教学方法在分析化学实验教学的应用

[摘要]分析化学实验课程是高等学校理工科类专业的基础实践课程。针对目前分析化学实验教学中存在的问题，本文将案例教学法和问题导向教学法引入了分析化学实验教学，并以“铵盐中氮含量的测定”为例，对教学方法的具体实施过程进行了详细阐述。通过两种教学方法在分析化学实验教学中的融合，可有效激发学生的学习兴趣、培养学生的自主学习能力以及提高学生的综合分析能力。

[关键词]分析化学实验；教学模式；案例教学法；问题导向教学法；氮含量测定

分析化学作为化学学科的主要分支，是研究物质的组成、含量、结构及形态等化学信息的分析方法及理论的一门科学。分析化学的主要任务包括定性分析(鉴定物质化学组成)、定量分析(测定组分相对含量)和结构分析(研究物质分子结构)。其中，对于定量分析而言，树立“量”的概念以及培养强的实验操作能力是准确测定物质各组分含量的前提。分析化学实验课程是与分析化学相辅相成的一门课程，其实验内容与理论课程中的定量分析内容。

1基于案例教学法和问题导向教学法的教学模式

案例教学法是指教师以教学为目的，通过选择兼具共性和典型性的案例作为教学素材，创建案例情景，并基于案例组织学生展开讨论、分析及思考，使学生加深对理论知识的理解，同时开拓学生的思维及提高学生解决实际问题的能力的一种教学方法[5-6]。一一对应，主要包含滴定分析法(酸碱滴定、配位滴定、沉淀滴定、氧化还原滴定)、重量分析法和分光光度法。分析化学实验课程的开展[1]，一方面可以深化学生对理论知识的理解，同时训练学生的实验操作，让学生更好的将理论与实践相结合；另一方面可以培养学生分析及解决问题的能力，全面培养学生的创新思维、创新能力以及科研素养等综合素质。当前分析化学实验的教学模式主要为学生撰写预习实验报告、教师讲授实验原理及实验步骤、教师演示部分实验操作、学生完成实验、学生处理数据及书写实验报告。然而，这种传统的以教师为中心的教学模式存在诸多弊端[2-4]，如：(1)学生的兴趣不高，分析化学中滴定实验的操作大多类似，对于学生而言，单纯的重复实验操作比较枯燥；(2)学习效果较差，学生都是按照书本上的实验步骤进行操作，对于实验过程中遇到的问题大多直接略过，缺乏对实验的思考，很难真正将理论与实践相结合，更难以培养其自主探究能力及创新思维。因此，如何改革现有的教学模式，从而激发学生的学习兴趣以及提升学生的学习效果，是分析化学实验教学中教师面临的重要课题。本文以“铵盐中氮含量的测定”为例，尝试将案例教学法(Case-basedTeaching，CBL)和问问题导向教学法是以问题为导向、以实践为基础的一种教学方法，是指教师在教学过程中构建与课程内容相对应的问题情景，学生以小组讨论的方式参与已设计好问题的学习，强化学生对课程知识点掌握的同时，也能进一步提高学生的小组协作能力以及实践能力[7-8]。不同于传统教学方法，案例教学法和问题导向教学法均是“以学生为中心”的教学方法，两种教学方法在激发学生学习兴趣、培养学生自主学习能力以及发现问题、分析问题、解决问题等方面均有独特的优势。对于案例教学法而言，案例的选择是核心问题。教学案例的选择应遵循以下几个原则[5-6]，一是科学性原则，教学案例必须是真实事件；二是针对性原则，教学案例要能够与课程中的某个关键性的理论知识点相对应；三是综合性原则，教学案例要具有内容多样性，包含多个知识点，使学生可以多视角学习知识。问题导向教学法的基本环节一般有提出问题、分析问题和解决问题[8]，因此问题的设计与解决是问题导向教学法的核心问题。基于以上讨论，针对“铵盐中氮含量的测定”实验，拟选择2008年“三聚氰胺毒奶粉”事件为教学案例。主要原因包括：一是与实际生活题导向教学法(Problem-BasedLearning，PBL)引入分析化学实验授课，通过针对实验内容合理引入生活中的案例以及设计针对性问题，以期提高学生的学习积极性、强化培养学生的自主思考能力以及独立解决问题的能力。关系紧密。蛋白质是生命的物质基础，其既是机体重要组成部分的参与者，同时也是生命活动的主要承担者，对人体而言至关重要。奶粉中的蛋白质起到可以补充人体所需蛋白质及提高人体免疫能力的作用，所以如何测定奶粉中的蛋白质含量具有现实意义，再由此引出氮含量的测定方法，如此能够激发学生的兴趣；二是该案例涉及到的理论知识点较多，如样品前处理、酸碱平衡及酸碱滴定等，案例的讲解能进一步提高学生对理论知识的综合运用能力。与此同时，问题导向教学法中问题的提出则主要分为三个阶段进行，第一个阶段是在实验课前阶段，也即在预习阶段提出以及引导学生提出问题，组织学生对问题进行小组讨论；第二个阶段是在实验讲授阶段，针对实验操作提出相应的问题，深化理论知识的同时进一步规范实践操作；第三个阶段是在实验课后阶段，组织学生对本次实验进行归纳总结，同时引导学生探究新型测定方法，培养其创新思维。

2基于案例教学和问题导向教学的教学方案设计

2.1实验课前案例的引入及问题的导入

2.1.1案例的引入在实验课前，将2008年中国毒奶粉事件的相关视频推送给学生，该事件大致内容为：2008年9月，三鹿生产的婴儿奶粉，被发现导致多位食用婴儿出现肾结石症状，随后在其奶粉中检测到化工原料三聚氰胺，截止2008年12月底，全国累计报告因食用三鹿奶粉和其他个别问题奶粉导致泌尿系统出现异常的患儿共29.6万人。通过此事件激起学生们的学习兴趣，同时引出氮元素含量测定这一主题，并突出准确测定组分含量的重要意义。之后，教师针对案例提出相关问题，引导学生进行自主探究式学习。2.1.2问题的导入在预习阶段，教师根据案例以及实验内容推送相关问题给学生，学生以小组形式进行讨论，同时每个小组根据预习材料需准备2~3个问题，然后在课堂上再对问题进行集体讨论作答。针对教学案例，可推送问题如下：(1)我国奶粉中蛋白质含量的国家标准是多少？(2)蛋白质含量测定的原理及方法是什么？(3)为什么三聚氰胺的添加会导致检测出的蛋白质含量增加？(4)如何避免这种情况的发生？(5)氮元素的测定有几种方法？学生通过查阅资料及小组讨论，就可得知奶粉中蛋白质含量的国标为每100g婴幼儿奶粉中含12~25g蛋白质。且奶粉中的蛋白质测定方法为凯式定氮法，该方法的理论依据是蛋白质中的氮元素含量一般占其总量的16%，因此，只要测定出物质中的氮元素含量，即可推算出物质中的蛋白质总量。凯式定氮法的大致步骤为先用浓硫酸消化样品使有机氮转变为无机铵盐，再用蒸馏法测定铵盐中的氮含量，从而获得蛋白质含量。而三聚氰胺的添加无疑会增加一部分是规范学生的实验操作。比如：(1)配制NaOH溶液的蒸馏水是否需要准确量取？(2)采用取大样的方法测定时需要称量几组铵盐？(3)使用移液管时，放出溶液后管中残留的溶液是否要用洗耳球直接吹出？(4)指示剂是否加的越多越好？为什么？(5)滴定过程中，滴定管中有少量NaOH溶液滴定到锥形瓶壁上，是否会影响滴定结果？需要如何操作？经过在实验过程中与学生讨论以上问题，进一步深化学生对理论知识的理解，同时用理论指导实践，此外，也能够起到规范学生实验操作的作用。

2.2实验课中问题的导入

实验课前问题的提出主要是帮助学生掌握理论知识点，实验课中问题的提出则主要是针对学生的实验操作，对于分析化学而言，熟练的实验操作是获得准确测定数据的前提。

2.3实验课后问题的导入

针对学生实验报告中的数据处理部分，推送相关问题：(1)仪器测量(如分析天平、滴定管)获得的数值和数据处理计算获得的数值在有效数字的保留方面有何不同？(2)相对平均偏差一般保留几位有效数字？通过问题的推送让学生进一步明确分析化学中测量的数值和运算的数值在有效数字上的差异，以及有效数字的概念及其运算规则，可有效避免在后续实验中的混淆。同时，培养学生的创新思维及创新能力也是分析化学实验课的重要目标。因此，在实验结束后，组织学生讨论所使用的酸碱滴定法存在哪些不足之处，且提问“如果待测液为有色溶液或本身较为浑浊，如何去测定其含量？”引导学生搜索资料查找新型酸碱滴定方法，如电位滴定法，相比较于指示剂法，电位滴定法可有效避免待测液自身对测定造成的影响，以及可实现自动化滴定，且准确度和灵敏度较高。以此进一步拓宽学生的视野、培养学生的创新思维以及对科研的兴趣。

3结语

将案例教学法及问题导向教学法引入分析化学实验教学中，通过案例的设计以及问题的提出均可以起到激发学生的学习热情以及引导学生进行自主探究式学习的作用，从而真正实现以学生为中心的课程教学，与此同时，该教学模式对于培养学生的自主学习能力、创新思维以及分析和解决问题的综合能力都有重要意义。总之，基于案例教学法及问题导向教学法的分析化学实验课程的建设值得在分析化学实验课程中进一步研究，继而提高实践课程教学效果。参考文献样品中的氮元素含量，基于凯式定氮法无法判断氮元素的来源，因此导致样品中测定的蛋白质含量增加。欲避免这种情况，只能在样品进行蛋白质含量测定后，再对样品进行三聚氰胺达标检测。最后，氮元素的检测方法有蒸馏法、甲醛法、凯式定氮法等，我们实验中是采用甲醛法来进行铵盐中的氮含量测定。针对本次实验，可推送如下问题：(1)溶解邻苯二甲酸氢钾的蒸馏水是否需要准确量取？(2)为什么不用NaOH溶液直接滴定NH4+？(3)实验中加入甲醛的目的是什么？(4)溶液呈微红色且30s内不褪色即为滴定终点，如果30s后微红色消失是否需要继续滴加NaOH？为什么？(5)如果高锰酸钾滴定过氧化氢时过量的高锰酸钾(紫红色)指示滴定终点的到达，那30s后溶液紫红色褪去是否需继续滴加高锰酸钾？原因是否与问题(4)相同？经过以上问题的探讨，包括浓度标定过程中的定量关系、一元弱酸弱碱准确滴定的条件、指示剂变色的本质原因等，有助于学生真正理解实验原理以及更好的将理论知识与实践相结合，真正了解每一步的实验操作以及每一个实验现象背后的原因。

参考文献

[1]程寿锋，王婕，洪峰．浅谈分析化学实验教学的综合改革与创新人才的培养[J]．课程教育研究，2018，30：171．

[2]郭永明．“双创型”人才培养的分析化学实验教学改革[J]．广州化工，2020，48：186-188．

[3]陈琳，刘海燕，陈红，等．基于翻转课堂的分析化学实验教学改革实践[J]．山东化工，2021，50：216-219．

[4]邹志娟，宋昆鹏．高效分析化学实验教学反思[J]．广州化工，2020，48：130-131．

[5]何婧琳，曹忠，李丹，等．案例教学法在分析化学理论教学中的实践研究[J]．大学化学，2016，31：27-32．

[6]尹春芹，孙清斌，赵旭德，等．案例教学法在“水分析化学”教学中的探索与实践[J]．湖北理工学院学报，2018，34：60-64．

[7]张召香，张飞，王卫，等．基于CBL、PBL和微信公众平台的多维教学模式在无机及分析化学实验教学中的应用[J]．化学教育，2020，41：35-40．

[8]张卓旻，黄路，李攻科．问题导向教学法在基础化学分析实验中的应用[J]．大学化学，2020，35：32-36．

作者：徐凯佳 金盈 吴友吉 钱银银 单位：安徽工程大学