基于真實情境下問題探究的分析化學課程設計*
——以“一元弱酸、弱堿及多元酸堿的滴定”為例

鄧海山

(南京中醫(yī)藥大學中藥學國家一級重點學科 江蘇南京 210046)

2011年4月，南京中醫(yī)藥大學舉辦第一屆課程教學設計大賽，“一元弱酸、弱堿及多元酸堿的滴定”分析化學課程教學設計方案獲得了一等獎。現(xiàn)將該作品整理成文，與同行交流。

1 學情分析與教學指導思想的確立

學情分析就是要了解影響教學實踐的多種條件因素，包括所授課程的特點以及學生的專業(yè)、年級、當前的知識及技能的準備等情況。全面而深入的學情分析，是設定教學目標的基礎，同時也為教師教什么(教學內(nèi)容)、怎么教(教學策略)以及評價教得怎么樣(教學評價)等提供了依據(jù)。

我校的分析化學課程主要面向藥學、中藥學、制藥工程等專業(yè)的大學二年級學生開設。此時學生已經(jīng)學習過多門化學類課程，并掌握了Excel等辦公軟件的使用，為本課程的學習打下了基礎。本課程又與后續(xù)的多門專業(yè)課程密切相關(如儀器分析、藥物分析、中藥分析、色譜分析等)，可以說它是聯(lián)結化學類課程與藥學專業(yè)課程的紐帶。作為一門重要的基礎課，有必要通過精心的設計來引起學生的興趣，提高學習效率。

酸堿滴定法是學生學習分析化學接觸的第一種滴定分析法，在分析化學的學習中很重要。其中一元弱酸、弱堿及多元酸堿的滴定涉及許多復雜的計算和公式推導，學習時容易感覺比較枯燥，難以深入理解。然而，這部分內(nèi)容是一個承上啟下的轉折點。在此之前，已經(jīng)講授了強酸強堿的滴定及相關的概念和計算方法，在并行的實驗課程中也開展了相關的實驗；在此之后，將介紹非水滴定法以及配位滴定、氧化還原滴定等其他滴定分析法。由于許多藥物具有弱酸或弱堿的性質，藥物分析中常用酸堿滴定法測定其含量；酸堿性很弱的藥物也常采用非水滴定法進行測定。因此，不僅本單元自身是非常重要的學習內(nèi)容，同時本單元的教學又為學習后續(xù)其他滴定分析方法打下了基礎。

圖1 教學的指導思想

基于以上學情分析，確定了以建構主義理論作為教學設計的指導思想(圖1)。建構主義認為學習不是由教師把知識簡單地傳遞給學生，而是由學生自己建構知識的過程，強調(diào)以學生的能力發(fā)展為本，不僅關注知識點的掌握，同時關注學習策略和分析問題、解決問題的思路的掌握。在這一思想指導下，可以使學生運用之前所學知識自主構建本單元的知識體系，并在事實性知識的基礎上，通過不斷的概括提煉，形成深層的、可遷移的觀念或觀念性知識，并在其他滴定分析方法的學習中得到運用。這種學習的策略和解決問題的策略可成為學生受益終身的寶貴財富。

因此，教學目標的設計不僅要求學生掌握有關的知識點，更重要的是掌握學習策略，并能夠遷移運用，形成學習能力[1]。

2 基于問題解決的教學過程

在教學過程中采用了情境教學法和問題教學法，讓學生在真實的教學情境中，通過對一系列問題進行探究，自主完成知識體系的構建。

首先，以一個真實問題創(chuàng)設教學情境。我們選擇的是以三聚氰胺在奶粉中冒充蛋白質的事件。其中，蛋白質的含量測定采用的是凱氏定氮法，即樣品中的蛋白質經(jīng)過前處理轉變?yōu)橐环N一元弱堿：氨水。再用酸堿滴定法測定氨水的濃度，根據(jù)氨水的量來推算蛋白質的含量。于是，三聚氰胺奶粉事件這個真實問題就轉化成了酸堿滴定這個化學問題。

在引導學生回顧強酸強堿滴定及相關實驗的有關內(nèi)容之后，提出下一個問題：凱氏定氮法中的酸堿滴定不是強酸強堿滴定，而是一元弱堿的滴定。對于這個新的問題，如何進行分析呢？首先，解決問題的策略在強酸強堿的滴定中已經(jīng)初步學習，在這里可以加以運用并得到強化；其次，教材中有一元弱酸(醋酸)滴定的示例可供參照；另外，所需的pH計算等有關知識在此前也已經(jīng)講過。因此，要求學生綜合利用這些已有的知識來嘗試解決這個問題。

這里涉及到大量計算，故利用學生在信息技術課程中學習過的Excel軟件，將有關計算公式輸入到Excel中，由軟件自動完成計算并繪制曲線。這樣不僅能夠調(diào)動學生的學習興趣，還能夠增強他們解決實際問題的能力。如果在軟件中改變有關參數(shù)，可以看出，滴定曲線會相應發(fā)生變化，這可以使學生自己體會到滴定分析中的有關影響因素，并得出有關結論。

在進入多元酸堿滴定的教學之前，安排了一個小練習，作為弱酸弱堿滴定教學的形成性評價。利多卡因是一種常用的具有弱堿性的麻醉藥，在藥物分析中采用酸堿滴定法測定其含量，這是藥物分析中的一個真實問題，與學生今后的專業(yè)學習直接相關；此外，在藥物分析中，利多卡因采用的是非水溶劑中的酸堿滴定，因此，這個小練習又為后續(xù)的非水滴定法的教學作了一個鋪墊。

多元酸堿(磷酸)的滴定仍然是以問題為線索開展教學活動，而解決問題的過程正是之前所習得的學習策略的遷移。在本單元教學之后，將進行多元酸滴定的實驗,但實驗中滴定的是草酸，而不是磷酸。于是，再針對實驗中的問題開展討論，這是又一個知識遷移的過程。

在小結階段，通過強化“量”和“誤差”的概念，培養(yǎng)學生細心嚴謹、實事求是的學習態(tài)度和工作作風。同時，結合食品分析中現(xiàn)行蛋白質含量測定的方法，探討其不足之處，激發(fā)學生運用科學知識解決社會現(xiàn)實問題的熱情，增強其社會責任感。再進一步將本單元的教學與學生的專業(yè)學習相結合，如同樣的方法可在藥物分析中用于分析含氮藥物，只是改用了一個名稱，叫做氮測定法。這就為今后的專業(yè)學習作了鋪墊，使學生更加重視本單元的學習。

3 教學評價方案的設計

課程教學評價能夠為教學設計方案的不斷完善提供重要信息，一般可分為總結性評價與形成性評價?？偨Y性評價是一種事后評價，而形成性評價則是在教學計劃實施的過程中進行的，其主要區(qū)別在于評價的目的和作用不同[2]?？偨Y性評價主要是用于評價教學效果，如對學生的學習成績進行評價，包括測驗、考試、考查等形式；形成性評價的目的則在于探明教學單元的實施情況，及時了解階段教學的結果和學生學習的進展情況、存在的問題等，并進行分析以便于調(diào)整后期的教學工作，獲得最好的教學效果。

為了了解學生是否已經(jīng)達到預期的教學目標，以便不斷完善教學設計方案，本課程的教學評價采取的是總結性評價與形成性評價相結合的方式。

在整個教學過程中，設計了多個形成性評價的環(huán)節(jié)，包括在本單元之前的實驗的完成情況，課間的小練習，在多元酸滴定的教學過程中對學生學習策略遷移能力的評價，課堂上提問和討論的情況，以及本單元學習后的實驗完成情況等。可以通過師生的交流和互動，及時調(diào)整和改進教學活動。

同時，也設計了多種總結性評價方式。作為一門考試課，紙筆測驗是成績評定的最主要形式，考卷中涉及本單元教學內(nèi)容的考題的得分情況可以反映本單元的教學效果。在紙筆測驗中，特別重視考查學生綜合運用所學知識、技能和方法分析問題和解決問題的能力，而不僅僅是對知識的記憶和重現(xiàn)。平時成績的評定則采用豐富多樣、形式靈活的評價方案，例如學習檔案的評價包括課外調(diào)查、單元知識總結、用Excel繪制的滴定曲線等學生參加學習活動的重要資料；活動表現(xiàn)的評價則主要是對學生在課堂討論等活動中表現(xiàn)出的參與意識、分析問題的思路等進行評定。

總結性評價與形成性評價相結合，能夠客觀全面地反映學生的學習情況及教師的教學效果，促進教師對教學活動的改進，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和學習能力，讓學生在師生交流、互動學習的過程中得到全面發(fā)展和進步。

4 教學特色的總結

教學過程是沿著情境線、問題線和知識線3條線索展開的。3條線索使得本教學單元始終保持為一個整體，而不是幾個零散的教學任務的簡單拼湊，從而很好地體現(xiàn)了教學設計的整體性原則。由真實情境構成的情境線衍生出一系列的問題線索，而知識線索則貫穿于問題線之間。通過一個個問題的解決，以及學習策略和知識的一次次遷移，不僅可使學生掌握有關的知識點，更重要的是還能使他們建立有關的思維方式，提高獨立分析問題和解決問題的能力。

5 教學效果的評估

本文選取分析化學課程中的一個教學單元，闡述了基于真實情境下問題探究的分析化學課程教學設計的基本思路。我們在近年來的分析化學教學中，廣泛應用上述教學設計的思想和理念，收到了較好的成效，并將在此基礎上開發(fā)的分析化學系列教材[3-4]應用于日常教學。為了評估其實施效果，選取了我校2011級的兩個班進行對比分析。其中，實驗班在教學中采取了上述教學設計方案，而對照班未采取該方案。實驗班和對照班的學生人數(shù)均為65人，在大學一年級入學時均進行了高中化學掌握水平的摸底考試，在大學一年級下學期均完成了物理化學課程的學習，分析化學課程均在大學二年級上學期開設，且學時數(shù)相同。表1列出了這兩個班在摸底考試、物理化學和分析化學期末考試中的考試成績的統(tǒng)計分析結果。

表1 實驗班與對照班考試成績的對比分析結果

由表1可以看出，實驗班與對照班的摸底考試和物理化學課程考試成績均無顯著差異，故可以認為這兩個班的學生在學習分析化學課程之前的化學基礎是處于同一水平的；兩個班的分析化學課程考試成績有顯著差異，說明實驗班對于分析化學課程內(nèi)容的總體掌握水平優(yōu)于對照班。

6 結語

基于真實問題創(chuàng)設教學情境有助于激發(fā)學生的學習興趣，充分調(diào)動學生參與學習的主動性，體現(xiàn)學生在教學活動中的主體地位。在教學情境中的自主探究活動能夠讓學生體驗分析問題和解決問題的樂趣和成就感，有利于提高學習效率，促進學生的全面發(fā)展和進步。

參 考 文 獻

[1] 施良方.學習論——學習心理學的理論與原理.北京:人民教育出版社,1994

[2] 阿妮塔·伍德沃克.教育心理學.第8版.陳紅兵,張春莉譯.南京:江蘇教育出版社,2005

[3] 池玉梅.分析化學.北京:科學出版社,2012

[4] 郭戎,史志祥.分析化學實驗.北京:科學出版社,2013