“分光光度法测定铁含量”教学实验的思考与改进

蒋德敏，方荣美，陈书鸿，陈 星，黄美英，梁克中，黄 萍，刘瑀焓

(重庆三峡学院环境与化学工程学院，重庆 万州 404100)

“分光光度法测定铁含量”教学实验的思考与改进

蒋德敏*，方荣美，陈书鸿，陈 星，黄美英，梁克中，黄 萍，刘瑀焓

(重庆三峡学院环境与化学工程学院，重庆 万州 404100)

从提高学生操作实践动手能力为出发点，对"邻二氮菲分光光度法测定铁含量"的教学实验进行了深入讨论，分析该实验在教学过程中存在的问题。针对各方面问题所在，并结合我校实验教学条件，对该实验的教学方法进行了改进和教学内容作了适当补充。以培养大学生探索、研究、分析和解决问题的综合能力为目标，在教学过程中应当引入具有探讨性的问题，并引导学生分析问题和协助学生解决问题。

分光光度法；铁；教学实验；改进

铁元素含量丰富，很多样品中都含有铁，有关铁含量的检查分析方法有多种，常见方法有原子吸收法[1]、可见光分光光度法[2-3]等，原子吸收法具有准确度高、操作简单的优势，但是样品前处理复查，仪器运行维护成本较高。可见光分光光度法具有操作简单，运行成本低的优势，适合作为本科教学实验。同时，有关分光度法测定铁含量的研究报道较多，在文献报到中有采用正交法设计实验测定铁含量[4]，但是这些方法操作复杂，不适合本科教学实验。很多教材都有邻二氮菲分光光度法测定铁含量的实验，“邻二氮菲分光光度法测定铁含量”的教学实验比较经典和完善，在教学实践中已经使用多年，但是该实验在教学过程中也存在一些问题需要改进和完善。在有关“邻二氮菲分光光度法测定铁含量”实验的改进和完善的报道中，大多都是从科学研究的角度所作的改进[5-6]，对“邻二氮菲分光光度法测定铁含量”实验教学过程的改进与思考报道少见。笔者结合自身教学经验，对该实验在本科教学过程中存在的问题作了简要的分析和探讨。本着以学生为中心，从培养学生研究问题、分析问题和解决问题的能力为出发点，对“邻二氮菲分光光度法测定铁含量”实验的教学方法作了适当的调整，将传统经典的验证型教学实验整合成探索研究型综合实验。

1 传统教学方法

1.1 传统教学

“邻二氮菲分光光度法测定铁含量”是分析化学实验中的一个基础实验，其教学目的是使学生掌握该方法测定铁的原理及方法，学习如何选择吸光光度分析的实验条件及了解721 型或722 型分光光度计的构造和使用方法。对于这一类经典型的教学实验，在传统的实验教学过程中，实验指导教师将实验原理和实验过程讲解给学生，列出所需实验仪器和试剂，并简要介绍分光光度计的组成部件、结构以及使用方法，再将实验步骤按照实验教材列出并进行简要讲解。实验过程与操作很简单，学生只需要按照实验指导老师所讲述和实验教材的步骤进行，基本能完成实验操作过程。

1.2 传统教学过程的问题

在传统实验教学过程中，学生仅体现出操作工，实验内容依然陈旧，缺乏教学内容、方法的创新与改进，仍然是以典型的验证实验为主，未能锻炼学生的创新思维和意识。传统实验教学效果较差，学生在实验操作和学习过程中未能实现对相关知识点的领悟和掌握，没有达到以创新能力、学生自主实验、个性化学习为主的实验目的，未能实现对学生自主探索、创新能力的培养。

同时，将“邻二氮菲分光光度法测定铁含量”教学实验拆分成两个实验教学，会导致实验指导教师在教学讲述与指导过程中造成混乱，容易出现顾此失彼的现象，在教学过程中有关知识点的讲解不具备连贯性和递进性。两个实验教学过程，相关知识点与原理讲解的搭配不太合理，比如，邻二氮菲与铁的配合显色原理应该在第一个实验中讲述，让学生明白显色原理后才能让学生明白为什么要做后续的测定条件实验，条件测定试验因素的探索对测定铁有什么影响。

2 “邻二氮菲分光光度法测定铁含量”教学实验与过程的改进

教学实验需要循序渐进、逐步深入的模式导入教学内容，以学生为主、教师为辅的教学模式引导学生分析问题、思考问题，培养学生探索问题、研究问题、解决问题的综合能力。在实验教学过程中，不仅需要对实验内容、方法等操作知识点的讲解，还学要对理论课程相关知识点进行合理与必要的回顾，理论与实践是相辅相成的关系，使学生对知识点系统化、网络化，让学生明白实验教学的重要性。由于传统“邻二氮菲分光光度法测定铁含量”教学实验内容与过程比较陈旧，为了使学生能够适应现代企业和单位对人才的需求，需要对现行教学内容和教学过程进行适当的调整与改进。

2.1 教学方法的改革与创新

在现代化教学过程中，需要转变传统教学观念和模式。作为实验教师，需要进一步对实验内容和过程本身进行深入学习和研究，在实验教学过程中，指导教师起引导作用，以学生为主体的教学理念体现在现代化实验实践教学过程中。从过去的以教师先讲解、学生模仿操作的教学模式转变为以学生自主探索、分析和解决问题为主体的教学模式，结合相关教学经验，在教学方法上主要作三个方面的调整，分别是指导学生预习、实验方案的研究和预习报告的批阅。

2.1.1 转变传统教学理念

“教学联系实验、实验检验教学”的实验教学理念，实验教学通常按照教师先讲授和梳理实验原理、操作基本技能与要求等。在实验理论课教学中加强对实验基础知识和实验过程中常备技能的讲授，夯实学生的基础知识，提高学生理论知识和动手能力，加强对实验教学方法和教学模式的改革与完善。通过不断探索、理论联系实际，以引导式、启发式、辅导式、协助式、探究式等逐步提高学生自主性学习的教学方法，培养学生的实践动手能力和科学创新能力。在“邻二氮菲分光光度法测定铁含量”教学实验中，需要对郎伯·比尔定律的相关知识点进行回顾与复习，让学生将实验操作的学习与理论知识联系在一起，使学生学习过程中自主领悟理论与实践之间的相互关系与作用。

2.1.2 指导学生预习

在传统的实验教学过程中，实验指导教师会提前通知学生下次实验的课程内容，要求学生在课余时间预习。在现代网络便捷的时代，学生很难静下心来看书与学习，大多数同学都事在临近实验开始前，将实验课本所编的实验内容匆忙的浏览一下，未能达到预习的效果，更有同学没有完成相关实验的预习任务。导致在实验内容讲解过程中，学生跟不上讲述的节奏，学生自己在完成实验时，基本不按指导教师提醒与要求进行实验，大多数同学只是简单按照教材内容所设定的步骤完成实验。学生对实验的预习具有重要作用，在实验课开始之前，学生按照相关实验课程和实验指导教师的相关要求预习，并查阅有关文献，鼓励学生提前进入实验室了解相关实验所需仪器、药品等，并了解各自在实验中的相关作用。学生再结合相关教材、文献对将开展的实验进行初步预习，形成自己的预习报告。教师在指导学生预习时，需要给学生设置问题，引导学生对问题的分析，以及在实验实验过程中可能出现的相关情况。在“邻二氮菲分光光度法测定铁含量”实验的预习中，指导学生分析各种试剂在实验中的作用、邻二氮菲与铁的显色原理等。为什么需要加入盐酸羟胺？能否用其它试剂代替盐酸羟胺？比如抗坏血酸。同时在预习过程中，要求学生掌握反应式等。要让学生明白对实验过程的预习重要性，使学生花更多的精力在实验前的预习工作中。

2.1.3 实验方案的研究

实验教材所列举的教学方案是比较完善和经典的方案，大多数院校都是直接按照教材内容授课，很多经典实验方案上缺乏改进和创新。我们对实验方案研究的目的是让学生明白在众多实验方案中为什么选择本方案，能否用其它方案取代，同时在该过程中培养学生选择识别判断能力。在测定铁的实验教学与科研中，有多种方法，比如原子吸收分光光度法、邻二氮菲显色分光光度法等方法。我校在"邻二氮菲分光光度法测定铁含量"教学实验教学中采用的单因素对实验测定条件进行教学，在教学过程中，实验方案单一，未能激发学生的探索和研究兴趣。让填鸭式教学过程向主动探索式转变，"邻二氮菲分光光度法测定铁含量"的实验可以设计多种实验方案，传统实验方案探索得到的测定条件离理论最佳条件还有一定偏差，需要进一步优化。除了传统经典的实验方案外，还可以设计为正交实验，在传统实验研究的基础上，选择几种影响明显的因素，对铁的测定条件采样正交法进行优化，在实验条件允许的院校可以采用二次响应曲面法对实验条件进行优化。

在本科教学实践实验中，大多采用操作性强，适合本科层次的教学方案。有利于学生完成实验操作，让学生在实践过程中掌握相应的基本技能。但是，仅仅这样的教学方案对于培养研究型和应用型本科生还不够，还需要进一步深入和完善，需要在基本实验方案的进行延伸和拓展。根据学生的专业、基础和层次选择合适的教学方案，比如，化学师范、应用化学以及物理化学等理学专业可以加大实验深度与难度，在单因素实验方案的基础上可以进行延伸，可以传统教学基础上采用正交实验和二次响应曲面法。对于化学工程与技术以及相关工科专业，需要在实践教学过程中逐步培养学生的工程思维和理念，可以向工程应用方面拓展。对实验方案的研究能够起到有效实培养学生思考问题、研究问题的能力，使我校相关专业学生科研与业务能力满足时代发展和市场经济背景下用人单位的要求。

2.1.4 预习报告形式的改进

目前，学生预习报告形式单一，未能有效体现学生在预习过程中付出的时间与精力，同时相应的考核机制也不健全。绝大多数都是将实验教材的教学实验目的、实验原理、实验内容等相关内容往预习本上抄一遍，这样不但没达到预习效果，反而增加了学生的学习负担，很多学生在其他课堂上写预习报告，导致学生成了"操作工"，反而使其它课程的学习时间都被耽误。需要对现行预习报告的形式和模式进行改革和改进，淡化对内容的重复抄写过程，重点在于对分光光度计的工作原理的了解、对邻二氮菲与铁的显色原理进行分析、各种试剂在测定过程中所体现的作用以及对各种影响测定因素对测定值的影响情况进行讨论，在预习报告中主要体现学生分析问题和解决问题的能力。使学生从传统的抄写实验报告的模式转变到分析研究实验过程与问题的模式中，在实验教学过程中逐步培养学生探索、研究、分析和解决问题的能力。作为实验指导教师在布置预习任务时可以简化内容，减轻形式上的学习负担。同时对学生的预习形式可以多元化，尽量避免单一模式，这样不仅可以避免学生之间相互抄袭，还可以激发学生自主分析问题、查阅文献等方面的能力。实验指导教师在批阅实验预习报告时，主要查阅学生对问题的分析能力以及解决问题的能力，若，学生对问题分析不够全面或者不准确的，需要及时对批出和引导，在批阅预习报告过程中以发现学生在预习过程中出现的问题为重点，以便在实验教学与指导过程中加以强调和引起学生对相关问题的重视，同时，使学生在实践过程中进一步对相关问题的深入思考和讨论。

2.2 实验内容的调整

对“邻二氮菲分光光度法测定铁含量”教学实验在各个环节所出现的问题进行了简单的分析后，为了使本科层次的学生在该实验教学实践过程中学到更多的知识，以培养学生探索问题、研究问题、分析问题和解决问题的能力为导向，需要对现行教学模式进行适当的优化调整。将两个实验整合成一个探索研究型综合实验，以传统经典实验为基础设计为探索研究型综合实验具有较好操作性，学生在学习过程能够借鉴和查阅的文献较多，适合本科层次的教学。以培养学生探、研、分、解问题的能力为目的，需要对实验教学目的、实验原理、实验步骤以及实验数据处理等环节进行适当的调整与改进。

2.2.1 实验目的教学改进

了解分光光度法测定铁的原理及分光光度计的使用方法；学习测定铁的方法研究与分析过程；培养学生研究问题、思考问题和解决问题的综合能力。

2.2.2 实验步骤教学改进

将两个教学实验整合为一个实验教学，其实验步骤分别按以下顺序进行：(1)吸收曲线的绘制，(2)显色剂用量的确定，(3)溶液酸度的影响，(4)显色时间的影响，(5)还原剂用量的确定，(6)标准曲线的绘制，(7)试液铁含量的测定。

实验指导教师在讲解实验步骤时，在教学过程中，分别在每个环节中设置相应的思考题和问答题，让学生参与课堂互动，有利于培养学生思考问题和分析问题的能力。以溶液酸度为例对问题的设置进行阐述，让学生明白在本实验中为什么要考察溶液酸度对测定影响。

指导教师导入问题：溶液酸度过高或过低，对测定有什么影响？有哪些副反应发生？

指导教师引导学生对问题的分析与讲解：酸度过低时，溶液中H+较多，本实验中能与H+反应的副反应均有可能发生，比如：邻二氮菲分子中的氮与H+配位，从而影响邻二氮菲与三价铁离子的显色。当溶液酸度呈碱性时，Fe3+会发生水解。所以溶液酸度过高或过低都对测定结果准确度有影响，在测定时需要探索合适的pH值范围。

学生在实验指导教师的引导下，能够理解做该条件因素的意义和作用，按照这样的教学模式引导学生自主学习，学生在实验操作过程中不再是简单的依葫芦画瓢。学生在实验过程中遇到问题能够自己分析与探讨，使学生的学习能力和动手能力得到相应的提升。

2.2.3 实验数据处理

目前学生在做完实验后，不知道如何对实验数据进行处理，导致实验结果不能有效反应学生的实验操作中付出的精力，不能区分学生在实验操作过程中是否认真。同时，学生本人也不知道哪些数据合理，哪些数据不合理。目前，对于低年级的本科生来说，还不具备独自完成数据处理的基本能力，还需要教师的指导下才能完成对实验数据的处理。建议采用Origin等绘图软件对相应的实验数据作图，在实验测定条件的数据处理中，当数据图出现平缓时为最佳条件。学生实验过程中记录的数据与其它附近数据偏离较大或者很大时，要分析其原因，有可能是学生错误操作出现数据，在数据处理和分析时应将其舍掉。

2.3 实验报告形式的改进

以往学生在实验完成后所交的实验报告形式陈旧，不能有效体现学生对实验操作实践学习情况。将实验的实验目的、实验原理、实验步骤在实验报告册上抄一篇，将数据记录的相关内容内容填写在实验报告册上，实验教师在批阅实验报告时，不能有效获取学生对实验过程、原理以及数据处理方面的掌握情况。为了减轻形式上的学习负担，同时增强学生自主学习能力，建议将实验报告内容简化，形式多元化。实验完成后，实验指导教师可以根据实验内容提出几点具有思考和探讨性的问题，学生围绕问题做分析和讨论，学生可以分析该实验那些是关键因素，哪些因素或操作不当容易导致实验失败。

3 结语

对"邻二氮菲分光光度法测定铁含量"教学实验存在的问题进行了讨论和分析，为了培养学生探索、研究、分析和解决问题的综合能力，对该教学实验不妥的部分进行了适当的调整与改进。在教学过程中淡化了形式化、重复性的预习报告和实验报告，在实验教学过程中加强了“问题”的设置与解析，让学生在实验过程中知道每步实验操作的原理及其相关问题。在“邻二氮菲分光光度法测定铁含量”传统经典的教学实验基础上，设计成探索研究型综合实验，具有较好操作性，适合本科层次的教学。

[1] 喻 慧，陈 兰，火焰原子吸收光谱法测定再生锌原料中的铁[J].湿法冶金，2016,35(4):365-368.

[2] 徐 斌.邻二氮菲吸光光度法测定总铁含量试验研究[J].大氮肥，1996,19(3):228-231.

[3] 陈保东，对“邻二氮菲比色法”测铁的改进[J].中国卫生检验杂志，2010,20(12):3492-3502.

[4] 梁 玉，珍李丽，曲曾禄.用正交试验法优选邻二氮菲光度法侧铁的实验条件[J].齐齐哈尔师范学院学报，1987,1:47-51.

[5] 秦 岩.邻二氮菲分光光度法测定微量铁实验的改进[J].沈阳医学院学报，2008,10(1):44-45.

[6] 王春燕，刘逸，杨胜园，等，邻二氮菲分光光度法测定水样中铁的不确定度评定[J].南华大学学报，2009,23(3):65-67.

(本文文献格式：蒋德敏，方荣美，陈书鸿，等.“分光光度法测定铁含量”教学实验的思考与改进[J].山东化工，2017，46(12)：157-159.)

2017-04-18

重庆三峡学院教改项目(JG150707，SD150114)

蒋德敏(1987—)，湖北利川人，硕士学历，助教，研究方向：化工新技术新工艺开发

G642.0

A

1008-021X(2017)12-0157-03

教育与培训