基于分析化學(xué)預(yù)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)師范生綜合能力的研究

欒 芳 周淑晶 李錦蓮 王宇航 趙立曼

(佳木斯大學(xué) 藥學(xué)院化學(xué)化工系,黑龍江 佳木斯 154007)

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是高校化學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程中不可或缺的重要組成部分，其與分析化學(xué)理論課相輔相成，聯(lián)系緊密。該課程對(duì)學(xué)生掌握基本的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力以及提高創(chuàng)新能力和綜合能力具有舉足輕重的作用[1]。本研究在高校課程思政大政方針指導(dǎo)下，基于OBE及五育并舉理念，結(jié)合實(shí)驗(yàn)課程特點(diǎn)，通過(guò)學(xué)生分析化學(xué)預(yù)實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行課程教學(xué)改革，提高學(xué)生的動(dòng)手能力、規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作能力、深化知識(shí)應(yīng)用能力、培養(yǎng)拓展創(chuàng)新能力、夯實(shí)可持續(xù)發(fā)展理念和綠色環(huán)保意識(shí)[2]，力求為學(xué)生以后的繼續(xù)學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)在我校修訂的教學(xué)計(jì)劃中設(shè)置為36學(xué)時(shí)，根據(jù)配套的武漢大學(xué)主編的《分析化學(xué)》第六版上冊(cè)相關(guān)理論知識(shí)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)定為9個(gè)必做實(shí)驗(yàn)和若干選做實(shí)驗(yàn)。任課教師在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，為了更好地激發(fā)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)和主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，采用學(xué)生課前預(yù)實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行教學(xué)方法改革，融入思政理念，學(xué)生通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際，在實(shí)操中綜合能力和創(chuàng)新能力得到了較大程度的提升，取得了較好的教學(xué)效果。

1 明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模斫鈱?shí)驗(yàn)原理

按照授課計(jì)劃安排，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)通常要較相應(yīng)理論教學(xué)延后1～2周左右進(jìn)行，第一周分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)主要講解分析化學(xué)基本操作知識(shí)、安全常識(shí)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)要求等，學(xué)生學(xué)習(xí)稱(chēng)量、滴定、配制溶液等基本操作技能。余下的實(shí)驗(yàn)在理論課堂講解相關(guān)分析化學(xué)知識(shí)后，實(shí)驗(yàn)教師按照分組的方式提前兩周布置實(shí)驗(yàn)題目和預(yù)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生在對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器試劑、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法等進(jìn)行充分預(yù)習(xí)[3]，而后提交預(yù)習(xí)報(bào)告，教師在預(yù)習(xí)報(bào)告中評(píng)判并優(yōu)選出1～2組同學(xué)，進(jìn)入分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教師現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安全管理和必要的指導(dǎo)。

在預(yù)習(xí)的過(guò)程中，學(xué)生已經(jīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法有了較為深刻的認(rèn)識(shí)，因此當(dāng)其進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生能夠做到有的放矢、心中有數(shù)。例如學(xué)生在進(jìn)行有機(jī)酸摩爾質(zhì)量測(cè)定的預(yù)實(shí)驗(yàn)中，了解到此實(shí)驗(yàn)采取強(qiáng)堿滴定弱酸的方法，理論課上教師講授了常見(jiàn)無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸的異同，學(xué)生需要分析本次實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象——檸檬酸，其各級(jí)解離常數(shù)是否都滿足cKa≥10-8，還需知悉其相鄰兩級(jí)解離常數(shù)的數(shù)量級(jí)，即Ka的比值：Ka1/Ka2和Ka2/Ka3是否大于105，以判斷滴定突躍點(diǎn)的個(gè)數(shù)及耗費(fèi)強(qiáng)堿標(biāo)準(zhǔn)溶液體積的預(yù)估值。在掌握以上知識(shí)點(diǎn)后，學(xué)生可以對(duì)檸檬酸的稱(chēng)量質(zhì)量、溶液體積及移取體積有準(zhǔn)確的判斷，對(duì)反應(yīng)涉及的原理有直觀感受和更深層次的認(rèn)識(shí)。

2 夯實(shí)理論基礎(chǔ)，強(qiáng)化方法應(yīng)用

學(xué)生在預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)和準(zhǔn)備預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要復(fù)習(xí)理論課上相關(guān)知識(shí)記錄，領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)原理，明晰實(shí)驗(yàn)步驟，了解實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，以增強(qiáng)對(duì)理論的認(rèn)知和對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解。

以KMnO4溶液的配制與標(biāo)定實(shí)驗(yàn)為例。理論教材中已給出標(biāo)定KMnO4溶液的基準(zhǔn)物質(zhì)介紹和常用基準(zhǔn)物質(zhì)Na2C2O4的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)二者的反應(yīng)條件更是做了詳細(xì)的解讀，如反應(yīng)溫度、酸度、滴定速度、催化劑、滴定終點(diǎn)、自身指示劑等[4]。學(xué)生預(yù)實(shí)驗(yàn)前，對(duì)理論教材的溫習(xí)，使得其對(duì)KMnO4溶液的標(biāo)定過(guò)程有了一定的認(rèn)識(shí)，明白在預(yù)實(shí)驗(yàn)滴定時(shí)，即使持續(xù)振搖錐形瓶中的混合溶液，KMnO4溶液褪色仍然較慢，但隨著催化劑Mn2+的生成，反應(yīng)速度逐漸加快。因此，為了加快反應(yīng)的進(jìn)行，可以在滴定前向錐形瓶中加入2～3滴MnSO4作為催化劑。以此，理論與實(shí)驗(yàn)完美映射，學(xué)生通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了KMnO4溶液的標(biāo)定條件，夯實(shí)了KMnO4法的理論知識(shí)，對(duì)KMnO4法的應(yīng)用有了更深刻的認(rèn)識(shí)。

3 規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作，保證報(bào)告質(zhì)量

對(duì)于化學(xué)師范生而言，除了本科生階段學(xué)校組織的實(shí)驗(yàn)操作技能大賽外，未來(lái)從教還會(huì)涉及課堂演示實(shí)驗(yàn)、指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)、指導(dǎo)化學(xué)競(jìng)賽、公開(kāi)課大賽及實(shí)驗(yàn)技能大賽等等，這些都涉及到實(shí)驗(yàn)操作，因此對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的規(guī)范操作要求是相當(dāng)有必要的。

預(yù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生必須嚴(yán)格遵照分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)細(xì)致入微、功夫到家的專(zhuān)業(yè)本領(lǐng)。對(duì)于預(yù)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象要及時(shí)記錄，提示學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要注意有效數(shù)字位數(shù)，預(yù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中文字和數(shù)據(jù)記錄務(wù)必工整、清楚，因?yàn)殄e(cuò)誤的數(shù)據(jù)比沒(méi)有數(shù)據(jù)更可怕，一定嚴(yán)格保證報(bào)告質(zhì)量。教師對(duì)學(xué)生預(yù)實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程及時(shí)給予評(píng)定：嚴(yán)格規(guī)范的要當(dāng)面表?yè)P(yáng)，操作有錯(cuò)誤或細(xì)節(jié)有缺失的則需要教師及時(shí)指出，以便學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課正式操作過(guò)程中規(guī)避此類(lèi)問(wèn)題。

4 及時(shí)提出質(zhì)疑，課上解決問(wèn)題

預(yù)實(shí)驗(yàn)不是照方抓藥，不是照搬照抄，更不是“盡信教材”，要引導(dǎo)學(xué)生敢于質(zhì)疑，設(shè)法解疑，培養(yǎng)學(xué)生的思辨精神。在預(yù)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，更利于同學(xué)們?cè)谡綄?shí)驗(yàn)課堂中從容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的各個(gè)步驟，使課程順利進(jìn)行。

例如，在Bi3+-Pb2+混合溶液的連續(xù)滴定預(yù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于二甲酚橙指示劑配制時(shí)間較久，導(dǎo)致金屬離子與指示劑反應(yīng)后的顏色未呈現(xiàn)桃紅色。學(xué)生反復(fù)試驗(yàn)后，提出“二甲酚橙指示劑是否變質(zhì)？”的疑問(wèn)。經(jīng)過(guò)二甲酚橙指示劑的重新配制和再次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象按照預(yù)期結(jié)果呈現(xiàn)。質(zhì)疑和解疑的過(guò)程驗(yàn)證了學(xué)生思辨的合理性和正確性，在預(yù)實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，敏銳地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并當(dāng)場(chǎng)解決問(wèn)題，提高了學(xué)生的思考能力和辨析能力。

5 補(bǔ)充查閱資料，持續(xù)改進(jìn)創(chuàng)新

通過(guò)分析化學(xué)預(yù)實(shí)驗(yàn)，除了較好地培養(yǎng)了化學(xué)師范生的實(shí)驗(yàn)操作技能外，還使學(xué)生在資料查閱、數(shù)據(jù)處理、歸納總結(jié)等方面的能力有了較大地提升。此外，學(xué)生還可以通過(guò)對(duì)預(yù)實(shí)驗(yàn)的分析以及對(duì)易失敗或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象不夠明顯的步驟提出可能的置換方法[5]。

例如，EDTA溶液的配制與標(biāo)定實(shí)驗(yàn)中，教材中EDTA溶液的準(zhǔn)確濃度可以采用Ca2+標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行標(biāo)定，指示劑的加入方法為：在Ca2+標(biāo)準(zhǔn)溶液中加1滴甲基紅，再滴加氨水至溶液由紅變黃后，再加入適量蒸餾水和Mg2+-EDTA、緩沖溶液和鉻黑T指示劑。學(xué)生在預(yù)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候通過(guò)查閱資料，采用了鈣指示劑代替Mg2+-EDTA、緩沖溶液和鉻黑T，然后以1mol·L-1NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用鈣指示劑操作簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)令人滿意。

6 秉承發(fā)展理念，提倡綠色環(huán)保

預(yù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師要指引和培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生習(xí)慣，實(shí)驗(yàn)臺(tái)面保持整潔干凈。如擦拭滴定管活塞和移液管外管口的濾紙片、測(cè)試溶液pH后的試紙、稱(chēng)量藥品的稱(chēng)量紙以及破損玻璃儀器的碎片等，必須丟到每個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)面指定的“廢品缸”內(nèi)；實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢酸、廢堿應(yīng)小心倒入廢液缸；重金屬鹽廢液倒入指定容器進(jìn)行回收處理等等。

學(xué)生在預(yù)實(shí)驗(yàn)中了解實(shí)驗(yàn)室安全常識(shí)，愛(ài)護(hù)儀器，節(jié)約試劑藥品和水電能源等，遵從綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的理念，盡每一位化學(xué)人的應(yīng)盡職責(zé)。幾乎每一個(gè)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)都涉及使用電子天平稱(chēng)量試樣質(zhì)量，提示學(xué)生預(yù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每次稱(chēng)取化學(xué)試劑本著夠用和少量多次的原則，熟練后盡量做到完美稱(chēng)量。

7 結(jié)語(yǔ)

本研究基于OBE理念，通過(guò)分析化學(xué)預(yù)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降慕虒W(xué)嘗試，加強(qiáng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)，強(qiáng)化了理論對(duì)實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)，加深了學(xué)生對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)[5]，增強(qiáng)了學(xué)生操作能力、知識(shí)講解能力、探究能力、質(zhì)疑能力和創(chuàng)新能力，同時(shí)也為其建立綠色環(huán)保意識(shí)、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)踏實(shí)的工作作風(fēng)奠定了一定的基礎(chǔ)。通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降膶?shí)驗(yàn)教學(xué)改革，從智育和德育角度育人，學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)的意識(shí)增強(qiáng)了，學(xué)校組織的實(shí)驗(yàn)技能大賽中獲獎(jiǎng)的同學(xué)增多了，專(zhuān)業(yè)課理論學(xué)習(xí)的熱情高漲了。

大學(xué)生精力充沛、潛力無(wú)窮，作為高校教師，應(yīng)以育人為己任，全員育人，全程育人，全方位育人，全身心育人，把大學(xué)生培養(yǎng)成國(guó)家和社會(huì)的有用之人、有德之人、有識(shí)之人、有能之人。