引入文獻閱讀的分析化學教學實踐

吳纓，姚李，高大明，胡坤宏

合肥學院能源材料與化學工程學院，合肥 230601

分析化學是研究物質的組成和結構，確定其在不同狀態和演變過程中化學成分、含量和分布及其結構的量測科學，是化學科學的分支學科[1]。分析化學課程既具有基礎性，又具有前沿性，實踐性很強是該課程的重要特征，在與化學有關的各學科領域，分析化學都起著重要的作用，已成為高校化學工程、能源、材料、環境工程等專業的一門重要的專業基礎課。

我校化學工程與工藝專業是國家級特色專業、“卓越工程師計劃”專業，同時也是學校首個通過中國工程教育專業認證協會的工程教育專業認證單位。作為傳統的工程專業，緊密圍繞創建地方應用型高水平大學的辦學宗旨，確立人才培養目標是：能在化學工程以及相關的領域從事生產、研究與開發工作、管理和經營等工作，具有扎實的化工類專業基礎、較好的創新素質、較強的工程能力、一定的人文社會科學素養與國際化視野的工程技術人才。因此掌握扎實的基本理論知識，熟悉科學研究與工程設計方法，具備化學與化工實驗技能等是每個畢業生應該具備的基本能力，這就要求任課教師在教學中針對培養目標，不斷強化學生解決復雜工程問題的能力，切實提升教學方法改革的實效性。多年來，我們在借鑒了國內外相關教學經驗[2–5]同時，結合本校具體教學情況，教學中引入了相關專業文獻導讀輔教，在此分享我們探索與實踐的體會。

1 分析化學教學的“瓶頸”

1.1 內容與課時相矛盾

按照分析方法原理的不同，分析化學分為化學分析和儀器分析兩部分，分別在大二上、下兩個學期開設，該課程是學生認識分析化學學科、培養學生的分析化學學習興趣、構建分析化學學科思想、初步建立“量”的概念的關鍵課程。化學分析屬于分析化學學科的基礎知識，除誤差理論外，化學分析的內容主要有酸堿滴定法、配位滴定法、氧化還原滴定法和沉淀滴定法組成的滴定分析法；儀器分析內容主要有吸光光度法、原子吸收光譜法、電位分析法、氣相色譜法和高效液相色譜法等，而理論課僅有56學時，學時短內容多，完全依靠教師的課堂講解，基礎理論知識仍占據了較多的課時，“強基礎、重應用”產生了傾斜，教學效果不盡如人意。

1.2 應用示例過于簡單、抽象

在以往的教學中，通常遵循這樣的教學過程：在每一章開始提示本章學習的重點難點，接著先回顧(復習)涉及到的化學平衡基本理論、重點講解滴定基礎知識(滴定曲線和指示劑)，從而了解影響滴定準確度的關鍵因素和確定終點的方法，最后介紹相關的典型應用示例。以教材[6]“第4章 酸堿滴定法”為例，在“第6節 酸堿滴定法應用示例”中，用4頁篇幅簡略介紹了該法在化工產品和化學試劑(混合堿、硼酸、銨鹽、SiO2、酸酐和醇類、醛和酮)中的應用，每個示例仍側重測定原理的介紹，測試步驟不完整不具體，尤其缺少試樣采集與制備。后來我們在教學上有所改進，即在每一章結束時講解一篇應用文獻，但由于是課堂投影展示，加上學生沒有提前預習，課后無相關材料復習，短時間內收到的信息有限，沒有達到以知識的應用為重點的目的。

這樣的教學過程使得學生對于一個分析方法的理論知識從原理到應用有一個概覽，看似全面，真正用到該如何進行實際的實驗設計和操作時，仍無從下手，未來實際工作時獨立解決問題的能力不足，在人才競爭中處于弱勢[7]。

2 文獻引入實施辦法

2.1 提前培訓

處在大二的學生，尚未開設文獻檢索課，會使用手機“百度”但對文獻檢索基本“小白”。教師利用業余時間對學生進行“速培”，教會學生如何利用各種圖書館資源和網絡資源，為快速、全面查找與利用相關科學文獻(包括國標、專利等)信息提供有效的幫助。

2.2 學生自查

以分析化學中化學分析部分教學為例，查閱文獻涉及“酸堿滴定法應用”，教師提供必要的關鍵詞，學生們首次查詢結果可謂“五花八門”，有國標，有期刊文獻，還有實驗指導、綜述等等，有的超出教學要求，學術難度也深淺不一(見表1)，這就需要指導學生如何篩選，怎樣入手進行閱讀和分析。教師提示學生要聚焦四個知識點：測定原理、滴定方式、標準溶液和指示劑、分析結果的評價方法，學生慢慢學著從文獻中找尋和提取相應的信息，并對其是否基本理解做出自我評判。

表1 部分學生查閱的文獻信息

2.3 教師解讀

教師遵循以教材內容為基礎，以指導學生掌握基礎知識為原則，從學生查找的文獻中篩選出與理論要求吻合、難度適中、應用性強的文獻2–3篇推薦給學生，重點解讀的文獻，則要求學生人手一份，穿插在授課過程或尾聲進行，對實驗技術環節應予以強化。對“學有余力”的學生，可延伸閱讀學術水準更高的文獻。

教學案例1：“車間空氣中氫氧化鈉的酸堿滴定測定方法”[8]。這是1995年實施的國家標準，標準規定了酸堿滴定法測定車間空氣中氫氧化鈉濃度的方法，適用于生產和使用氫氧化鈉的車間空氣中氫氧化鈉濃度的測定。其測定原理為：氫氧化鈉用濾膜采集后溶于水中，加入過量鹽酸，以甲基紅為指示劑，用四硼酸鈉標準溶液返滴定過量的鹽酸，計算出氫氧化鈉的濃度。整篇不過兩頁，運用酸堿滴定法，采用直接滴定方式，過程簡單明了，學生易于理解，同時也了解了國家標準(GB)的文本格式，氣體樣品的采集技術及前處理，對照實驗如何進行，檢出限和測定范圍概念，及消除空氣中CO2干擾問題，拓展了知識范圍。

延伸閱讀為“食品中總酸的測定”[9]，除酸堿滴定法外，該國標還提供了pH電位法，后者又為“儀器分析”提供了很好的案例，此法適用于果蔬飲料、乳制品、蜂產品、谷物制品和調味品等食品中總酸度的測定，但不適于有顏色或渾濁不透明的試液，相較于分析化學實驗“食醋中總酸度的測定”，內容豐富許多。

教學案例2：“Mo(VI)-5-溴水楊基熒光酮-CTMAB顯色反應的研究及應用”[10]，屬于吸光光度法應用案例。在介紹“顯色反應及顯色條件的選擇”時，通常是教師“索然無味”一條一條講解，學生們的理解“似是而非”，抽象且空洞。結合此篇文獻“結果與討論”部分，邊教邊議，就很容易理解如酸度的影響、顯示劑及用量影響、三元絡合物及特點、顯色時間、共存離子干擾等顯色條件選擇的實驗方法及意義。此外，吸光光度法的其他重要知識點如參比溶液的正確選擇、對比度Δλ、線性回歸方程中斜率與截距的意義、表觀摩爾吸光系數等，特別是把“誤差理論”如何應用在樣品測定結果的準確度精密度的評價，真可謂“一舉多得”，一篇文獻串聯了幾乎所需掌握的知識點，尤其對教材上“綜上所述，建立一個新的光度分析方法，必須研究優化上述各種條件，應用某一顯色反應進行測定時，必須對這些條件進行控制，并使試樣的顯色條件與繪制標準曲線時的條件一致，這樣才能得到重現性好而準確度高的分析結果[5]。”這段話字面看似容易，但很難真正理解，有了文獻實例說明，學生理解就容易多了。

延伸閱讀為“新顯色劑2,6-二羥基苯基重氮氨基偶氮苯與鎘的顯色反應的研究和應用”[11]，文獻內容不僅有上述的知識點，還增加了新顯色劑合成、純化過程，性質及紅外光譜法、元素分析等表征方法，橫向拓展、縱向延伸了知識點。

2.4 評價方法

在課堂教學中引入文獻閱讀，規范、完整的案例是對理論聯系實際的有益補充，為考查學習效果，可在考試內容上增加“文獻閱讀與理解”項目作為綜合題，分值約占15%左右，并引入課程質量評價系統中[12]。文獻可以是教師選定并附在試卷上，或是學生提前查閱文獻帶入考場，通過回答相應的問題并在文獻上標注出，如表2為某次儀器分析考試試題中涉及文獻理解的部分問題，當然這種形式必然增加了教師批改試卷的工作量，因為教師要一一閱讀學生的文獻再進行評判。

表2 閱讀文獻需回答的部分問題

3 實施后的收效

(1) 分析化學相關分析方法的科研文獻是根據有價值的生產實踐或研究成果寫作而成的，將文獻閱讀融入專業課程教學中，根據教學內容指導學生課外查閱應用文獻，目的是幫助學生理解課本知識點，理解各種分析方法在實際生產科學研究中的應用，能舉一反三，具備運用化學分析和儀器分析技術，解決化工領域的定性定量問題，達到課程學習目標[12]。

(2) 學生通過文獻查閱研讀，能更多地參與到教學活動中，激發了學生的學習興趣，對2017級化學化工專業學生的問卷調查顯示，有約85%的學生認為文獻研讀的特色在于理論和實際運用聯系起來，拓寬了學習視野和思維，肯定了其在分析化學的能力培養方面是有幫助的；有約70%的學生認為研讀文獻困難的主要原因在于對科技文獻很陌生和沒有實驗基礎。

(3) 文獻閱讀是最重要的學習手段和環節之一，在低年級就有意識地培養學生初步具備查找教科書以外的工具書和在專業數據庫如維普、萬方、CNKI上檢索文獻等學習能力，部分補償了缺少文獻檢索課而造成的遺憾。另一方面，由于端口前移，大二末期的“專題訓練”教學環節直接受益。由于初步了解了學術論文的結構和寫作方法，對大學生創新創業項目、后續的專業課內容的理解，甚至是畢業論文的選題與寫作都提前打下了基礎。

(4) 學生在學習中往往缺乏自學能力和質疑精神，在文獻閱讀的過程中，還可以培養學生主動發現問題、分析問題、解決問題的能力，因為確有文獻存在表述不清、有效位數保留不對、公式字符輸入錯誤等問題，借此培養學生嚴謹認真、一絲不茍的科學作風。

4 結語

通過幾年的探索和實踐，在本科教學中引入相關專業文獻的閱讀(稱之為“貫穿式文獻教學”[13]比較恰當)，找準文獻與相應的教學內容的契合點，重視工程背景，適當兼顧文獻的前沿性，激發學生的求知欲，非常有利于學生掌握基本學術能力和知識運用能力，能起到“事半功倍”的教學效果。我們也推廣和借鑒于環境工程、粉體材料等其他專業的教學實踐中。由于大班教學和課時緊張，小組討論+PPT匯報的形式可在高年級擇機實施。在查閱文獻中學會學習，學會科學思維，進而達到學以致用、解決復雜問題和提升創新力的目的。