化學是一門實驗性很強的學科.實驗課程在化學學科的建設與發展中起著舉足輕重的作用[1-2].戴安邦院士在總結其長期教學經驗的基礎上,提出全面化學教育的觀念,強調上好化學實驗課是實施全面化學教育的一種最有效的教學形式.用人單位在選聘化學專業的畢業生時,更看重學生的動手能力;研究生導師在面試新進研究生時,也非常關注學生在本科學習期間的實驗訓練.由此可見,實驗教學是化學教學過程的重要環節.
化學分析實驗重在使學生通過親歷化學分析理論課教學中的基本方法,直接觀察化學反應的過程,加深對化學分析基本知識和基本理論的理解,建立起嚴格的"量"的概念,掌握分析化學中的誤差來源及實驗數據的處理與評價,掌握規范的基本操作技能,初步具備進行科學研究的能力[3].我校的化學分析實驗課依托國家理科基礎科學研究和教學人才培養基地、國家級實驗教學示范中心和陜西省人才培養模式創新實驗區的建設,成立了專門的課程組.課程組多年來一直堅持預做實驗制度,在實驗課教學中取得了良好的效果.教師預做在化學實驗教學中的重要性體現在 6 個方面,下面分別加以介紹.
1 明確實驗現象
化學實驗現象是實驗者對化學實驗獲得的最直觀、最容易記憶的感受.對化學分析實驗過程的現象的觀察和解釋,能使學生深入理解滴定分析法的基本原理; 對與預期不同的實驗現象的分析,有助于學生分析實驗結果產生誤差的原因,收到良好的教學效果.化學分析實驗的實驗現象,主要包括樣品預處理過程和滴定前后的溶液顏色等,往往會直接在實驗步驟中描述出來,學生只需要在實驗過程中對比觀察就可以了; 但有些實驗現象需要通過預做過程明確核實.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\\) ,教師需要通過預做實驗過程,清楚實際的實驗現象\\( 甚至是如果酸度控制不合適、未加掩蔽劑等出現的其他顏色或現象\\) ,才能做到心中有數.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,并以此作為滴定終點.如果教師不通過自己的預做經驗給予指導,學生往往會按照溶液中的終點確定方式,滴定到錐形瓶中磚紅色掩蓋了白色之后才停止滴定.而根據實驗原理,只要有磚紅色出現就可認為氯離子已經滴定完全.所以,教師預做過程對明確實驗現象至關重要[4].另外,有些實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,實驗現象會不太一樣.樣品變了,現象也會隨之變化.這在實驗中很常見,也需經過預備實驗確定會出現什么現象,原因何在.
2 改進實驗方案
化學分析又稱經典分析.一般學校開設的化學分析實驗都是經過非常多次實驗驗證的確實可行的分析方案.然而,由于實驗教材編寫的小錯誤、實際分析樣品的特殊性等原因,我們仍能通過教師預做環節發現一些問題,并及時在學生實驗時進行修改,保證學生實驗的順利進行.例如在自來水總硬度測定實驗中,教師通過預做發現: 滴定劑 EDTA 的濃度應隨著實驗時當地水硬度的高低而有所調整,以硬度在 60 mg/L 左右\\( 以 CaO 質量濃度表示結果\\) 的水為例,EDTA 的濃度應在 0. 005 mol/L 為宜.如統一采用實驗課教材中提供的濃度\\( 0. 01 mol/L\\) ,則會出現軟水滴定時消耗的體積過少導致測定誤差較大的問題.在用 Ca2 +標準溶液標定 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.我們通過多次預做,將實驗方案調整為在配制好的 EDTA 溶液中加一定量的 Mg2 +,在取得相同的實驗現象和數據的同時,減少了實驗員的工作量,也促使學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
教師預做環節可以很好地檢驗公用試劑配制得是否合適,以確保學生實驗順利進行[4].在化學分析實驗中,總有一些試劑的溶液是由實驗員預先準備或配制好,然后提供給學生直接使用.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驗的預做中,我們發現過由于 K-B指示劑配制的比例問題導致的終點顏色偏綠,與實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致在加入 Ca2 +標準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進行實驗的情況也出現過.例如在置換滴定法測定鋁合金中鋁含量時,因考慮到學生在前面已有兩次配制 EDTA 溶液的經驗,實驗中所用 EDTA 由實驗員統一準備.預做實驗發現,在用 Zn2 +標準溶液滴定過量 EDTA 時,無法滴出終點.經預做教師反復討論,并對 EDTA 溶液進行標定發現,所用鋁合金中鋁含量高,而所準備的 EDTA 溶液濃度太小,根本沒有過量.據此,我們及時加大了 EDTA 溶液濃度,使預作實驗和后續一周的學生實驗沒有出現問題.
4 提供評分標準
除了基本操作訓練實驗外,化學分析實驗都會涉及樣品中某種組分或某幾種組分的含量測定.準確度高是化學分析法的一大特點.因此,除了重視實驗過程外,化學分析實驗對于實驗結果的準確度有很高的要求.實驗中的樣品種類多、易變化,且一般都不是標準樣品.因此,教師預做的一個重要作用就是為評判學生的實驗結果提供一套標準數據.課程組會將預做的結果進行合理的可疑值取舍后取平均值作為標準含量或濃度,然后按照與標準值的相對誤差大小,給出不同的分值區間,再結合學生數據的精密度,給出一個合理的分數,使學生能清楚自己的實驗課成績,領會實驗結果準確度與規范操作的密切關系,并且逐步滲透分析方法需要保證高準確度和精密度的科學理念.
5 培養新進教師
要保證良好的教學效果,首先需要教師有精湛的業務能力,這是教師一項主要的基本功.在化學學科,新進教師尤其是沒有任何教學經驗的青年教師往往在留校工作時被安排帶實驗課.實驗預做環節對新進教師的培養作用是很大的.在教師集體預做實驗時,往往先由經驗豐富的教師講解實驗原理和方案,然后再開始實驗.通過這個環節,可以充分發揮老教師的傳幫帶作用.示范規范操作、總結實驗中存在的問題、研究解決方案、對青年教師進行全方位的培訓等,能有效提高青年教師的講課水平,幫助青年教師快速進入教師身份,做到實驗課教學時胸有成竹[5].例如對于實驗過程中出現的意外現象,教師就能引導學生分析其內在的原因.
6 開展教學研究
高校教師往往將精力和時間更多地用在科學研究上.對于教學,許多教師基本只是滿足于完成課堂教學任務,很少主動開展教學研究.每周一次的集體預做實驗為教師合作進行教學研究提供了場所與機會,教師可以借此發現教學中存在的問題,討論實驗課課程建設及教學方法改革等問題.
綜上所述,教師預做過程是化學實驗教學過程必不可少的環節.做好實驗預做,可以大大提升實驗課的教學效果.
參 考 文 獻
[1] 張樹永,張劍榮,陳六平. 大學化學,2009,24\\( 4\\) : 24
[2] 田曙堅,廖一平,焦書明. 大學化學,2005,20\\( 1\\) : 25
[3] 武漢大學. 分析化學實驗. 第 5 版. 北京: 高等教育出版社,2011
[4] 黃翠姬,劉昭明. 廣西工學院學報,2006,17\\( 2\\) : 75
[5] 李勝清,薛愛芳,康勤書,等. 實驗室科學,2010,13\\( 2\\) : 28
