定量分析类实验的创新教学模式探索

徐建强,　陈　雯

(南京信息工程大学 环境科学与工程学院， 南京 210044)

0　引　言

本科教学不只是传授知识，更要传授获取知识的方法和思想，培养学生的创新意识和科学品质，使学生具备潜在的发展能力和基础[1]，这一理念可应用于理论与实验课程的教学。

分析化学通常被称为生产和科研的“眼睛”，而定量分析类实验是分析化学实验的重要组成部分，在社会经济各部门具有广泛的应用领域。定量分析实验教学的任务是：使学生对分析化学基本理论加深理解，熟练准确地掌握定量分析的基本操作，培养学生严谨的科学态度，一丝不苟的工作作风，分析解决问题的能力，为他们参加生产和科学研究打好一定的基础[2]。它不只限于实验技能的培养，也不只限于运用分析化学的知识解决分析化学问题的能力，实验课教学不仅是一个理论联系实际的过程，更重要的是一个培养和挖掘学生手、眼、脑并用能力的综合过程，培养学生进一步发展的能力[3-4]。

我院在实验教学内容和实验考核方法等方面进行了有益探索[5]，我校环境科学、应用化学、环境工程、给排水科学与工程、生态学等专业开设了大学化学、分析化学、仪器分析、水分析化学、环境监测等定量分析类实验。实验教学的开展无疑对学生理解有关学科的原理、掌握相关实验技能具有非常重要的作用。然而在实验教学中如何调动学生参与实验教学的积极性，使学生在实验教学中具有成就感和获得感，从而激发学生实验教学的兴趣却是摆在每一位实验教学工作者面前迫切需要解决的一大问题。

为此，我校环境科学与工程学院化学系有关实验教学小组针对定量分析类实验的特点，经过长期实践，在综合考虑实验教学的时间、经济以及社会效益的基础上，摸索出了一套行之有效的创新教学实践模式。

1　精选实验教学内容

1.1　实验项目的选择

当下定量分析类实验教材琳琅满目，而纵观这些教材，实验项目大都多是面面俱到，篇幅越来越厚。与此相反，实验教学学时往往非常有限。根据定量分析类实验课程的自身特点和规律，选择合适的实验项目能起到事半功倍的作用。

仅以仪器分析实验为例，仪器分析是一门应用广泛的实践性学科，课程的内容广泛，知识点分散，并且较为抽象，晦涩难懂，很多学生反映该门课程较难理解，导致学生学习积极性不高[6-7]。目前一般仪器分析实验方法主要包括光谱分析、色谱分析和电化学分析三大类，传统的仪器分析实验内容体系陈旧，落后于科学技术的发展，而用于实验教学的仪器设备不利于学生在有限的学时内掌握仪器的使用方法[8-9]。

为此，根据我校实验室的现有仪器设备条件，针对48学时的仪器分析实验课程，选择了如表1所示的实验项目。

表1　仪器分析实验课程实验项目

表中红外光谱仪通常用于有机化合物定性分析，但也可用于定量分析；元素分析仪不属于色谱类分析仪器，但其分析原理与气相色谱仪相类似。

在仪器分析实验教学中，学生应从仪器的用途、结构以及定量分析的依据和方法三方面去学习。通过实验指导老师的点拨，不仅使学生理解了三类仪器分析方法的基本原理，同时理解了仪器分析实验的真谛。

表中各实验项目所选用的实验材料，除试剂外，大多实验试样均取自与生产或生活密切相关的物品，如工业废水、天然降水、自来水、牛奶、饮料等，实验项目与生产生活实际紧密结合可以极大地提高学生参与实验教学的积极性。

1.2　实验指导材料的编写

由于实验室所用的仪器设备常会因仪器类型、仪器型号、生产厂家等与实验中所用的仪器设备不相同，并且更新速度快，目前多数实验教材在实验方法内容、所列设备和仪器等方面差别很大，且不同院校采用相同教材，导致教材的针对性欠佳[10-11]。

为了培养学生在实验教学中的主体意识，使学生积极参与实验教学活动过程。对于定量分析类实验课程，从实验预备知识到实验项目编写了独具特色的实验指导材料。预备知识部分重点介绍了课程设置的目的、学习方法、实验项目概况以及相关的实验技术。实验项目部分重点介绍了实验原理、方案，要求学生在理解实验原理的基础上看懂实验方案，做到“会选择仪器、会配制试剂、会进行计算”[12]。该实验方案与传统实验教材不同，实验内容都是以流程图或表格的形式来呈现，可最大限度地避免学生“照方抓药”式的完成实验。

2　精心组织实验教学

2.1　避免实验误区，提高实验效率

初次见到与众不同的实验指导材料，许多学生觉得无所适从。这就要求实验指导教师在实验教学中精心组织教学，把实验看成是一门技术传授给学生。实验指导教师要讲清实验原理，从时间效益、经济效益和社会效益的角度去剖析实验方案。例如，定量分析类实验经常会涉及到试剂和试样溶液的配制问题，如果理解了试剂和试样的概念，正确掌握了溶液浓度的表示方法，正确理解了实验原理和实验目标要求，就能花最少的时间、花最少的经费，又好又快地完成相关的实验准备工作。表2给出了定量分析类实验的仪器组合情况。

表2　定量分析类实验常用仪器的组合

表中分析天平是比较贵重的精密称量仪器，而台秤则是便宜的粗糙的称量仪器；移液管/吸量管和容量瓶是精密的体积测量或体积控制仪器，而量筒、烧杯则是粗糙的体积测量或控制仪器。如果理解了实验原理和实验目标，就可以避免落入定量分析实验“称得越准越好”“量得越准越好”的实验误区，从而提高实验效率。

2.2　减少环境污染，追求社会效益

在提高实验效率的同时，实验教学还需考虑社会效益问题。这里的社会效益指的是环境保护问题。定量分析类实验不可避免地会接触到各种各样的化学试剂，在化学分析实验设计和实施过程中存在着试剂、药品、溶液使用量大，实验后的废液随意倾倒和丢弃的现象[13]。实验过程产生的废弃物或多或少都会带来环境问题。这就要求在选择实验项目时尽可能选择耗用化学试剂少的、涉及有毒有害试剂少的、实验废弃物易处理的实验项目组织实验教学。实验教学的组织过程也可以最大限度地减少环境问题。

化学需氧量是衡量废水有机污染程度的一个重要指标，化学需氧量的测定是环境监测实验中的一个经典实验，目前国家标准采用的是重铬酸钾法(一种氧化还原滴定方法)，该方法涉及到毒性较大的重铬酸钾化学试剂，并且该实验要在强酸性条件下进行实验，产生的实验废液中有重金属铬和废硫酸。如果按一个教学班40人计算，两人一组进行实验，初步估算要产生5 600 mL的废液。为减少废液的产生及减少实验室废液处理的压力，对这一实验的组织形式进行了改革，变原来两人一组实验为全班一组进行实验。使实验废液由5 600 mL减少到280 mL。为了活跃实验室的气氛，增加学生对实验过程的参与度，结合实验方案另设计了一些实验教学环节：① 回流实验装置的组装比赛，从中选出两套符合安装规范的装置进行实验(其中一套进行水样实验，另一套进行空白试验)。② 空白试验与对照试验的讨论，明确这两种试验的方法与用途。③ COD计算公式的推导，明确COD的本义与实验定义。④ 实验过程所用试剂配制方法讨论，使学生正确的确立定量分析实验中“量”的概念。

3　精密合理布置，科学客观考查实验技能

实现课程目标，除了要靠教学内容来体现，靠教学方法和组织管理来落实外，积极有效考核评价体系的建立也是至关重要的[14]，实验报告和实验考核模式相对比较简单，主观性强，很难体现学生的真实水平[15]。实验作为一门课程，如何考查学生的水平直接关系到学生参与实验的积极性和实验教学的效果。针对实验课程的特殊性，主要从以下3个方面对学生的实验技能作出全面评价。

(1) 从实验原始数据看学生实验基本功。定量分析实验正确的分析结果是建立在规范的操作基础之上的。滴定分析中移液管、滴定管、容量瓶的使用以及仪器分析中吸量管、容量瓶、大型仪器的使用直接影响到原始数据的准确度进而影响分析结果的准确度。在介绍了这些体积测量仪器、大型仪器的使用规范后，如何考察学生的掌握情况是实验指导教师必须考虑的一大问题，这直接关系到学生走上未来工作岗位后的实验基本功底。为此，针对不同的实验设计了一些表格，用来收集学生实验后的原始数据，并运用电脑对学生的原始数据进行处理，并将处理结果及时与学生进行分析讨论。通过讨论不仅使学生加深了对实验原理的理解，同时找到了自身的不足，也对精密度、准确度、重现性、选择性、灵敏度等定量分析实验用语有了更加清晰的认识，从中获得了实验的成就感。通过不同学生实验结果的比较也激发了学生参与实验教学的积极性。

(2) 从实验报告看学生实验科学素养。实验报告与学术论文有所不同，更不是实验教材的翻版，学生只要在理解了实验原理的基础上就应该以简明扼要的形式完成一份实验报告，实验报告应包括实验目的、实验原理、实验内容(数据记录与处理)、思考题等项目。其中数据记录与处理、思考题是考察学生科学素养的重要依据。首先，作为科学实验，数据记录应以仪器的准确度为依据，数据处理包括有效数字的运算和作图等内容，只有经过反复训练才能改变学生记录数据和处理数据随心所欲的不良习惯；其次，好的思考题是实验内容的延伸，能够反映学生对实验原理的理解和实验技能的掌握情况。

(3) 从实验书面考试看教师实验教学效果。教学是教师与学生的互动过程，也是教师与学生一起成长的过程。实验原始数据和实验报告只能反映学生完成某个实验项目的情况，不能反映学生全面的实验技能掌握情况，更不能完整反映实际的教学效果。为此，针对定量分析类实验，安排了实验书面考试这一教学环节。所谓实验书面考试，就是以笔试的形式完成一次实验，要求学生在理解了实验原理的基础上，完成从准备实验到实验结果呈现这一整套过程，全程考察学生的实验技能，其中设计了一系列的问题，包括试剂选择、试剂准备、仪器选择、数据处理与计算等实验技能相关的问题。学生普遍认为，定量分析类实验的考试过程是检验自己实验技能的过程，是一个比较轻松的过程，是不必进行专门复习的一类考试，从中也看到了实验教学的效果。

4　结　语

实验教学具有两方面的功能：① 通过实验教学可以帮助学生理解有关学科的理论；② 通过实验教学可以培养学生的实验技能。其中实验技能的培养至关重要，实验技能的培养可以为学生将来从事相关行业的工作、从事相关领域的研究打下坚实的基础。实验是一门技术，实验教学既是一门技术也是一门艺术，这是每位实验教学指导教师都要潜心研究的课题。当看到学生视实验课是一种享受的时候，当看到学生为满意的实验结果充满成就感的时候，当看到学生不因实验考试而愁眉苦脸的时候，实验教学才是成功的。

参考文献(References)：

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[14]赵二劳，范建凤，白建华.化学教学论实验研究课程的改革与实践[J].中国现代教育装备，2010(3):79-81.

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