儀器分析“教學(xué)做”一體化教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐

左國(guó)強(qiáng)

高職教育重在培養(yǎng)學(xué)生的操作技能，而科學(xué)合理的教學(xué)模式是提高教育教學(xué)質(zhì)量的重要保證，“任務(wù)驅(qū)動(dòng)，‘教學(xué)做一體化教學(xué)模式”是基于建構(gòu)主義教學(xué)理論的教學(xué)模式，以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)、任務(wù)為主線，實(shí)現(xiàn)在做中學(xué)，在做中教，教學(xué)做合一，“做”既是“教”的載體，又是“學(xué)”的載體，教師通過“做”來教學(xué)生，學(xué)生通過“做”來學(xué)習(xí)和掌握知識(shí)與技能。

儀器分析課程是工業(yè)分析技術(shù)、食品營(yíng)養(yǎng)與檢測(cè)等專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，該課程重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生使用現(xiàn)代分析儀器，具備從事儀器分析所必備的素質(zhì)、知識(shí)與技能，傳統(tǒng)的講授法教學(xué)已不能適應(yīng)高職學(xué)生。在日常教學(xué)過程中，筆者不斷探索、研究、改革，并將“任務(wù)驅(qū)動(dòng)，‘教學(xué)做一體化教學(xué)模式”應(yīng)用于本課程，取得了較好的教學(xué)效果?，F(xiàn)以“分光光度法測(cè)定微量鐵”教學(xué)內(nèi)容為例進(jìn)行剖析研究。

一、整體設(shè)計(jì)

“分光光度法測(cè)定微量鐵”是儀器分析課程的一個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，通過該實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，學(xué)生能夠再次熟悉可見分光光度計(jì)的基本操作，加深對(duì)顯色反應(yīng)的理解，理解最大吸收波長(zhǎng)的意義，并能將標(biāo)準(zhǔn)曲線定量分析方法應(yīng)用到實(shí)際樣品測(cè)定中，同時(shí)還能訓(xùn)練學(xué)生的計(jì)算能力。

本實(shí)驗(yàn)需根據(jù)儀器臺(tái)套數(shù)和學(xué)生人數(shù)分組完成，一般每 20 人一個(gè)學(xué)習(xí)小組，兩人一臺(tái)可見分光光度計(jì)，整個(gè)任務(wù)需 6 學(xué)時(shí)，共完成最大吸收波長(zhǎng)的繪制、標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制、未知液的測(cè)定等3個(gè)子任務(wù)，具體教學(xué)組織安排如表1所示。

二、教學(xué)方案的具體實(shí)施

（一）問題引導(dǎo)、課堂引入

教師首先明確本次實(shí)驗(yàn)課的任務(wù)是測(cè)定水樣中微量鐵的含量，然后提出問題“如何測(cè)定微量鐵離子”，根據(jù)預(yù)習(xí)情況，教師可運(yùn)用“頭腦風(fēng)暴法”引導(dǎo)學(xué)生展開討論和小組匯報(bào)，教師利用多媒體進(jìn)行總結(jié)，比較化學(xué)分析法、可見分光光度法、原子吸收光譜法、ICP-AES法等各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，如表2所示。最后從被測(cè)物質(zhì)的濃度和準(zhǔn)確度以及經(jīng)濟(jì)成本方面考慮，優(yōu)先選擇分光光度法，很自然地引出本次實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)內(nèi)容“分光光度法測(cè)定水中微量鐵”。

（二） 實(shí)施任務(wù)1：最大吸收波長(zhǎng)的繪制

1.提出任務(wù)，要求學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)確定顯色絡(luò)合物的最大吸收波長(zhǎng)。

2.教師講授。教師在“教學(xué)做”一體化教室利用多媒體講解顯色溶液的配制方法和吸收曲線的繪制方法，強(qiáng)調(diào)各種試劑在顯色反應(yīng)中的作用，試劑的加入順序以及空白溶液的配制方法等，與理論知識(shí)相結(jié)合，讓學(xué)生理解試劑空白的作用，即消除各種試劑對(duì)吸光度的影響，使吸光度僅與被測(cè)離子有關(guān)。講解吸收曲線的繪制時(shí)，利用多媒體展示Fe2+-鄰二氮菲絡(luò)合物的吸收光譜，學(xué)生對(duì)譜線有大概的認(rèn)識(shí)，并知道絡(luò)合物的最大吸收波長(zhǎng)在510nm附近，這對(duì)后面的學(xué)生實(shí)驗(yàn)也有一定的幫助。

3.教師演示，學(xué)生提問。演示操作過程中，教師要強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)，如移液管的正確使用、試劑空白與顯色溶液要同步配制、比色皿使用要規(guī)范等。演示過程中，教師可提出一些問題，或引導(dǎo)學(xué)生提出問題并解答，如怎樣用5mL移液管準(zhǔn)確移取2mL鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液？緩沖溶液能否用量筒移??？為什么在最大吸收波長(zhǎng)附近測(cè)定的數(shù)據(jù)偏多？鄰二氮菲顯色劑加入1mL是否可行？還原劑是否可用鹽酸羥胺代替？溶劑空白、試劑空白、試液空白有何區(qū)別？等等。通過這一環(huán)節(jié)，打開學(xué)生思維，便于學(xué)生能夠靈活應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題。

4.學(xué)生實(shí)驗(yàn)，教師指導(dǎo)。學(xué)生按照分組獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，教師針對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題及時(shí)給予糾正。如有的學(xué)生光度計(jì)操作不正確，波長(zhǎng)更換之后沒有調(diào)零就開始測(cè)定，有的學(xué)生沒有按順序加入試劑，還有的學(xué)生移取溶液操作不規(guī)范等。

5.學(xué)生繪圖，確定最大吸收波長(zhǎng)。學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)、吸光度為縱坐標(biāo)繪圖，繪圖的難點(diǎn)在于坐標(biāo)軸位置的選取、坐標(biāo)比例的設(shè)置，有的學(xué)生畫圖時(shí)沒有畫成平滑的曲線而是折線，教師要及時(shí)糾正。

6.教師點(diǎn)評(píng)，理論提升。任務(wù)完成后，教師針對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的典型問題進(jìn)行通報(bào)，避免其他學(xué)生再犯類似錯(cuò)誤，這對(duì)其他學(xué)生來說也是一個(gè)好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。同時(shí)針對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中涉及的顯色反應(yīng)、吸收曲線、最大吸收波長(zhǎng)等知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)習(xí)，如讓學(xué)生計(jì)算該顯色反應(yīng)的摩爾吸光系數(shù)，加深對(duì)摩爾吸光系數(shù)和靈敏度的理解，起到“用理論來指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證理論”的作用，學(xué)生結(jié)合自己動(dòng)手做過的實(shí)驗(yàn)，加深了對(duì)理論知識(shí)的理解。

（三）實(shí)施任務(wù)2：標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

1.提出任務(wù)，要求學(xué)生繪制鐵的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2.教師講授。教師在“教學(xué)做”一體化教室利用多媒體講解標(biāo)準(zhǔn)曲線定量分析方法和標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制方法，講解標(biāo)準(zhǔn)曲線法時(shí)要和單點(diǎn)比較法結(jié)合起來，讓學(xué)生理解兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并會(huì)根據(jù)不同任務(wù)要求合理選擇一種方法。教師講解標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制時(shí)，可利用多媒體展示幾個(gè)以往學(xué)生制作的存在典型問題的標(biāo)準(zhǔn)曲線，如畫成折線、斜率太小、擬合不合要求等，并要求學(xué)生在曲線上標(biāo)明曲線的相應(yīng)信息，如標(biāo)準(zhǔn)曲線的名稱、坐標(biāo)分度和單位、測(cè)量條件（儀器型號(hào)、入射光波長(zhǎng)、吸收池厚度、參比液名稱）以及制作日期和制作者姓名等。

3.教師演示，學(xué)生提問。教師著重強(qiáng)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)溶液的移取，讓學(xué)生明白標(biāo)準(zhǔn)溶液的移取對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制起關(guān)鍵作用，必須要一絲不茍、精益求精，可采取提問的方式鞏固一下移液管的使用要點(diǎn)，如手拿移液管的姿勢(shì)，移液前的洗滌、潤(rùn)洗，外壁溶液擦拭、放液操作，剩余液體的處理，管尖殘留溶液的處理等等。演示過程中，有些學(xué)生可能會(huì)提出一些問題，如為什么要使用最大吸收波長(zhǎng)作為測(cè)定波長(zhǎng)？標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度如何計(jì)算？等等。教師可利用一個(gè)顯色溶液現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，讓學(xué)生理解選擇最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定不僅可以得到較高的靈敏度，還能獲得較高的準(zhǔn)確度。

4.學(xué)生實(shí)驗(yàn)，教師指導(dǎo)。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法完成標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和吸光度的測(cè)定，教師及時(shí)糾正存在的問題，如有的學(xué)生沒有批次完成實(shí)驗(yàn)，即顯色溶液逐一配制，這樣既浪費(fèi)時(shí)間，又不準(zhǔn)確;有的學(xué)生容量瓶的操作不規(guī)范，還沒定容，就開始搖勻操作;還有的學(xué)生測(cè)定時(shí)先測(cè)高濃度顯色溶液，后測(cè)低濃度顯色溶液。

5.學(xué)生繪圖。繪圖前濃度的計(jì)算對(duì)高職學(xué)生來說是難點(diǎn)，必須反復(fù)講、反復(fù)練，要求學(xué)生理解C1V1=C2V2公式并在鐵標(biāo)液濃度計(jì)算中加以應(yīng)用，這樣能起到事半功倍的效果;繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)，要對(duì)“坐標(biāo)比例不當(dāng)、坐標(biāo)軸上數(shù)據(jù)的有效數(shù)字不正確、工作曲線繪制成折線”等經(jīng)常出現(xiàn)的問題逐一強(qiáng)調(diào)。

6.教師點(diǎn)評(píng)，理論提升。針對(duì)出現(xiàn)的典型問題，教師在課堂上統(tǒng)一強(qiáng)調(diào)，引起全體學(xué)生注意，同時(shí)針對(duì)本任務(wù)涉及的“標(biāo)準(zhǔn)曲線定量分析方法”知識(shí)點(diǎn)，教師分析梳理，歸納總結(jié)，如工作曲線應(yīng)定期校準(zhǔn)，如果實(shí)驗(yàn)條件變動(dòng)（如更換標(biāo)準(zhǔn)溶液、所用試劑重新配制、儀器經(jīng)過修理、更換光源等情況），工作曲線應(yīng)重新繪制。

（四）實(shí)施任務(wù)3：未知液的測(cè)定

1.教師提出任務(wù)，測(cè)定未知液的濃度。

2.教師講授。在多媒體教室講解未知液的顯色方法和未知液濃度的計(jì)算方法。顯色方法與標(biāo)準(zhǔn)溶液一樣，可以略講或不講;根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，未知液濃度計(jì)算對(duì)學(xué)生來說是難點(diǎn)，教師講解時(shí)，先教學(xué)生能夠在標(biāo)準(zhǔn)曲線上看圖，會(huì)根據(jù)濃度查吸光度，也會(huì)根據(jù)吸光度查濃度，在此基礎(chǔ)上，再根據(jù)稀釋倍數(shù)計(jì)算原未知液的濃度。

3.學(xué)生實(shí)驗(yàn)，教師指導(dǎo)。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生完成樣品測(cè)定任務(wù)，平行測(cè)定三份。實(shí)驗(yàn)過程中有些學(xué)生提出：是否可以與標(biāo)準(zhǔn)溶液共用同一個(gè)空白？這說明學(xué)生在動(dòng)腦思考問題，筆者及時(shí)給予了口頭鼓勵(lì)。還有的學(xué)生提出未知液為什么移取2.00mL，而不是其他體積？這些都是好的問題，這時(shí)候教師要引導(dǎo)學(xué)生思考什么是分析方法的線性范圍，實(shí)驗(yàn)過程中吸光度超過線性范圍應(yīng)該怎樣處理。通過互動(dòng)，不僅解決了疑難問題，還讓學(xué)生體會(huì)到解決問題的快樂。

4.學(xué)生處理數(shù)據(jù)，教師指導(dǎo)。學(xué)生通過標(biāo)準(zhǔn)曲線查出對(duì)應(yīng)的濃度時(shí)，教師要對(duì)常出現(xiàn)的濃度有效數(shù)字保留不正確問題統(tǒng)一強(qiáng)調(diào)，原未知液濃度的換算，雖然已經(jīng)講過，但仍有部分學(xué)生不會(huì)計(jì)算，可先讓學(xué)生套用C1V1=C2V2這個(gè)公式，再慢慢消化吸收。

5.教師點(diǎn)評(píng)，理論提升。這一任務(wù)涉及的理論知識(shí)主要為吸光度范圍的選擇，要讓學(xué)生學(xué)會(huì)控制移取溶液的體積使得未知液的吸光度落在0.2～0.8范圍內(nèi)，盡可能減小誤差。

（五）討論和總結(jié)

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要專門留出時(shí)間對(duì)本實(shí)驗(yàn)的過程、相關(guān)理論知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行提煉總結(jié)，提高課堂教學(xué)效果。

1.實(shí)驗(yàn)步驟總結(jié)

教師帶領(lǐng)學(xué)生共同總結(jié)本實(shí)驗(yàn)的過程，并利用多媒體進(jìn)行展示，如圖1所示。

2.實(shí)驗(yàn)過程問題討論

①標(biāo)準(zhǔn)溶液制備

教師提出問題：為什么要先配制 1mg·mL-1 鐵標(biāo)液，然后再稀釋得到10μg·mL-1，而不直接配制？學(xué)生討論，代表發(fā)言;教師解讀相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度低于 0.1mg·mL-1 時(shí)，應(yīng)先配成比使用的濃度高1～3 個(gè)數(shù)量級(jí)的濃溶液作為儲(chǔ)備液，然后再稀釋。

②顯色過程

教師引導(dǎo)學(xué)生提出問題，在鐵標(biāo)準(zhǔn)液和試液中加入鄰二氮菲、抗壞血酸與醋酸鈉溶液的作用分別是什么？教師通過提問，考查學(xué)生的掌握程度，并補(bǔ)充完整。

③測(cè)量過程

教師或?qū)W生提出問題：本實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裨谧贤饪梢姽舛扔?jì)上測(cè)定？

學(xué)生討論，代表發(fā)言，教師總結(jié)，可見分光光度計(jì)測(cè)定的是有顏色的物質(zhì)，本實(shí)驗(yàn)是把無色的微量三價(jià)鐵轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩慕j(luò)合物。紫外可見分光光度計(jì)不僅能夠測(cè)定對(duì)紫外光有吸收的物質(zhì)，也可測(cè)定有顏色的物質(zhì)，教師強(qiáng)調(diào)紫外和可見光區(qū)使用的比色皿不同，可見光區(qū)用玻璃比色皿，紫外區(qū)要使用石英比色皿。

三、教學(xué)評(píng)價(jià)

本課程配套有課程組編寫的《儀器分析實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書》，書中列出了對(duì)本項(xiàng)目的考核評(píng)分表，如表3所示，教學(xué)過程中，學(xué)生可以根據(jù)評(píng)分表中的考核內(nèi)容確認(rèn)自己的操作是否正確，存在問題有哪些，教師根據(jù)評(píng)分表對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的完成情況進(jìn)行打分，作為平時(shí)成績(jī)考核的一部分。

四、體會(huì)與總結(jié)

基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的“教學(xué)做”一體化教學(xué)設(shè)計(jì)，筆者認(rèn)為要重視以下幾個(gè)方面：一是采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，任務(wù)的選擇與設(shè)計(jì)是關(guān)鍵， 要精心選擇和設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)。任務(wù)要有代表性，與理論知識(shí)要有很好地聯(lián)系，能夠適應(yīng)學(xué)生已具備的知識(shí)水平和能力，具有一定的深度和廣度。各任務(wù)之間還要有一定的內(nèi)在聯(lián)系，一環(huán)扣一環(huán)，前一個(gè)任務(wù)完成之后才能進(jìn)行后一個(gè)任務(wù)，各任務(wù)的設(shè)置都是圍繞著本節(jié)課的大任務(wù)展開的。二是“教學(xué)做”一體化教學(xué)模式的順利實(shí)施需要配套硬件的支持，其中“教學(xué)做”一體化教室就是基本條件，這就要求實(shí)訓(xùn)室不僅要有專業(yè)儀器設(shè)備，還要有多媒體設(shè)備。另外儀器臺(tái)套數(shù)要充足，學(xué)校要增加儀器設(shè)備投入，保障實(shí)踐教學(xué)的順利開展。三是“教學(xué)做”一體化教學(xué)模式，對(duì)教師的要求較高，教師是整個(gè)項(xiàng)目的“總導(dǎo)演”，不僅要精心設(shè)計(jì)整個(gè)教學(xué)過程，督促學(xué)生完成各個(gè)任務(wù)，還要善于走到學(xué)生中間去，與學(xué)生交流、討論，及時(shí)解決學(xué)生遇到的各種問題。

（本文系濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院青年骨干教師資助項(xiàng)目）（責(zé)編? 李亞婷）