分析化学实验教学模式的研究与实践

陈燕清 舒红英

(南昌航空大学，江西 南昌 330063)

分析化学实验是高等学校化学专业必修的核心课程之一，其担负培养学生化学实践能力的重要责任[1-2]。传统的实验教学中存在着以下问题：(一)预习效果不佳，学生单纯地抄袭课本；(二)以教师为主体，老师花大量的时间讲解实验内容，演示实验操作，师生互动时间有限；(三)实验过程中学生“照方抓药”，缺乏探索精神；(四)实验教学内容设置不合理，验证性内容较多，思维锻炼机会少；(五)实验教学目标定位简单，只注重“三基”和动手能力的培养[2]。《专业国标》明确了实验教学在科学素养、应用能力(特别是解决复杂问题的能力)和创新能力培养中的重要作用。这标志着实验教学要求已经从知识导向型和技能导向型向能力导向型和素质导向型转变[3]。要提高分析化学实验的教学质量，必须确立学生在实验过程中的主体地位，必须给学生提供更多的动手、讨论、协作的机会及必要的思维训练项目[4]。我们分析化学课程组提出以提高学生能力为目标，课外训练与课堂探究齐抓的分析化学实验双轨教学模式。几个学期的教学实践证明，改革后的教学模式切实激发了学生的兴趣，提高了学生的学习主动性，增加了团队交流及协作互助机会，营造融洽的师生关系，增强学生应用综合知识的能力。

1 确定课程教学目标

爱因斯坦说过：“在一个崇高的目标支持下，不停地工作，即使慢，也一定会获得成功”。明确分析化学实验课程总目标，学生才能更好的规划学习，提高学习的自主性。开课前我们把列有分析化学实验课程学习总目标的表格发给学生。其内容包括常用玻璃仪器基本操作技能、大型仪器的使用及维护方法、化学分析基本原理、分析化学实验基本知识、实验方案设计等等。通过实验总目标的构建，学生不仅能知道单个实验项目，也能兼顾不同实验项目间的差异目标及共性目标。另外我们在正式开始实验前，要培养学生牢固树立安全意识。近几年，高校因学生不规范操作导致很多起实验室安全事故发生，我们把收集到的安全事故案例，分析实验室可能出现的安全性问题(如实验过程中不小心把酸溅入眼睛，强碱灼伤，被玻璃仪器割伤，被电热板烫伤)及解决办法做成教材素材上传到泛雅网络教学平台，学生自行观看，达到警醒教育学生的目的。

表1 分析化学实验教学目标

2 利用互联网+技术，把好预习关

我们利用Camtasia Studio制作了10个实验的教学课件，10个分析化学实验教学微视频，9个基本操作微视频，以及5个仪器使用方法微视频，每个实验都配有相应的预习作业。开课前我们将制作的这些学习支撑材料发布到泛雅网络教学平台。学生通过手机端观看实验教学微视频，基本操作微视频，仪器使用方法微视频，同时完成每个实验的习题作业。教师及时查看学生完成情况：如视频观看时长、作业完成情况。对未完成或完成质量差的同学，在课前及时提醒，对拒不完成的同学小惩当次不做实验。

表2是我们设计的邻二氮菲显色分光光度法测定铁实验预习任务。习题一般设计成填空题、选择题、判断题。习题有固定答案，网络平台可以自动评判答题结果。实践结果表明，学生对这种预习方式表现了极大的兴趣。有的同学习题完成情况不好，主动重复看课件、看视频，并要求老师将作业打回重新完成。在预习过程中遇到问题，学生也会主动在平台上和老师讨论。

表2 邻二氮菲分光光度法测定铁预习习题

3 调动学生能动性，让学生参与实验准备

实验前安排一个实验小组和实验教师一起准备实验，学生也可以收获很多，如可以增加学生的动手机会，增加师生交流机会，了解实验的完整性，这些都为后续融洽的课堂气氛打下基础。在分析化学实验的准备过程中，学生可以学习如何得到标定实验所需的无水碳酸钠，无水草酸钠，无水碳酸钙，学会烘箱的使用方法；学会配制甲基橙、酚酞、钙指示剂、铬黑T指示，并知晓配制方法不同的原因。自来水硬度实验要用到pH约为10的缓冲溶液，虽然理论课讲述了缓冲溶液的选择方法及配制方法，但在试剂准备过程中，学生还是会纠结于氯化铵是应该用台秤称，还是该用电子分析天平？取用刺激性气味的氨水在实验台上还是通风柜中？用量筒量取还是用移液管取？同学的质疑过程增加了小组同学间，师生间的交流与互动。邻二氮菲显色吸光光度法中需要用到Fe2+标准溶液，实验教材要求用分析纯的硫酸亚铁胺。试剂准备过程中可以让小组同学讨论：可不可以用氯化亚铁、硫酸亚铁替代？对于100μg/L Fe2+标准溶液，同学很容易错误的计算成配制100μg/L(NH4)2FeSO4所需的质量。学生在试错、讨论交流中各项能力得到不断完善提高。

4 重视课堂讨论，锻炼思辨能力

课堂讨论给予了学生自由展现风采的机会，调动了学生的积极性，通过交流也让学生相互学习借鉴，有利于形成一种团结学习，积极进取、勇于创新的氛围，锻炼了学生的思辨能力。

基于同学预习了当次实验内容，实验前教师的讲课环节改成学生展示和讨论环节。比如盐酸标准溶液标定实验中滴定管的使用方法，教师随机点名同学讲述并展示滴定管的使用方法。虽然有时同学讲述过程不很完善或出现错误，引得同学大笑。但同学都是非常专注的，对出现的问题非常积极的指出。实验步骤没有给出基准试剂碳酸钠称取质量，我们就此重点展开讨论：标定盐酸还可以用其它基准试剂吗？基准试剂的称量质量范围怎么确定？通过讨论学生明确滴定分析的误差要求，掌握可以通过滴定体积的范围计算基准化学试剂的质量范围。展示环节和讨论环节课堂气氛非常活跃。当得到其他同学和老师肯定的时候，参与展示的同学实验信心大大增强，实验自主意识也提高了。

定量分析化学实验课其直接目的是让学生学会分析各种样品的化学成份含量，所以在实验的每个环节都要突出一个“量”字。由于有同学对有效数字的重要性不够重视，有效数字不能正确记录及修约实验数据。比如有同学滴定管的读数只记录到小数点后一位，把绝对偏差与偏差的绝对值概念混淆，计算出的偏差全是正值。有同学把相对平均偏差计算结果为零。每次实验结束后，我们要求三名同学在黑板上列出他们的实验数据及计算过程，其他同学来评定实验数据的规范性、精密度、准确度。我们请记录规范、结果计算正确的同学讲解数据记录及计算过程中的注意事项。后续学号相邻同学互相检查、评价，修改错误结果。教师与同学一起讨论规范记录与计算的意义，并讨论如何判断自己实验结果中是否出现可疑数据。

5 重视课后思考，培养探究素养

定量分析化学实验课程不仅要教会学生分析化学的原理及娴熟的实验操作技能，还要积极引导和培养学生的学习能力、独立思考能力、分析问题和解决问题能力。过多的验证性实验容易束缚手脚，限制思维，把学生控制在狭隘的操作能力上。一个完整的定量分析实验过程包括：分析方法的选择，试样的取用量，试样的处理方法，分析原理，具体的实验步骤，数据处理，误差分析。为了突破有限学时课堂的限制，我们给学生设计了三个具有层次性的设计性题目作为课后思考作业。分别为：混合液分析，氨水(0.1mol/L)-氯化铵(0.1mol/L)混合液分析；复杂样品中单一组分的分析，蛋壳中钙含量分析(蛋壳中的主要成分为碳酸钙(CaCO3)约占93%)；复杂样品多组分同时分析，定氮合金中铜、铝、锌含量测定(三组分含量50%，45%，5%)。第一个层次的设计题目要求学生能选择合理的分析方法，能列出所有所需要的仪器及试剂，列出完整的实验步骤；第二个层次的设计题目除了第一个设计要求外，还要给出样品的取用量，样品的处理方法，每种试剂所需要的浓度，影响实验结果的关键因素，以及实验安全事项。第三个层次的设计题目时除了要满足第二个题目的设计要求外，还需综合考虑酸度、掩蔽、解蔽等条件对实验结果的影响。三个设计题目分别在开设混合碱分析、自来水的硬度测定、邻二氮菲显色吸光光度法测定铁之后布置给同学。通过这种递进式层次性设计，同学一步步掌握定量分析各个环节要素。在方案设计过程中，要求同学既要考虑方法的适用性，各个试剂合理用量，避免不必要的浪费及环境污染，同时还要考虑实验步骤的严密性，保证分析结果的准确性。设计性题目的开设，摆脱了学生认为实验就是“依葫芦画瓢”，学习几个实验操作的过程。设计性题目任务极大的调动了学生的学习积极性，学生自觉地复习所学知识，查阅资料，力求实验方案完整合理。对于每一次的设计报告，我们要求有两组同学进行课堂汇报，其他同学进行质疑，锻炼同学的思辨能力。

定氮合金中铜、铝、锌含量测定为我们必修的设计性实验，学生2个同学一组，通过协作、探究完成实验。同学纷纷表示对用自己设计的方案完成实验收获颇大。

6 结束语

分析化学实验教学重点是培养学生树立“量”的概念，以及解决实际问题的创新能力。围绕教学目标，课程组打破传统“重”操作，“轻”理论，用理论指导操作，通过实验过程总结经验。在实验过程充分发挥学生的主体地位，增加师生，生生的互动，通过不同思维的碰撞，扩大学生的视野，培养学生实验过程科学严谨的态度。