分析化學實驗教學模式的研究與實踐

陳燕清 舒紅英

(南昌航空大學，江西 南昌 330063)

分析化學實驗是高等學校化學專業必修的核心課程之一，其擔負培養學生化學實踐能力的重要責任[1-2]。傳統的實驗教學中存在著以下問題：(一)預習效果不佳，學生單純地抄襲課本；(二)以教師為主體，老師花大量的時間講解實驗內容，演示實驗操作，師生互動時間有限；(三)實驗過程中學生“照方抓藥”，缺乏探索精神；(四)實驗教學內容設置不合理，驗證性內容較多，思維鍛煉機會少；(五)實驗教學目標定位簡單，只注重“三基”和動手能力的培養[2]。《專業國標》明確了實驗教學在科學素養、應用能力(特別是解決復雜問題的能力)和創新能力培養中的重要作用。這標志著實驗教學要求已經從知識導向型和技能導向型向能力導向型和素質導向型轉變[3]。要提高分析化學實驗的教學質量，必須確立學生在實驗過程中的主體地位，必須給學生提供更多的動手、討論、協作的機會及必要的思維訓練項目[4]。我們分析化學課程組提出以提高學生能力為目標，課外訓練與課堂探究齊抓的分析化學實驗雙軌教學模式。幾個學期的教學實踐證明，改革后的教學模式切實激發了學生的興趣，提高了學生的學習主動性，增加了團隊交流及協作互助機會，營造融洽的師生關系，增強學生應用綜合知識的能力。

1 確定課程教學目標

愛因斯坦說過：“在一個崇高的目標支持下，不停地工作，即使慢，也一定會獲得成功”。明確分析化學實驗課程總目標，學生才能更好的規劃學習，提高學習的自主性。開課前我們把列有分析化學實驗課程學習總目標的表格發給學生。其內容包括常用玻璃儀器基本操作技能、大型儀器的使用及維護方法、化學分析基本原理、分析化學實驗基本知識、實驗方案設計等等。通過實驗總目標的構建，學生不僅能知道單個實驗項目，也能兼顧不同實驗項目間的差異目標及共性目標。另外我們在正式開始實驗前，要培養學生牢固樹立安全意識。近幾年，高校因學生不規范操作導致很多起實驗室安全事故發生，我們把收集到的安全事故案例，分析實驗室可能出現的安全性問題(如實驗過程中不小心把酸濺入眼睛，強堿灼傷，被玻璃儀器割傷，被電熱板燙傷)及解決辦法做成教材素材上傳到泛雅網絡教學平臺，學生自行觀看，達到警醒教育學生的目的。

表1 分析化學實驗教學目標

2 利用互聯網+技術，把好預習關

我們利用Camtasia Studio制作了10個實驗的教學課件，10個分析化學實驗教學微視頻，9個基本操作微視頻，以及5個儀器使用方法微視頻，每個實驗都配有相應的預習作業。開課前我們將制作的這些學習支撐材料發布到泛雅網絡教學平臺。學生通過手機端觀看實驗教學微視頻，基本操作微視頻，儀器使用方法微視頻，同時完成每個實驗的習題作業。教師及時查看學生完成情況：如視頻觀看時長、作業完成情況。對未完成或完成質量差的同學，在課前及時提醒，對拒不完成的同學小懲當次不做實驗。

表2是我們設計的鄰二氮菲顯色分光光度法測定鐵實驗預習任務。習題一般設計成填空題、選擇題、判斷題。習題有固定答案，網絡平臺可以自動評判答題結果。實踐結果表明，學生對這種預習方式表現了極大的興趣。有的同學習題完成情況不好，主動重復看課件、看視頻，并要求老師將作業打回重新完成。在預習過程中遇到問題，學生也會主動在平臺上和老師討論。

表2 鄰二氮菲分光光度法測定鐵預習習題

3 調動學生能動性，讓學生參與實驗準備

實驗前安排一個實驗小組和實驗教師一起準備實驗，學生也可以收獲很多，如可以增加學生的動手機會，增加師生交流機會，了解實驗的完整性，這些都為后續融洽的課堂氣氛打下基礎。在分析化學實驗的準備過程中，學生可以學習如何得到標定實驗所需的無水碳酸鈉，無水草酸鈉，無水碳酸鈣，學會烘箱的使用方法；學會配制甲基橙、酚酞、鈣指示劑、鉻黑T指示，并知曉配制方法不同的原因。自來水硬度實驗要用到pH約為10的緩沖溶液，雖然理論課講述了緩沖溶液的選擇方法及配制方法，但在試劑準備過程中，學生還是會糾結于氯化銨是應該用臺秤稱，還是該用電子分析天平？取用刺激性氣味的氨水在實驗臺上還是通風柜中？用量筒量取還是用移液管取？同學的質疑過程增加了小組同學間，師生間的交流與互動。鄰二氮菲顯色吸光光度法中需要用到Fe2+標準溶液，實驗教材要求用分析純的硫酸亞鐵胺。試劑準備過程中可以讓小組同學討論：可不可以用氯化亞鐵、硫酸亞鐵替代？對于100μg/L Fe2+標準溶液，同學很容易錯誤的計算成配制100μg/L(NH4)2FeSO4所需的質量。學生在試錯、討論交流中各項能力得到不斷完善提高。

4 重視課堂討論，鍛煉思辨能力

課堂討論給予了學生自由展現風采的機會，調動了學生的積極性，通過交流也讓學生相互學習借鑒，有利于形成一種團結學習，積極進取、勇于創新的氛圍，鍛煉了學生的思辨能力。

基于同學預習了當次實驗內容，實驗前教師的講課環節改成學生展示和討論環節。比如鹽酸標準溶液標定實驗中滴定管的使用方法，教師隨機點名同學講述并展示滴定管的使用方法。雖然有時同學講述過程不很完善或出現錯誤，引得同學大笑。但同學都是非常專注的，對出現的問題非常積極的指出。實驗步驟沒有給出基準試劑碳酸鈉稱取質量，我們就此重點展開討論：標定鹽酸還可以用其它基準試劑嗎？基準試劑的稱量質量范圍怎么確定？通過討論學生明確滴定分析的誤差要求，掌握可以通過滴定體積的范圍計算基準化學試劑的質量范圍。展示環節和討論環節課堂氣氛非常活躍。當得到其他同學和老師肯定的時候，參與展示的同學實驗信心大大增強，實驗自主意識也提高了。

定量分析化學實驗課其直接目的是讓學生學會分析各種樣品的化學成份含量，所以在實驗的每個環節都要突出一個“量”字。由于有同學對有效數字的重要性不夠重視，有效數字不能正確記錄及修約實驗數據。比如有同學滴定管的讀數只記錄到小數點后一位，把絕對偏差與偏差的絕對值概念混淆，計算出的偏差全是正值。有同學把相對平均偏差計算結果為零。每次實驗結束后，我們要求三名同學在黑板上列出他們的實驗數據及計算過程，其他同學來評定實驗數據的規范性、精密度、準確度。我們請記錄規范、結果計算正確的同學講解數據記錄及計算過程中的注意事項。后續學號相鄰同學互相檢查、評價，修改錯誤結果。教師與同學一起討論規范記錄與計算的意義，并討論如何判斷自己實驗結果中是否出現可疑數據。

5 重視課后思考，培養探究素養

定量分析化學實驗課程不僅要教會學生分析化學的原理及嫻熟的實驗操作技能，還要積極引導和培養學生的學習能力、獨立思考能力、分析問題和解決問題能力。過多的驗證性實驗容易束縛手腳，限制思維，把學生控制在狹隘的操作能力上。一個完整的定量分析實驗過程包括：分析方法的選擇，試樣的取用量，試樣的處理方法，分析原理，具體的實驗步驟，數據處理，誤差分析。為了突破有限學時課堂的限制，我們給學生設計了三個具有層次性的設計性題目作為課后思考作業。分別為：混合液分析，氨水(0.1mol/L)-氯化銨(0.1mol/L)混合液分析；復雜樣品中單一組分的分析，蛋殼中鈣含量分析(蛋殼中的主要成分為碳酸鈣(CaCO3)約占93%)；復雜樣品多組分同時分析，定氮合金中銅、鋁、鋅含量測定(三組分含量50%，45%，5%)。第一個層次的設計題目要求學生能選擇合理的分析方法，能列出所有所需要的儀器及試劑，列出完整的實驗步驟；第二個層次的設計題目除了第一個設計要求外，還要給出樣品的取用量，樣品的處理方法，每種試劑所需要的濃度，影響實驗結果的關鍵因素，以及實驗安全事項。第三個層次的設計題目時除了要滿足第二個題目的設計要求外，還需綜合考慮酸度、掩蔽、解蔽等條件對實驗結果的影響。三個設計題目分別在開設混合堿分析、自來水的硬度測定、鄰二氮菲顯色吸光光度法測定鐵之后布置給同學。通過這種遞進式層次性設計，同學一步步掌握定量分析各個環節要素。在方案設計過程中，要求同學既要考慮方法的適用性，各個試劑合理用量，避免不必要的浪費及環境污染，同時還要考慮實驗步驟的嚴密性，保證分析結果的準確性。設計性題目的開設，擺脫了學生認為實驗就是“依葫蘆畫瓢”，學習幾個實驗操作的過程。設計性題目任務極大的調動了學生的學習積極性，學生自覺地復習所學知識，查閱資料，力求實驗方案完整合理。對于每一次的設計報告，我們要求有兩組同學進行課堂匯報，其他同學進行質疑，鍛煉同學的思辨能力。

定氮合金中銅、鋁、鋅含量測定為我們必修的設計性實驗，學生2個同學一組，通過協作、探究完成實驗。同學紛紛表示對用自己設計的方案完成實驗收獲頗大。

6 結束語

分析化學實驗教學重點是培養學生樹立“量”的概念，以及解決實際問題的創新能力。圍繞教學目標，課程組打破傳統“重”操作，“輕”理論，用理論指導操作，通過實驗過程總結經驗。在實驗過程充分發揮學生的主體地位，增加師生，生生的互動，通過不同思維的碰撞，擴大學生的視野，培養學生實驗過程科學嚴謹的態度。