对立体关联性的分析化学导学方法

林 洪

(玉溪师范学院 资源环境学院化学系,云南 玉溪 653100)

LIN Hong

(Department of Chemistry,Resources and Environmental College,Yuxi Normal University,Yuxi Yunnan 653100,China)

·教育教学·

对立体关联性的分析化学导学方法

林 洪

(玉溪师范学院 资源环境学院化学系,云南 玉溪 653100)

对立体;关联性;分析化学;导学方法

运用对立统一的辩证规律,阐释分析化学各知识点的相互关联性,为学生指明相关知识迁移与衍生的途径和方法,有利于培养学生的思维能力与学习能力,对其学好分析化学知识有良好的促进作用.

在分析化学课程中,有许多重要的基本概念和原理之间具有较强的逻辑关联性,如纵向的推导衍变关系,横向的对比印证关系,尤其是课程体系中的对立统一关系,如理论与实践、基础与前沿、现象与本质、整体与部分,以及共性与个性等关系体现得尤为突出[1].基于上述矛盾关系,本文以唯物辩证的方法论为指导,从六个方面来分析对立体诸要素及其相互作用,在教学中引导学生将对立体的关联性渗透到去粗取精,由此及彼,由表及里的思维活动中,把学习转变为推理和判断的方式,旨在为学生指明知识迁移与衍生的途径和方法[2],并厘清课程知识之间的逻辑关联性,达到“为思维而教”的目的[3].

对立与统一对立统一规律是唯物辩证法的核心,在事物的发展过程中,矛盾的双方既对立又统一.双方互为存在的前提,共处于一个统一体中,并依据一定的条件向着对立面转化,它提供了科学世界观和一般方法论的指导.分析化学教学内容中也不例外地蕴含大量的对立统一体.譬如,酸与碱、氧化剂与还原剂、络合物的中心离子与配体,形成沉淀的阳离子和阴离子均为对立物,它们均统一于相应的溶液平衡中,这四对对立物之间的反应是建立滴定分析法的基础.

在光学分析法中,涉及到的电磁辐射的性质具有波动性和粒子性,其二者是对立体,但又统一于Plank方程式:E=hc/λ.教学中巧妙地利用对立体的属性及其关联性,引导学生从一面可衍生出与之对应的另一面.例如,由[H+]离子浓度计算公式,将Kb换成Ka即可知[OH-]计算公式;知道系统误差具有“重现性,单向性和可测性”特点,即可知其对立体随机误差的特点“大小不定,时正时负,不可测性”.需要注意的是对立体双方在一定的条件会向着对立面转化,如同样的HPO2-4,在HPO2-4-H2PO-4共扼酸碱对体系中为碱,而在HPO2-4-HPO3-4体系中则为酸.因此条件的选择会影响对立体双方的存在状态,是影响分析结果准确性的关键,如原子发射光谱分析中,当被测元素含量高时,会出现自吸现象,影响谱线的强度和形状,所以应该控制被测元素的含量范围,避免选择自吸线为分析线.可见,将对立统一规律渗透到指导学生自主学习的教学过程中,有利于学生方法论和迁移性思维的培养,达到举一反三,触类旁通的目的.

理论与实践分析化学是从实践中产生的,又反过来为实践服务,并在实践中得到检验、证明和发展,是理论与实践紧密结合的学科.显然,学生动手实验是该对立体统一关联的最直接的方式.在理论课教学中同样可创设展示与主题相关的一个真实分析情景,构建理论与实践联通的桥梁,将枯燥的理论渗透到实际的分析情景中理解,以解决实际分析问题的应用性视角来引导理论学习[4].例如在重量分析法教学中可先展示经典的钡含量测定工作流程:试样称重→溶解→沉淀(热稀H2SO4)→BaSO4沉淀(沉淀形式)→陈化、过滤、洗涤→转移到恒重的坩埚→碳化、灰化、灼烧、洗涤→称重BaSO4(称量形式).以提高准确度为目的,学生自然知道沉淀要尽可能完全、纯净、易于过滤和洗涤等要求.从而导出溶解度及其影响因素、沉淀的形成及类型、沉淀纯度,沉淀条件、换算因子等理论问题.形成假设实践情景→理论指导→动手实验导学思路.用理论解释实验各环节应注意的细节,学生就能轻松应对实验中遇到的各种问题.因此,以直观的实践问题渗透到理论学习,可将枯燥的理论问题激活,培养学生推理、判断及应用思维能力.

基础与前沿前沿和基础知识有着密切的联系,通过两种方式渗透其关联性.一种方式是教师阐释前沿是在什么样的驱动力下从基础原理发展而来.例如,现代伏安(极谱)方法如单扫描、交流、方波、脉冲极谱法是在克服经典极谱法固有的灵敏度低和受前放电物质干扰大的不足,从改变施加电压方式和扫描速率等仪器方面的角度来达到减少充电电流、增大电解电流提高信噪比的.催化极谱法、配合物吸附波法和溶出伏安法是从提高溶液的有效利用率角度来提高灵敏度的.这样的方式可使学生明晰分析方法的发展动因,唤醒其求知欲.另一种方式把相关基础知识点融入到教师的科研成果中,借助前沿促进学生理解基础知识.循环伏安法是基本的一种电化学研究方法,将该知识点融入到本人的研究成果“硫瑾结合MoSI纳米线自组装修饰金电极对DNA的电化学放大检测”中来理解其应用,学生很容易理解该方法不仅可以用来判断电极反应的可逆性,定量测量电子转移数和扩散系数,也是纳米修饰电极的表征与电荷传输过程研究的必不可少的重要手段.不仅巩固基本方法的应用,而且让学生了解了纳米尺度上的生物电分析是当今电分析科学领域研究的热点.基础与前沿的融和突出了基础的重要性及在科研中的应用,使学生了解课程基本原理与学科最新发展的联系,感觉前沿、热点并不是触不可及,从而增强其专业自信.

现象与本质本质和现象互为事物的里表,本质决定现象,现象体现本质,二者的互相依存和统一性,决定了科学研究的可能性.二者作为思维形式,具有重要的方法论意义.教学中可采用两种方式渗透,一是透过现象把握其本质,通过溶液颜色的改变、沉淀的生成与溶解等外部特征可以定性鉴定试样中是否含有某些离子.从色谱流出曲线这一现象可判断试样中所含组分的最少个数,从色谱峰间距和峰宽现象,可对色谱柱的分离效能进行评价.当然,有时现象也会歪曲地反映客观本质,这就需要控制实验条件,排除假象干扰,如在光度分析中,如果标准曲线出现了对比尔定律的偏离,就要逐一解决溶液、单色光等问题;原子光谱法中要进行背景校正、空白实验等均是为了使得符合本质的真相出现.第二种方法是通过本质预测现象.如为了使滴定分析所消耗的标准溶液体积在一个符合准确度的预估计范围,需要依据化学反应及其计量关系,求出配制标准溶液所需大致用量;在±0.1%误差范围内,从可行性判据csp Ka≥10-8可预测某一弱酸能否被准确滴定;O2、N2、Cl2等这样同核分子,可预知振动时其没有偶极距的变化,无红外吸收.同理,有时从本质也会作出预测的偏差,教师应当引导学生查明原因.如CO2振动自由度为4,在红外谱图上可能会出现4个吸收峰,但实际上只出现667 cm-1和2 349 cm-1两个吸收峰.从红外吸收产生的条件启发学生分析原因,就能轻松理解CO2对称伸缩振动偶极距变化为零,不产生吸收,面内变性和面外变形振动的吸收频率一致发生兼并,图谱上只出现两个基频吸收峰.可见,现象与本质相互渗透的思维方式,有利于对原理的透彻理解,为发现问题、分析问题以及解决问题提供有效的思维方法.

整体与部分 一切事物都是由各个部分构成的有机联系整体,整体与部分相互影响,局部离不开整体,整体高于局部,发挥着主导作用.教学中可采用两种方式渗透该对立面,一是应引导学生从整体上把握问题,研究部分及其之间的关系,然后综合为整体以解决分析问题.例如,无机离子的系统定性分析可看作整体,试样外表观察和准备,初步试验,阳离子分析和阴离子分析,分析结果判断等步骤可看作是组成整体的部分.只有每一步骤的试验与判断准确,才可能得到对整体分析的正确结论,即部分决定整体.当对结果做出结论时,就要把观察,试验,分析得来的信息综合考虑,信息之间不允许存在矛盾的情况,这又体现了整体的主导地位.二是引导学生找准最能带动和影响整体的核心部分,如溶液平衡中各类Ka、KMY等平衡常数是滴定原理核心点,可与滴定突跃、滴定误差、指示剂的选择、准确滴定条件等重要的滴定理论问题密切关联起来.可见,整体与部分间的关联性导学能够形成一种通过分解、解剖的途径来理解课程内容体系,树立全局观念,避免静止、孤立地看问题,有助于综合与演绎思维能力的培养[5].

共性与个性 对各种分析方法加于整理,归类,注重方法之间的联系与差异,厘清其共性和个性,使之融会贯通.可使看起来杂而多的内容系统化,条理化,还可以消除知识的混淆和断层现象.例如,原子吸收光谱法与紫外-可见吸收光谱法的共性是定量基础均为比尔定律,但在应用该定律时又有区别,原子吸收法只有采用锐线光源作为激发光源,以峰值吸收测量代替积分吸收测量,才能使用比尔定律;紫外-可见光谱法是以连续光源发出经单色器获得的单色光为激发光源.通过对共性与个性的分析,帮助学生掌握方法之间的联系与差异,有利于学生比较思维习惯的养成.

总之,利用立体关联性对分析化学进行导学的方式可有效地启迪学生思维,指明知识迁移与衍生的途径和方法,培养学生的可持续学习能力.当然,除了对立统一规律外,还可尝试将质量互变、否定之否定等辩证法规律应用于分析化学教学实践[6].

[1]华中师范大学,陕西师范大学,东北师范大学.分析化学[M].北京:高等教育出版社,2001:27-61.

[2]熊川武.反思性教学[M].上海:华东师范大学出版社,1999:32-54.

[3]郅庭瑾.为思维而教[M].北京:教育科学出版社,2007:7-28.

[4]林洪,李海涛,黄齐林,等.突出应用性的仪器分析结构体系导学方法[J].大学化学,2008,23(4):24.

[5]龙宝新.有效教学的概念重构和理论思考[J].湖南师范大学教育科学学报,2005,4(4):40.

[6]阮慎康.现代化学的哲学探讨[M].北京:北京大学出版社,1995:5-23.

The Teaching Method of Analytic Chemistry Based on the Correlation of the Unity of Opposites

the unity of opposites;correlation;analytic chemistry;teaching method

Using the dialectical law of the unity of opposites,the paper interprets the correlation of each knowledge point of analytic chemistry for students and points out the ways of knowledge transference and derivative,which is beneficial to cultivate the students'thinking and learning ability and therefore promotes students'knowledge about analytic chemistry.

LIN Hong

(Department of Chemistry,Resources and Environmental College,Yuxi Normal University,Yuxi Yunnan 653100,China)

O652.1

A

1009-9506(2014)08-0058-03

2014年5月11日

林洪,教授,研究方向:分析化学.