教學方法在分析化學實驗教學的應用

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[摘要]分析化學實驗課程是高等學校理工科類專業的基礎實踐課程。針對目前分析化學實驗教學中存在的問題，本文將案例教學法和問題導向教學法引入了分析化學實驗教學，并以“銨鹽中氮含量的測定”為例，對教學方法的具體實施過程進行了詳細闡述。通過兩種教學方法在分析化學實驗教學中的融合，可有效激發學生的學習興趣、培養學生的自主學習能力以及提高學生的綜合分析能力。

[關鍵詞]分析化學實驗；教學模式；案例教學法；問題導向教學法；氮含量測定

分析化學作為化學學科的主要分支，是研究物質的組成、含量、結構及形態等化學信息的分析方法及理論的一門科學。分析化學的主要任務包括定性分析(鑒定物質化學組成)、定量分析(測定組分相對含量)和結構分析(研究物質分子結構)。其中，對于定量分析而言，樹立“量”的概念以及培養強的實驗操作能力是準確測定物質各組分含量的前提。分析化學實驗課程是與分析化學相輔相成的一門課程，其實驗內容與理論課程中的定量分析內容。

1基于案例教學法和問題導向教學法的教學模式

案例教學法是指教師以教學為目的，通過選擇兼具共性和典型性的案例作為教學素材，創建案例情景，并基于案例組織學生展開討論、分析及思考，使學生加深對理論知識的理解，同時開拓學生的思維及提高學生解決實際問題的能力的一種教學方法[5-6]。一一對應，主要包含滴定分析法(酸堿滴定、配位滴定、沉淀滴定、氧化還原滴定)、重量分析法和分光光度法。分析化學實驗課程的開展[1]，一方面可以深化學生對理論知識的理解，同時訓練學生的實驗操作，讓學生更好的將理論與實踐相結合；另一方面可以培養學生分析及解決問題的能力，全面培養學生的創新思維、創新能力以及科研素養等綜合素質。當前分析化學實驗的教學模式主要為學生撰寫預習實驗報告、教師講授實驗原理及實驗步驟、教師演示部分實驗操作、學生完成實驗、學生處理數據及書寫實驗報告。然而，這種傳統的以教師為中心的教學模式存在諸多弊端[2-4]，如：(1)學生的興趣不高，分析化學中滴定實驗的操作大多類似，對于學生而言，單純的重復實驗操作比較枯燥；(2)學習效果較差，學生都是按照書本上的實驗步驟進行操作，對于實驗過程中遇到的問題大多直接略過，缺乏對實驗的思考，很難真正將理論與實踐相結合，更難以培養其自主探究能力及創新思維。因此，如何改革現有的教學模式，從而激發學生的學習興趣以及提升學生的學習效果，是分析化學實驗教學中教師面臨的重要課題。本文以“銨鹽中氮含量的測定”為例，嘗試將案例教學法(Case-basedTeaching，CBL)和問問題導向教學法是以問題為導向、以實踐為基礎的一種教學方法，是指教師在教學過程中構建與課程內容相對應的問題情景，學生以小組討論的方式參與已設計好問題的學習，強化學生對課程知識點掌握的同時，也能進一步提高學生的小組協作能力以及實踐能力[7-8]。不同于傳統教學方法，案例教學法和問題導向教學法均是“以學生為中心”的教學方法，兩種教學方法在激發學生學習興趣、培養學生自主學習能力以及發現問題、分析問題、解決問題等方面均有獨特的優勢。對于案例教學法而言，案例的選擇是核心問題。教學案例的選擇應遵循以下幾個原則[5-6]，一是科學性原則，教學案例必須是真實事件；二是針對性原則，教學案例要能夠與課程中的某個關鍵性的理論知識點相對應；三是綜合性原則，教學案例要具有內容多樣性，包含多個知識點，使學生可以多視角學習知識。問題導向教學法的基本環節一般有提出問題、分析問題和解決問題[8]，因此問題的設計與解決是問題導向教學法的核心問題。基于以上討論，針對“銨鹽中氮含量的測定”實驗，擬選擇2008年“三聚氰胺毒奶粉”事件為教學案例。主要原因包括：一是與實際生活題導向教學法(Problem-BasedLearning，PBL)引入分析化學實驗授課，通過針對實驗內容合理引入生活中的案例以及設計針對性問題，以期提高學生的學習積極性、強化培養學生的自主思考能力以及獨立解決問題的能力。關系緊密。蛋白質是生命的物質基礎，其既是機體重要組成部分的參與者，同時也是生命活動的主要承擔者，對人體而言至關重要。奶粉中的蛋白質起到可以補充人體所需蛋白質及提高人體免疫能力的作用，所以如何測定奶粉中的蛋白質含量具有現實意義，再由此引出氮含量的測定方法，如此能夠激發學生的興趣；二是該案例涉及到的理論知識點較多，如樣品前處理、酸堿平衡及酸堿滴定等，案例的講解能進一步提高學生對理論知識的綜合運用能力。與此同時，問題導向教學法中問題的提出則主要分為三個階段進行，第一個階段是在實驗課前階段，也即在預習階段提出以及引導學生提出問題，組織學生對問題進行小組討論；第二個階段是在實驗講授階段，針對實驗操作提出相應的問題，深化理論知識的同時進一步規范實踐操作；第三個階段是在實驗課后階段，組織學生對本次實驗進行歸納總結，同時引導學生探究新型測定方法，培養其創新思維。

2基于案例教學和問題導向教學的教學方案設計

2.1實驗課前案例的引入及問題的導入

2.1.1案例的引入在實驗課前，將2008年中國毒奶粉事件的相關視頻推送給學生，該事件大致內容為：2008年9月，三鹿生產的嬰兒奶粉，被發現導致多位食用嬰兒出現腎結石癥狀，隨后在其奶粉中檢測到化工原料三聚氰胺，截止2008年12月底，全國累計報告因食用三鹿奶粉和其他個別問題奶粉導致泌尿系統出現異常的患兒共29.6萬人。通過此事件激起學生們的學習興趣，同時引出氮元素含量測定這一主題，并突出準確測定組分含量的重要意義。之后，教師針對案例提出相關問題，引導學生進行自主探究式學習。2.1.2問題的導入在預習階段，教師根據案例以及實驗內容推送相關問題給學生，學生以小組形式進行討論，同時每個小組根據預習材料需準備2~3個問題，然后在課堂上再對問題進行集體討論作答。針對教學案例，可推送問題如下：(1)我國奶粉中蛋白質含量的國家標準是多少？(2)蛋白質含量測定的原理及方法是什么？(3)為什么三聚氰胺的添加會導致檢測出的蛋白質含量增加？(4)如何避免這種情況的發生？(5)氮元素的測定有幾種方法？學生通過查閱資料及小組討論，就可得知奶粉中蛋白質含量的國標為每100g嬰幼兒奶粉中含12~25g蛋白質。且奶粉中的蛋白質測定方法為凱式定氮法，該方法的理論依據是蛋白質中的氮元素含量一般占其總量的16%，因此，只要測定出物質中的氮元素含量，即可推算出物質中的蛋白質總量。凱式定氮法的大致步驟為先用濃硫酸消化樣品使有機氮轉變為無機銨鹽，再用蒸餾法測定銨鹽中的氮含量，從而獲得蛋白質含量。而三聚氰胺的添加無疑會增加一部分是規范學生的實驗操作。比如：(1)配制NaOH溶液的蒸餾水是否需要準確量??？(2)采用取大樣的方法測定時需要稱量幾組銨鹽？(3)使用移液管時，放出溶液后管中殘留的溶液是否要用洗耳球直接吹出？(4)指示劑是否加的越多越好？為什么？(5)滴定過程中，滴定管中有少量NaOH溶液滴定到錐形瓶壁上，是否會影響滴定結果？需要如何操作？經過在實驗過程中與學生討論以上問題，進一步深化學生對理論知識的理解，同時用理論指導實踐，此外，也能夠起到規范學生實驗操作的作用。

2.2實驗課中問題的導入

實驗課前問題的提出主要是幫助學生掌握理論知識點，實驗課中問題的提出則主要是針對學生的實驗操作，對于分析化學而言，熟練的實驗操作是獲得準確測定數據的前提。

2.3實驗課后問題的導入

針對學生實驗報告中的數據處理部分，推送相關問題：(1)儀器測量(如分析天平、滴定管)獲得的數值和數據處理計算獲得的數值在有效數字的保留方面有何不同？(2)相對平均偏差一般保留幾位有效數字？通過問題的推送讓學生進一步明確分析化學中測量的數值和運算的數值在有效數字上的差異，以及有效數字的概念及其運算規則，可有效避免在后續實驗中的混淆。同時，培養學生的創新思維及創新能力也是分析化學實驗課的重要目標。因此，在實驗結束后，組織學生討論所使用的酸堿滴定法存在哪些不足之處，且提問“如果待測液為有色溶液或本身較為渾濁，如何去測定其含量？”引導學生搜索資料查找新型酸堿滴定方法，如電位滴定法，相比較于指示劑法，電位滴定法可有效避免待測液自身對測定造成的影響，以及可實現自動化滴定，且準確度和靈敏度較高。以此進一步拓寬學生的視野、培養學生的創新思維以及對科研的興趣。

3結語

將案例教學法及問題導向教學法引入分析化學實驗教學中，通過案例的設計以及問題的提出均可以起到激發學生的學習熱情以及引導學生進行自主探究式學習的作用，從而真正實現以學生為中心的課程教學，與此同時，該教學模式對于培養學生的自主學習能力、創新思維以及分析和解決問題的綜合能力都有重要意義?？傊?，基于案例教學法及問題導向教學法的分析化學實驗課程的建設值得在分析化學實驗課程中進一步研究，繼而提高實踐課程教學效果。參考文獻樣品中的氮元素含量，基于凱式定氮法無法判斷氮元素的來源，因此導致樣品中測定的蛋白質含量增加。欲避免這種情況，只能在樣品進行蛋白質含量測定后，再對樣品進行三聚氰胺達標檢測。最后，氮元素的檢測方法有蒸餾法、甲醛法、凱式定氮法等，我們實驗中是采用甲醛法來進行銨鹽中的氮含量測定。針對本次實驗，可推送如下問題：(1)溶解鄰苯二甲酸氫鉀的蒸餾水是否需要準確量?。?2)為什么不用NaOH溶液直接滴定NH4+？(3)實驗中加入甲醛的目的是什么？(4)溶液呈微紅色且30s內不褪色即為滴定終點，如果30s后微紅色消失是否需要繼續滴加NaOH？為什么？(5)如果高錳酸鉀滴定過氧化氫時過量的高錳酸鉀(紫紅色)指示滴定終點的到達，那30s后溶液紫紅色褪去是否需繼續滴加高錳酸鉀？原因是否與問題(4)相同？經過以上問題的探討，包括濃度標定過程中的定量關系、一元弱酸弱堿準確滴定的條件、指示劑變色的本質原因等，有助于學生真正理解實驗原理以及更好的將理論知識與實踐相結合，真正了解每一步的實驗操作以及每一個實驗現象背后的原因。

參考文獻

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作者：徐凱佳 金盈 吳友吉 錢銀銀 單位：安徽工程大學