大学化学实验中的误差理论教学

张秀芹

(渭南师范学院化学化工系,陕西渭南 714000)

大学化学实验中的误差理论教学

张秀芹

(渭南师范学院化学化工系,陕西渭南 714000)

简单阐述了误差理论教学的意义,实验过程必然存在误差,误差理论教学是培养和提高学生能力和素质的一个重要途径;分析了化学实验中误差理论教学普遍被忽视的原因;对进一步做好误差理论教学提出了几点建议.

化学实验;误差理论教学;实验教学

化学实验课程是大学化学及化工专业的一类重要课程,化学实验教学不仅能使学生进一步理解和掌握化学理论知识,而且也是培养和提高学生化学实验能力和素质的重要途径.关于如何搞好化学实验教学已经做过许多研究[1-4],但这些研究大都集中在改进实验教学方法,学生实验指导,或某个具体实验问题等研究方面,而对化学实验中的误差理论教学研究重视不够.笔者认为,化学实验除了一些的基本操作练习外,很多的都是药品制备和一些定量的测定实验,必然涉及误差.因此,重视和加强化学实验中误差理论教学是非常重要的.下面就化学实验中误差理论教学的意义、现状及如何加强化学实验中的误差理论教学谈点自己的看法.

1 误差理论教学的意义

(1)实验过程必然存在误差.化学实验中的实验原理、实验方法的确定、实验药品和仪器的选择、实验步骤的安排等都是为取得一定的实验结果,达到某种实验目的而设计的.化学实验教学的任务,就是根据实验原理和方法,按照实验步骤一步一步完成实验,实验结果要尽可能接近真实值,实验误差达到最小.任何实验的创新研究 (包括实验原理的完善、实验仪器和药品性能的提高、实验教学方法的改进,实验数据的处理等方面内容)都是建立在实验误差最小的基础上的.相反,再完善的实验原理,性能再好的仪器和药品,再正确的实验操作方法等,其实验结果都不可避免地存在误差,没有误差的实验是不存在的,不考虑误差而进行的实验同样也是没有意义的.

(2)误差理论教学是培养和提高学生能力和素质的一个重要途径.化学实验过程,学生必然参与操作实践,如果仅仅是按照实验步骤一步一步机械地完成实验,而对实验数据的处理和分析不够重视,比如对实验中记录的数据既不进行取舍,也不进行实验误差的计算或进行错误的计算,并且也不分析造成误差的原因,实验能力得不到提高;另外,追求实验结果的完美性只是一种理想,而实验中存在误差是不可避免的现实,如果不分析实验误差,严谨治学的科学态度也得不到养成.只有通过误差理论教学才能有效地提高学生的科学实验能力,养成严谨求实的科学态度.

2 化学实验误差理论教学的现状

在化学实验课教学中,误差理论教学普遍是被忽视的,主要表现在实验中教师不讲或很少讲误差基础知识;实验过程中,学生只关注具体操作,不关心或很少关心仪器和药品性能对实验结果带来的影响;实验操作随意性大,应该多次测定以减少偶然误差而偷工减料,测量读数时很少估计最后一位或者根本不估计数字;在实验报告中,通常只有实验结果,很少进行实验误差的计算分析和讨论或对误差仅作一点一般性的说明,等等.之所以这样,笔者认为有以下几方面的原因:一是化学实验教材 (例如无机化学教材)中把误差内容大都安排放在基本实验 (比如玻璃仪器使用玻璃管的简单加工、仪器的认领、洗剂和干燥等)之前,而这些基本实验只是一些简单的操作、观察,一般是不需要考虑误差,淡化了误差知识,另外,实验教材中也过分强调自身理论的系统性和严密性,理论联系实际较少,再就是,在真正的化学量的实验测定中,教材本身往往对实验的误差分析不作要求或者要求很低等;二是学生对实验误差缺乏必要的认识,不重视误差的处理和分析,如随意增减有效数字的位数,对直接测量和间接测量产生的误差不闻不问,缺少估算误差的知识和能力;三是高师院校的化学实验教师大都是理论教师兼任,缺乏实验误差理论教学的意识,相当一部分教师的误差理论基础不够扎实等.

3 做好化学实验中误差理论教学的几点思考

一是在实验准备阶段加强误差理论意义的教育,当然,开展此项工作的前提是教师首先要练好误差理论教学基本功.除给学生进行误差基本知识传授外,主要是教育学生明确实验过程产生误差的必然性,没有误差的实验是不存在的,完成无误差的实验也是没有意义的;实验误差是可以分析的,而且也是可以计算的,科学实验则要求必须科学评价实验误差等;让学生知道实验中,能够做的而且必须做的是把实验误差尽可能地降到最小,但绝不可能完全消除误差;还要让学生知道所减小的只是偶然误差,减小系统误差必须通过原理创新和仪器、药品性能的改进来实现等等.

二是在实验过程中指导学生减小误差方法,在实验过程中,要指导学生了解实验的每个环节、每个操作带来的误差,例如在“过氧化氢分解热的测定”实验中[5],原理上要求量热器是严格不散热的,实际量热计的散热对分解热产生的误差是系统误差,如果要减小这个系统误差,需要通过提高量热器的隔热性能.温度计测温度和利用秒表测时间对分解热所产生的误差是偶然误差,不同的人或者不同次的测量都会有不同的结果,可以通过改进方法或多次测量达到减小误差的目的.

三是在完成实验报告过程中做好误差分析.实验结束后,要求学生对实验结果进行科学的评价,做好误差分析,找出哪些因素引起系统误差,哪些因素引起偶然误差,定量计算出实验结果的相对误差,判断相对误差是否在要求的范围内,例如过氧化氢的分解热的相对误差一般要求在 -10%～+10%之间[5],如果相对误差在要求的范围之内,表明实验是成功的,否则,实验是失败的,进一步找出失败的原因,必要时还要重新做实验等等.

4 小结

误差理论是实验教学中一项重要内容,在实验条件下,尽可能减小误差是一切实验的共同要求,误差理论教学是培养和提高学生能力和素质的一个重要途径.然而,由于实验教材、学生、教师等三方面的原因,化学实验中误差理论教学普遍没有受到重视.通过在实验准备阶段加强误差理论意义教育,在实验过程中指导学生分析误差的方法,在完成实验报告过程中做好误差分析,进一步做好误差理论教学.

[1]常青.普通化学实验教学改革创新与实践[J].硅谷,2009,(20):184-185.

[2]王爱银.基础化学实验教学的几点思考[J].长春理工大学学报 (高教版),2009,(7):121-122.

[3]刘东,彭家和,江渝.高等学校实验教学改革的探索与思考[J].山西医科大学学报 (基础医学教育版),2004,(6):50-52.

[4]郑志民.如何搞好化学实验教学[J].中国实用医药,2006,(5):98-99.

[5]北京师范大学无机化学教研室,等.无机化学实验[M].北京:高等教育出版社,1983.113-116.

[责任编辑 牛怀岗]

Error Theoretic Teaching in University Chem istry Laboratory

ZHANG Xiu-qin
(Department of Chemistry and Chemical Engineering,Weinan TeachersUniversity,Weinan 714000,China)

It is stated that the errors must exist in the experiment and the error theory teaching is an approach to improving student’s quality and competence.It analyzeswhy error theory teaching in chemical experiment is ignored.Several advices are given on how to strengthen error theoretic teaching.

chemical experiment;error theoretic teaching;experimental teaching

G642.423

A

1009—5128(2010)05—0081—02

2010—03—29

张秀芹 (1963—),女,陕西渭南人,渭南师范学院化学化工系工程师.