6)標準曲線的繪制，(7)試液鐵含量的測定。

實驗指導教師在講解實驗步驟時，在教學過程中，分別在每個環節中設置相應的思考題和問答題，讓學生參與課堂互動，有利于培養學生思考問題和分析問題的能力。以溶液酸度為例對問題的設置進行闡述，讓學生明白在本實驗中為什么要考察溶液酸度對測定影響。

指導教師導入問題：溶液酸度過高或過低，對測定有什么影響？有哪些副反應發生？

指導教師引導學生對問題的分析與講解：酸度過低時，溶液中H+較多，本實驗中能與H+反應的副反應均有可能發生，比如：鄰二氮菲分子中的氮與H+配位，從而影響鄰二氮菲與三價鐵離子的顯色。當溶液酸度呈堿性時，Fe3+會發生水解。所以溶液酸度過高或過低都對測定結果準確度有影響，在測定時需要探索合適的pH值范圍。

學生在實驗指導教師的引導下，能夠理解做該條件因素的意義和作用，按照這樣的教學模式引導學生自主學習，學生在實驗操作過程中不再是簡單的依葫蘆畫瓢。學生在實驗過程中遇到問題能夠自己分析與探討，使學生的學習能力和動手能力得到相應的提升。

2.2.3 實驗數據處理

目前學生在做完實驗后，不知道如何對實驗數據進行處理，導致實驗結果不能有效反應學生的實驗操作中付出的精力，不能區分學生在實驗操作過程中是否認真。同時，學生本人也不知道哪些數據合理，哪些數據不合理。目前，對于低年級的本科生來說，還不具備獨自完成數據處理的基本能力，還需要教師的指導下才能完成對實驗數據的處理。建議采用Origin等繪圖軟件對相應的實驗數據作圖，在實驗測定條件的數據處理中，當數據圖出現平緩時為最佳條件。學生實驗過程中記錄的數據與其它附近數據偏離較大或者很大時，要分析其原因，有可能是學生錯誤操作出現數據，在數據處理和分析時應將其舍掉。

2.3 實驗報告形式的改進

以往學生在實驗完成后所交的實驗報告形式陳舊，不能有效體現學生對實驗操作實踐學習情況。將實驗的實驗目的、實驗原理、實驗步驟在實驗報告冊上抄一篇，將數據記錄的相關內容內容填寫在實驗報告冊上，實驗教師在批閱實驗報告時，不能有效獲取學生對實驗過程、原理以及數據處理方面的掌握情況。為了減輕形式上的學習負擔，同時增強學生自主學習能力，建議將實驗報告內容簡化，形式多元化。實驗完成后，實驗指導教師可以根據實驗內容提出幾點具有思考和探討性的問題，學生圍繞問題做分析和討論，學生可以分析該實驗那些是關鍵因素，哪些因素或操作不當容易導致實驗失敗。

3 結語

對"鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量"教學實驗存在的問題進行了討論和分析，為了培養學生探索、研究、分析和解決問題的綜合能力，對該教學實驗不妥的部分進行了適當的調整與改進。在教學過程中淡化了形式化、重復性的預習報告和實驗報告，在實驗教學過程中加強了“問題”的設置與解析，讓學生在實驗過程中知道每步實驗操作的原理及其相關問題。在“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”傳統經典的教學實驗基礎上，設計成探索研究型綜合實驗，具有較好操作性，適合本科層次的教學。

[1] 喻 慧，陳 蘭，火焰原子吸收光譜法測定再生鋅原料中的鐵[J].濕法冶金，2016,35(4):365-368.

[2] 徐 斌.鄰二氮菲吸光光度法測定總鐵含量試驗研究[J].大氮肥，1996,19(3):228-231.

[3] 陳保東，對“鄰二氮菲比色法”測鐵的改進[J].中國衛生檢驗雜志，2010,20(12):3492-3502.

[4] 梁 玉，珍李麗，曲曾祿.用正交試驗法優選鄰二氮菲光度法側鐵的實驗條件[J].齊齊哈爾師范學院學報，1987,1:47-51.

[5] 秦 巖.鄰二氮菲分光光度法測定微量鐵實驗的改進[J].沈陽醫學院學報，2008,10(1):44-45.

[6] 王春燕，劉逸，楊勝園，等，鄰二氮菲分光光度法測定水樣中鐵的不確定度評定[J].南華大學學報，2009,23(3):65-67.

(本文文獻格式：蔣德敏，方榮美，陳書鴻，等.“分光光度法測定鐵含量”教學實驗的思考與改進[J].山東化工，2017，46(12)：157-159.)

2017-04-18

重慶三峽學院教改項目(JG150707，SD150114)

蔣德敏(1987—)，湖北利川人，碩士學歷，助教，研究方向：化工新技術新工藝開發

G642.0

A

1008-021X(2017)12-0157-03

教育與培訓