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综合性分析化学实验设计思考

2016/02/18 阅读:

摘要

以“工业碳酸纳的质量鉴定”为基础,设计了一个以学生为主体的综合性分析化学实验教学项目。教学环节包含自主设计、师生讨论、自主实践和教学评价4个阶段。教学实践表明,该实验项目可以充分调动学生的实验兴趣,增强学生在教学实践中的自主性,巩固学生的专业基础理论与技能,提高学生的专业综合素质。

关键词

自主式学习;综合分析化学实验;工业碳酸钠;质量鉴定

高等教育的目标之一就是培养学生独立思考、自主学习的能力[1-2]。具体到实验教学中,就要求加强综合性、设计性实验的开发与建设,引入自主式、探究式的实验教学方法,建立以学生为主体、教师指导为辅的教学模式,提高学生的专业综合能力与自我创新意识[3-7]。我们在分析化学实验教学实践中,一方面保证基础性实验的开设,确保“三基(基本知识、理论、技能)”融入到实验教学,注重培养学生扎实的专业基础素质。另一方面也加大了综合性、设计性实验项目的开设,注重培养学生的独立工作能力、综合创新能力。基础实验内容主要偏重验证性,有很多成熟的实验项目可选择。而综合设计性实验要求涉及本课程的综合知识或者与本课程相关的课程知识,必须具备综合性、探究性、实用性、普遍性与先进性的特点[8-9]。目前许多已有的综合性实验仅仅是基础实验的粗略改造,真正具备综合设计性特点的实验项目很少。因此教师需要整合现有的实验资源,积极进行以学生为主体的综合设计性实验的设计与开发。在国家标准“工业碳酸钠及试验方法”(GB210.1-2004)里,工业碳酸钠的质量技术指标项目包括总碱量、氯化钠、铁、硫酸盐、水不溶物和堆积密度[10]。其中前4个指标分析涉及到了酸碱滴定、沉淀滴定、重量分析和光度分析等分析化学实验内容。我们以此国家标准为基础,结合分析化学实验的基本要求,精心设计了“工业碳酸钠的质量鉴定”这一紧密联系生产实际、充分调动学生主观能动性的综合性实验项目。

1自主设计

教师采用“任务式”教学方法,首先下发“工业碳酸钠质量鉴定”实验方案的设计任务书。任务书中明确了设计实验方案的要求。(1)要求学生进行文献信息调研。如查阅工业碳酸钠生产的工艺流程;了解物料的物理化学性质;利用多种渠道进行国家标准的检索;解读工业碳酸钠的质量标准。(2)根据国家标准确定检验项目,编写工业碳酸钠的质量分析方案。要求详细列出:实验目的、实验原理、试剂与仪器、实验步骤、数据记录与处理。鼓励学生根据所学专业基础知识和查阅的文献资料独立设计出新的实验方法。该“任务式”教学活动为学生提供了自主查阅文献资料、独立设计实验方案的体验实践,充分调动了学生自主学习、独立思考和解决实际问题的能力。

2师生讨论

教师提前一周组织学生对设计的实验方案进行“分组讨论”与“个别讨论”,增加师生互动的机会。教学实践表明,学生提交的分析方案主要来自对教材基础实验的修改,国家标准的分析方法及专业文献的新方法。其中,也不乏个别学生自主设计的新方案。教师对学生设计的实验方案进行具体的分析评定,对学生设计的新方法的合理性、可行性进行讨论。这中间会涉及到许多实际应用的基础知识点:实际样品的取样;样品的前处理(如样品溶液的酸度调节);标准溶液的选择、配置与标定;混合指示剂与基础实验常用指示剂的不同;不同分析方法(如比浊法、重量分析法和光度法测定硫酸盐)的比较等等。通过对分析方案分组讨论,师生一对一讨论这一教学环节,加深了学生对分析化学专业知识的综合化与系统化理解。

3自主实践

为了方便实验室药品采购与管理,在方案讨论结束后对实验方案进行了统一,并在实验室条件允许下鼓励学生对自己设计的新方案进行自主实践。表1列出了“工业碳酸钠的质量鉴定”的实验方案中所选用的测定方法。学生在这一综合性实验方案的实践过程中,进一步巩固了基础性实验的内容,拓宽了分析化学实验的应用面,提高了理论知识与实验技能。例如,在酸碱滴定法测定总碱量的实验中切身体会了溴甲酚绿-甲基红混合指示剂与甲基橙指示剂变色的不同;沉淀滴定法测定氯化物时学习了如何在大量沉淀存在下判断滴定的终点;光度法测定铁时样品溶液酸度的调节方法;个别同学还自主实践,比较了采用目视比浊法与光度法进行硫酸盐限量分析的实际区别。面对实际工业生产的样品分析,在整个实验方案实践过程中,学生表现出极高的实验兴致,能够独立思考、勇于尝试,专业知识综合应用的能力得到了充分施展和显著提高。特别是,在实验方案的实施过程中,改变常规的由实验员教师准备试剂药品的做法,要求学生列出所使用试剂仪器的详细清单,亲自配制实验所需的试液、标准溶液、指示剂等。这一具体的实践环节锻炼了学生实验的基本技能,提高了学生的实际动手能力。

4教学评价

数据的记录与处理部分要求学生科学地、规范地记录原始数据,计算实验结果和相对平均偏差。要求学生在保证精密度前提下提高样品测定结果的准确度。根据国家标准里各项指标的要求,评价工业碳酸钠的质量等级,编制工业碳酸钠质量等级认定报告。最后,要求学生总结实验的心得体会,进行“自我评价”。学生普遍反映该实验项目更贴近工业生产实践,给了学生查阅资料、设计方案、自己处理问题的机会,提高了分析化学实验的兴趣。科学、合理的教学评价可以激发学生学习的主观能动性。我们把该实验项目的开设学时数定为8学时,相当于2个基础性实验项目。对学生的评价与考核包含了2个部分,首先是对设计方案的评价,从中可以了解课后学生查阅的文献量,对设计方案的可实施性和规范性进行评价。其次是方案实施过程中的规范与实验结果的准确度,从中可以掌握学生处理实际问题的能力及科学严谨的工作态度与作风。

5结束语

3个学期的教学实践结果说明,该综合性实验项目充分确立了学生在教学过程中的主导地位,调动了学生自主学习的能动性,提高了学生对分析化学实验的兴趣。学生在项目实施过程中进一步拓宽了专业知识面,实践了所学的理论知识,提高了分析问题、解决问题的综合能力。另外,在教学实施过程中,教师需要逐一评价学生的设计方案,处理学生实践过程中遇到的各种问题。这需要教师投入比常规基础性实验更多的时间与精力。但教师也因此能更深入地了解学生掌握专业基础知识的实际程度,发现实验教学中的不足,从而不断优化后继的教学过程。教学双方做到了互相促进,共同进步!

参考文献

[1]訾学红,陈永宝,张红光,等.实验室研究与探索,2013,32(6):321-323

[2]皇甫倩,王后雄.化学教育,2014,35(3):64-68

[3]孙纯学,高若宁.实验室研究与探索,2010,29(10):128-130,153

[4]漆红兰,刘晨,范晓荔.化学教育,2014,35(10):25-28

[5]卢怡,刘金库,徐志珍,等.化工高等教育,2012(1):30-32,58

[6]马新起,郭泉辉,杨显.大学化学,2014,29(3):57-59

[7]施鼎方,徐竞成,朱毓秀,等.实验室研究与探索,2012,31(8):85-87

[8]曹小华,谢宝华,叶姗,等.化学教育,2011,32(5):60-63

[9]肖建富,高瞻,李桂新.实验技术与管理,2008,25(12):143-145,165

[10]中华人民共和国国家标准.工业碳酸钠及其试验方法GB210.1-2004.2004:10

[11]王升富,周立群.无机及分析化学实验.北京:科学出版社,2009:205-207

作者:党雪平 黄建林 葛伊莉 陈怀侠 叶勇 王升富 单位:湖北大学化学化工学院有机功能分子合成与应用教育部重点实验室 有机化工新材料湖北省协同创新中心

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