教師預(yù)做在化學(xué)實(shí)驗教學(xué)中的重要性
——以化學(xué)分析實(shí)驗為例

張宏芳

(1 西北大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 陜西西安 710127； 2 西北大學(xué)分析科學(xué)研究所 陜西西安 710069)

教師預(yù)做在化學(xué)實(shí)驗教學(xué)中的重要性
——以化學(xué)分析實(shí)驗為例

張宏芳1

(1西北大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 陜西西安 710127；2西北大學(xué)分析科學(xué)研究所 陜西西安 710069)

根據(jù)多年化學(xué)分析實(shí)驗課程的教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)教師預(yù)做環(huán)節(jié)在實(shí)驗課教學(xué)中的重要性。

預(yù)做 實(shí)驗課程 教學(xué)

化學(xué)是一門實(shí)驗性很強(qiáng)的學(xué)科。實(shí)驗課程在化學(xué)學(xué)科的建設(shè)與發(fā)展中起著舉足輕重的作用[1-2]。戴安邦院士在總結(jié)其長期教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出全面化學(xué)教育的觀念，強(qiáng)調(diào)上好化學(xué)實(shí)驗課是實(shí)施全面化學(xué)教育的一種最有效的教學(xué)形式。用人單位在選聘化學(xué)專業(yè)的畢業(yè)生時，更看重學(xué)生的動手能力；研究生導(dǎo)師在面試新進(jìn)研究生時，也非常關(guān)注學(xué)生在本科學(xué)習(xí)期間的實(shí)驗訓(xùn)練。由此可見，實(shí)驗教學(xué)是化學(xué)教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié)。

化學(xué)分析實(shí)驗重在使學(xué)生通過親歷化學(xué)分析理論課教學(xué)中的基本方法，直接觀察化學(xué)反應(yīng)的過程，加深對化學(xué)分析基本知識和基本理論的理解，建立起嚴(yán)格的“量”的概念，掌握分析化學(xué)中的誤差來源及實(shí)驗數(shù)據(jù)的處理與評價，掌握規(guī)范的基本操作技能，初步具備進(jìn)行科學(xué)研究的能力[3]。我校的化學(xué)分析實(shí)驗課依托國家理科基礎(chǔ)科學(xué)研究和教學(xué)人才培養(yǎng)基地、國家級實(shí)驗教學(xué)示范中心和陜西省人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗區(qū)的建設(shè)，成立了專門的課程組。課程組多年來一直堅持預(yù)做實(shí)驗制度，在實(shí)驗課教學(xué)中取得了良好的效果。教師預(yù)做在化學(xué)實(shí)驗教學(xué)中的重要性體現(xiàn)在6個方面，下面分別加以介紹。

1 明確實(shí)驗現(xiàn)象

化學(xué)實(shí)驗現(xiàn)象是實(shí)驗者對化學(xué)實(shí)驗獲得的最直觀、最容易記憶的感受。對化學(xué)分析實(shí)驗過程的現(xiàn)象的觀察和解釋，能使學(xué)生深入理解滴定分析法的基本原理；對與預(yù)期不同的實(shí)驗現(xiàn)象的分析，有助于學(xué)生分析實(shí)驗結(jié)果產(chǎn)生誤差的原因，收到良好的教學(xué)效果?；瘜W(xué)分析實(shí)驗的實(shí)驗現(xiàn)象，主要包括樣品預(yù)處理過程和滴定前后的溶液顏色等，往往會直接在實(shí)驗步驟中描述出來，學(xué)生只需要在實(shí)驗過程中對比觀察就可以了；但有些實(shí)驗現(xiàn)象需要通過預(yù)做過程明確核實(shí)。例如配位滴定，在加入指示劑后，會有對金屬離子與指示劑形成配合物的顏色的描述(如紫紅色、酒紅色、紅紫色等)，教師需要通過預(yù)做實(shí)驗過程，清楚實(shí)際的實(shí)驗現(xiàn)象(甚至是如果酸度控制不合適、未加掩蔽劑等出現(xiàn)的其他顏色或現(xiàn)象)，才能做到心中有數(shù)。再如，莫爾法測定氯離子含量時，需要在含有氯化銀白色沉淀和指示劑鉻酸鉀的黃色背景下觀察磚紅色鉻酸銀沉淀的出現(xiàn)，并以此作為滴定終點(diǎn)。如果教師不通過自己的預(yù)做經(jīng)驗給予指導(dǎo)，學(xué)生往往會按照溶液中的終點(diǎn)確定方式，滴定到錐形瓶中磚紅色掩蓋了白色之后才停止滴定。而根據(jù)實(shí)驗原理，只要有磚紅色出現(xiàn)就可認(rèn)為氯離子已經(jīng)滴定完全。所以，教師預(yù)做過程對明確實(shí)驗現(xiàn)象至關(guān)重要[4]。另外，有些實(shí)驗方案本身沒有問題，但做樣品的分析測定時，由于樣品中其他組分的影響，實(shí)驗現(xiàn)象會不太一樣。樣品變了，現(xiàn)象也會隨之變化。這在實(shí)驗中很常見，也需經(jīng)過預(yù)備實(shí)驗確定會出現(xiàn)什么現(xiàn)象，原因何在。

2 改進(jìn)實(shí)驗方案

化學(xué)分析又稱經(jīng)典分析。一般學(xué)校開設(shè)的化學(xué)分析實(shí)驗都是經(jīng)過非常多次實(shí)驗驗證的確實(shí)可行的分析方案。然而，由于實(shí)驗教材編寫的小錯誤、實(shí)際分析樣品的特殊性等原因，我們?nèi)阅芡ㄟ^教師預(yù)做環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)一些問題，并及時在學(xué)生實(shí)驗時進(jìn)行修改，保證學(xué)生實(shí)驗的順利進(jìn)行。例如在自來水總硬度測定實(shí)驗中，教師通過預(yù)做發(fā)現(xiàn)：滴定劑EDTA的濃度應(yīng)隨著實(shí)驗時當(dāng)?shù)厮捕鹊母叩投兴{(diào)整，以硬度在60 mg/L左右(以CaO質(zhì)量濃度表示結(jié)果)的水為例，EDTA的濃度應(yīng)在0.005 mol/L為宜。如統(tǒng)一采用實(shí)驗課教材中提供的濃度(0.01 mol/L)，則會出現(xiàn)軟水滴定時消耗的體積過少導(dǎo)致測定誤差較大的問題。在用Ca2+標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定EDTA溶液時，一般考慮到指示劑對Mg2+靈敏，往往需要在溶液中加入一定量的Mg-EDTA配合物。我們通過多次預(yù)做，將實(shí)驗方案調(diào)整為在配制好的EDTA溶液中加一定量的Mg2+，在取得相同的實(shí)驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的同時，減少了實(shí)驗員的工作量，也促使學(xué)生更深入地理解滴定原理和金屬指示劑的作用原理。

3 檢驗公用試劑

教師預(yù)做環(huán)節(jié)可以很好地檢驗公用試劑配制得是否合適，以確保學(xué)生實(shí)驗順利進(jìn)行[4]。在化學(xué)分析實(shí)驗中，總有一些試劑的溶液是由實(shí)驗員預(yù)先準(zhǔn)備或配制好，然后提供給學(xué)生直接使用。這些溶液包括指示劑、緩沖溶液、掩蔽劑等。例如同樣是在自來水總硬度測定實(shí)驗的預(yù)做中，我們發(fā)現(xiàn)過由于K-B指示劑配制的比例問題導(dǎo)致的終點(diǎn)顏色偏綠，與實(shí)驗教材和理論顏色不符的問題；還有由于NH3-NH4Cl緩沖液酸度不合適而導(dǎo)致在加入Ca2+標(biāo)準(zhǔn)溶液后不能將溶液酸度控制在pH 10左右的問題。由于公用試劑有問題而無法繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗的情況也出現(xiàn)過。例如在置換滴定法測定鋁合金中鋁含量時，因考慮到學(xué)生在前面已有兩次配制EDTA溶液的經(jīng)驗，實(shí)驗中所用EDTA由實(shí)驗員統(tǒng)一準(zhǔn)備。預(yù)做實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，在用Zn2+標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定過量EDTA時，無法滴出終點(diǎn)。經(jīng)預(yù)做教師反復(fù)討論，并對EDTA溶液進(jìn)行標(biāo)定發(fā)現(xiàn)，所用鋁合金中鋁含量高，而所準(zhǔn)備的EDTA溶液濃度太小，根本沒有過量。據(jù)此，我們及時加大了EDTA溶液濃度，使預(yù)作實(shí)驗和后續(xù)一周的學(xué)生實(shí)驗沒有出現(xiàn)問題。

4 提供評分標(biāo)準(zhǔn)

除了基本操作訓(xùn)練實(shí)驗外，化學(xué)分析實(shí)驗都會涉及樣品中某種組分或某幾種組分的含量測定。準(zhǔn)確度高是化學(xué)分析法的一大特點(diǎn)。因此，除了重視實(shí)驗過程外，化學(xué)分析實(shí)驗對于實(shí)驗結(jié)果的準(zhǔn)確度有很高的要求。實(shí)驗中的樣品種類多、易變化，且一般都不是標(biāo)準(zhǔn)樣品。因此，教師預(yù)做的一個重要作用就是為評判學(xué)生的實(shí)驗結(jié)果提供一套標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。課程組會將預(yù)做的結(jié)果進(jìn)行合理的可疑值取舍后取平均值作為標(biāo)準(zhǔn)含量或濃度，然后按照與標(biāo)準(zhǔn)值的相對誤差大小，給出不同的分值區(qū)間，再結(jié)合學(xué)生數(shù)據(jù)的精密度，給出一個合理的分?jǐn)?shù)，使學(xué)生能清楚自己的實(shí)驗課成績，領(lǐng)會實(shí)驗結(jié)果準(zhǔn)確度與規(guī)范操作的密切關(guān)系，并且逐步滲透分析方法需要保證高準(zhǔn)確度和精密度的科學(xué)理念。

5 培養(yǎng)新進(jìn)教師

要保證良好的教學(xué)效果，首先需要教師有精湛的業(yè)務(wù)能力，這是教師一項主要的基本功。在化學(xué)學(xué)科，新進(jìn)教師尤其是沒有任何教學(xué)經(jīng)驗的青年教師往往在留校工作時被安排帶實(shí)驗課。實(shí)驗預(yù)做環(huán)節(jié)對新進(jìn)教師的培養(yǎng)作用是很大的。在教師集體預(yù)做實(shí)驗時，往往先由經(jīng)驗豐富的教師講解實(shí)驗原理和方案，然后再開始實(shí)驗。通過這個環(huán)節(jié)，可以充分發(fā)揮老教師的傳幫帶作用。示范規(guī)范操作、總結(jié)實(shí)驗中存在的問題、研究解決方案、對青年教師進(jìn)行全方位的培訓(xùn)等，能有效提高青年教師的講課水平，幫助青年教師快速進(jìn)入教師身份，做到實(shí)驗課教學(xué)時胸有成竹[5]。例如對于實(shí)驗過程中出現(xiàn)的意外現(xiàn)象，教師就能引導(dǎo)學(xué)生分析其內(nèi)在的原因。

6 開展教學(xué)研究

高校教師往往將精力和時間更多地用在科學(xué)研究上。對于教學(xué)，許多教師基本只是滿足于完成課堂教學(xué)任務(wù)，很少主動開展教學(xué)研究。每周一次的集體預(yù)做實(shí)驗為教師合作進(jìn)行教學(xué)研究提供了場所與機(jī)會，教師可以借此發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問題，討論實(shí)驗課課程建設(shè)及教學(xué)方法改革等問題。

綜上所述，教師預(yù)做過程是化學(xué)實(shí)驗教學(xué)過程必不可少的環(huán)節(jié)。做好實(shí)驗預(yù)做，可以大大提升實(shí)驗課的教學(xué)效果。

[1] 張樹永,張劍榮,陳六平.大學(xué)化學(xué),2009,24(4):24

[2] 田曙堅,廖一平,焦書明.大學(xué)化學(xué),2005,20(1):25

[3] 武漢大學(xué).分析化學(xué)實(shí)驗.第5版.北京:高等教育出版社,2011

[4] 黃翠姬,劉昭明.廣西工學(xué)院學(xué)報,2006,17(2):75

[5] 李勝清,薛愛芳,康勤書,等.實(shí)驗室科學(xué),2010,13(2):28

The Importance for the Teachers to Conduct the Experiment Prior to the Course:Taking Chemical Analysis Experiment as an Example*

Zhang Hongfang1**Li Jianjun1Wang Chaozhan1Nie Fei2

(1CollegeofChemistryandMaterialsScience,NorthwestUniversity,Xi′an710127,Shaanxi,China;2InstituteofAnalyticalScience,NorthwestUniversity,Xi′an710069,Shaanxi,China)

In this paper, the importance for the teachers to conduct the experiment prior to the course was emphasized based on years of teaching on chemical analysis laboratory.

Pre-conducting; Laboratory; Teaching

10.3866/pku.DXHX20150629

*通訊聯(lián)系人，E-mail:zhanghf@nwu.edu.cn 李建軍1王超展1聶菲2

國家基礎(chǔ)科學(xué)人才培養(yǎng)基金

O6； G64