分析化学教学中知识点的树结构设计

王园朝

(杭州师范大学材料与化学化工学院 浙江杭州310036)

分析化学教学中知识点的树结构设计

王园朝

(杭州师范大学材料与化学化工学院 浙江杭州310036)

依据中心教学法，通过对教材的深入分析和知识重组，设计和建立了分析化学中化学分析理论教学的知识点树结构图，该结构图以误差为主线，贯穿了教材整个内容的各个知识点。教学中着重于各知识点及其相互联系和思维方式的介绍，课后辅助各章节知识点总结归纳，以便于学生对整体知识的理解、自我建构和学习方法的掌握。

随着高校分析化学课程教学改革的不断深入，经典化学分析课堂教学中知识的传授、学生学习能力的培养和教学时数之间的矛盾日益明显。一方面化学分析课时不断缩减，教师课堂讲授的时间极为有限;另一方面由于建立在四大平衡理论之上的化学分析原理及技术又是其他分析技术的基础，教师要将最基本的原理和知识传授给学生，同时还需注重培养学生的学习能力和灵活应用知识的能力。正如姚天扬［1］所指出的“本科教学不只是传授基础的和前沿的知识，更要传授获取知识的思想和方法，培养学生的创新意识和科学品质。”为解决这一矛盾，就必须在讲授内容的选择和教学方法、教学手段的运用上进行考虑。为此我们在教学方法上运用了中心教学法的原理。中心教学法的雏形产生于20世纪90年代初，强调着重抓主要矛盾(即“中心”)，以“中心”带动“非中心”。首先确定教学内容中最重要、最关键并最能带动整体的知识点为总中心，然后再确立围绕总中心而展开的独立的一级知识点即一级子中心，各一级子中心又可分解为若干二级子中心、三级子中心等，直至教材内容中的每个知识点，这样就在各中心之间构成一种层次分明、紧密联系的类似于树干、树枝及树叶的树结构。从理论上讲，在教学内容和学生等条件一定时，只要中心选择恰当，所有教学行为将可能成为“最佳”，教学效率也会大幅度提高。龙文清［2］曾报道将中心教学法应用于滴定分析和重量分析教学，收到较好的效果。

按照该原理，笔者认为“误差”是贯穿化学分析整本教材始终的核心内容(即总中心)，也称树的主干;围绕误差这个总中心，各章节中相关误差概念、理论和公式为二级子中心，即树的分枝;以组成误差理论或公式的要素或知识点构建树的枝叶，形成一个知识点树结构图教学思路。实践证明这种教学思路的设计不仅抓住了问题的主要矛盾，节省了大量的教学时间，而且便于学生理清知识点间的联系和建构知识的框架，还利于学生对所学知识举一反三，触类旁通，以培养学生自主学习的能力。

1 化学分析教学中知识点树结构图设计

1.1 化学分析部分总体知识点树结构图

分析化学教材中经典化学分析法主体内容包括试样的采集与制备、误差和数据统计处理、滴定分析法和重量法4部分。这4部分内容都是围绕误差这个中心而编写的。“试样的采集与制备”一章中试样的采集理论和采样误差直接与误差有关。“误差和数据统计处理”章节主要从理论上介绍误差概念、特点和计算。滴定分析部分包括四大平衡原理和滴定分析技术，教材处理上也是以误差为主线，先介绍平衡常数，它是反映滴定反应是否完全，是否会产生方法误差的重要参数，然后围绕滴定终点确定和影响终点误差因素展开讨论，最后推出滴定误差公式。教材中的重量法部分主要介绍沉淀法，沉淀法中两个关键环节定量分离和准确称量都是以避免和减小误差为目的，内容包括沉淀形成过程、沉淀的玷污和沉淀条件的选择。我们以武汉大学［3］和4所师范大学主编［4］的《分析化学》(化学分析部分)为蓝本，设计了总体知识点树结构图(图1)。

图1 化学分析总体知识点的树结构图

1.2 各章节部分知识点树结构图

各章节也可按二级子中心设计各自的知识点树结构图。

“误差和数据统计处理”一章内容主要介绍误差的有关概念、来源、规律和特点、计算公式、分析数据的记录和统计处理方法。按其知识点分布可设计如图2的知识点树结构图。

图2 误差和数据统计处理章节知识点的树结构图

滴定法中四大滴定都可围绕滴定误差公式来设计知识点树结构图。知识点中的各内容都是误差公式中相关参数的反映。如络合滴定法部分知识点分布可设计如图3的知识点树结构图。其他三大滴定法可依照图3进行设计。

图3 络合滴定法章节知识点的树结构图

1.3 沉淀重量法部分知识点树结构图

教材中的重量分析法主要是介绍沉淀重量分析法，其教学内容的总中心仍是围绕误差展开的。沉淀重量法减小误差、提高准确度的关键(即一级子中心)是定量分离和准确称量。准确称量主要与称量工具和操作有关，不涉及沉淀具体内容。定量分离则与沉淀的形成、沉淀的污染、沉淀的溶解度和沉淀条件等相关，这些因素组成了该章的二级子中心(图4)。

图4 沉淀重量法分析部分知识点树结构图

2 教学实践

2.1 数据处理部分教学

样品分析的最终结果是以数据的形式表示出来的，数据记录和数据处理方法是否正确将直接影响分析结果误差的大小。“误差和分析数据的处理”一章主要是通过了解误差和正确地估算误差以求尽量减小误差。涉及到的知识点有误差、偏差、置信度与置信区间、数据取舍和有效数字及其相关计算公式等。为加强学生对有关误差概念、计算公式的理解和掌握，完成讲授后要求学生对系统误差、偶然误差的来源、规律特点和减免方法以及相关计算公式等知识点进行比较和归纳。

2.2 滴定分析部分教学

滴定分析部分包括四大平衡理论和四大滴定方法，这部分的每一章节都是围绕滴定误差公式展开的，在教材的处理上有较大的共性。讲授时可详细地讲解某一滴定的原理和方法，而对其他三大滴定法可粗讲或让学生自学。在讲授某一章节时可先展示该章的知识点树结构图，以便让学生有一个大的知识框架，建立和理解各知识点间的关系，形成学习思路。如在讲授络合滴定法时，先给出误差公式，介绍影响误差大小的参数和ΔpM等，通过可引出平衡常数、副反应系数的概念和公式，通过ΔpM可引出滴定曲线、突跃范围、指示剂、化学计量点和滴定终点等相关概念和公式，最后可推导出林邦误差公式。在讲授沉淀滴定法时，为保证知识的完整性，可将教材中重量法的溶解度计算内容提前到该章讲授，并补充沉淀滴定误差公式。这种教学方法便于学生在建构知识体系时，有一个明晰的思路和线索，也便于学生对知识点的理解和掌握，同时还可起到举一反三的作用。教师在教学中应特别注重各知识点共性和个性的讨论及整体内容的融会贯通，中心教学法在这方面有明显的优势。在完成络合滴定法讲授后，为巩固学生对知识的掌握，可设计类似表1的表格，让学生课后进行归纳总结。

表1 络合滴定中有关概念和公式

总之，中心教学法同其他教学方法一样，仅有一个好的教学思路是不够的。教学过程应该是教与学的有机结合，形成互动，才能达到最佳教学效果。如在滴定法教学中，教师可根据实际情况，在着重讲授某一两种滴定分析法后，让学生依据同样的思路自己设计其他滴定方法的知识点树结构图，学生通过设计结构图可达到理解知识点和建构知识体系的目的。

知识点树结构中心教学法的目的是通过引导学生分析教材，抓住主要矛盾即主中心，建立主中心与各子中心(知识点)间的关系，实现知识体系的自我构建。中心教学法还可与其他教学法，如讨论式教学法、案例式教学法等结合起来，以获得更好的教学效果。

［1］ 姚天扬.大学化学，2005，20(6):11

［2］ 龙文清.大学化学，2003，18(3):31

［3］ 武汉大学.分析化学.第4版.北京:高等教育出版社，2002

［4］ 华中师范大学，东北师范大学，陕西师范大学，等.分析化学.第3版.北京:高等教育出版社，2002