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化学实验教学改革综述
来源查字典化学网| 2018-06-11 发表| 559 人浏览| 教学经验分类:化学论文

教学经验

分析化学实验教学是分析化学教学过程中十分重要的教学环节,主要培养学生的动手能力和实践能力。为了深化分析化学实验教学内容及教学手段的改革,开辟更宽的分析化学实验教学新路,课题组尝试制作并利用基本操作电化教学片,增设仪器分析实验,增设综合型实验,增加课程设计教学内容,使学生得到了很好的技能训练,培养了学生分析问题、解决问题的能力,从而全面提高了分析化学实验教学质量。

[关键词]分析化学实验;教学改革

学生在大学阶段是创造性思维能力形成的最佳阶段,而实验教学对大力培养学生的创新思维能力具有十分重要的作用,通过实验教学,可以培养和发展学生的观察能力、实际操作能力、记忆思维能力、想象能力和创新能力,提高学生的综合素质。因此,在实验教学中,要坚持理论与实验教学一体化,提高实验的教学质量,使学生成为具有优良素质的人才。我校作为工科院校以培养应用型、技术型人才为办学宗旨,非常重视实验教学,其中分析化学实验教学是分析化学教学过程中十分重要的教学环节,可以使学生对分析化学基本理论加深理解,熟练掌握分析化学的基本操作技能,培养学生分析问题、解决问题的能力,为日后参加生产和科学研究打好一定的基础。然而分析化学实验教学面临着实验学时少、教学手段单一,导致学生不够重视,只是机械地完成实验任务的困境。为了深化分析化学实验教学内容及教学手段的改革,开辟更宽的分析化学实验教学的新路,我们进行了一些实验教学改革探索,教学效果良好[1]。

一、制作并利用基本操作电化教学片,提高实验技能

为使学生准确掌握分析化学的基本操作技能,突出实验操作的规范性和熟练性,我校安排了基本操作实验教学内容,主要以教师课堂演示加学生练习为主,但是教学学时有限,教学手段单一,学生又多,很难达到基本操作规范、熟练的要求,无法树立严格的量的概念。为了克服上述问题,充分利用有效教学时间使学生多练习操作,达到操作规范、操作熟练的目的,我们借鉴其他兄弟院校基本操作教学方法,制作了移液管、吸量管、容量瓶、滴定管等的基本操作电化教学片。在电化教学片中,将移液管与吸量管、酸式滴定管与碱式滴定管进行对比,除了演示基本操作及方法外,还重点强调了两者使用方法上的差别等细节。例如使用吸量管之前一定要注意观察仪器上是否标有吹字,特别是小体积吸量管,当标有吹字时,待液面下降到管尖后,等15秒左右,最后用洗耳球将管尖残液吹进容器内。这一细微操作差别,使学生深切理解了量的概念。该电化教学片声像并茂、新鲜生动,学生可以在课前预习,反复观看,课上利用有限的时间多动手操作,达到基本操作熟练、规范的要求,提高效率。在后续的实验过程中对玻璃仪器使用、药品称量、溶液配制、滴定操作等严格要求,使学生的基本操作规范、熟练,建立准确的量的概念,注意培养严谨的科学态度。在实际教学过程中,发现学生们对基本操作电化教学片的制作很感兴趣,有些学生利用课余时间主动到实验室自行录制一段基本操作录像片,然后自行用小软件进行剪辑,配上音乐,效果很好,学生说要留作纪念。这样,从另一角度促进了学生对基本操作的兴趣,有了兴趣,自然就更加重视,教学效果就良好。

二、完善实验教学内容,适应教学改革与时代发展

随着新版教学计划和教学大纲的制订,我校有些专业取消了仪器分析课程,然而化学分析与仪器分析是有机结合体,现在很多企业已经不再像过去只做一些简单的分析,而需要有很多前处理,或者有化学分析与仪器分析相结合的要求,因此取消仪器分析课程将影响学生今后的学习和工作。在深化实践教学内容改革的指导思想下,对实验内容进行归类和划分,划分为基本知识和技能、化学分析实验、仪器分析实验三个模块,从单一的滴定分析中跳出来,让学生接触到分析仪器和计算机在分析化学中的应用,注重实验的先进性,既能增长学生的见识,又能丰富实验内容[2]。为此我们以选做实验的形式开设了有关仪器分析实验分光光度法测定微量铁,以增强分析化学实验的多样性,增加分析化学实验的时代气息,使学生对分析仪器与计算机技术在分析化学中的应用有了初步认识。开设该实验的最初目的是增加仪器分析实验内容,教学过程中发现学生对简单仪器实验和计算机数据处理也很感兴趣,更令人欣慰的是有些学生对题目中微量二字产生了兴趣。之前学生们普遍认为仪器分析先进,仪器分析结果比化学分析准确,但是通过讲解与探讨,学生们对化学分析和仪器分析有了进一步的了解,对化学分析适用于常量、高含量分析和仪器分析适用于低含量分析,化学分析操作烦琐但准确度高和仪器分析灵敏度高但相对误差较大等特点有了深刻认识。遗憾的是,因为理论课中不讲授仪器分析部分,只开设实验课而且是选做实验,所以有些学生积极性不太高,这有待改进。

三、适当增加综合型实验,提高学生综合素质

以前我校开设的分析化学实验多为验证型实验,陈旧单一,使得学生养成照方抓药的习惯,依赖思想相当严重。在构建科学的应用型人才培养实践教学体系的指导思想下,在分析化学实验中适宜地压缩了单纯的验证型实验,在操作技能熟练的基础上,以提高学生素质为切入点,在学期末增加了与工业生产相关的综合型实验,激发了学生对分析化学实验的兴趣[3]。在实验中教师只给出实验对象和要求,通过查阅资料、教师加以引导等途径,由学生自行确定实验步骤,在实验过程中自己发现问题,改进实验步骤,激发学生对分析化学实验的兴趣,提高学生的实践能力和应用能力,避免学生走照方抓药的老路子,注重实验的基础性、实用性和综合性,提高了学生综合素质。通过实验学生们不仅对验证型实验中教师事先准备好的实验试剂、实验方法有了一定的了解,还能提出很多为什么,而且能够在教师的指导下,尝试着找到合理的答案,令人欣慰。例如:水泥熟料中铁铝钙镁含量的测定实验中,有些学生查阅资料时发现测定Fe和Al时可进行连续滴定操作,学生带着问号重新翻阅了分析化学理论课中酸效应曲线知识,找到了测定Fe和Al时进行连续滴定的理论依据,很顺利地解决了思考题,一举两得。再比如,理论课上反复强调Al对指示剂有封闭现象,实验过程中学生们只注意为避免封闭现象而采取返滴定法,却忽略了指示剂的僵化现象,有些学生在标定硫酸铜溶液实验中出现了异常的沉淀现象,在教师的提醒下才恍然大悟:PAN还有僵化现象的问题,应该采取加入有机溶剂等措施。学生们通过解决实验过程中出现的实际问题,不仅锻炼了动手能力,还加深了理论知识,懂得了理论指导实验,通过实验达到分析目的的道理。

四、适当精炼实验教学内容,增加课程设计教学内容

随着我校以设计为主线、以实践能力培养为核心的应用型人才培养模式的改革与实践,分析化学课程也紧跟教学发展步伐,在遵循育人为本,改革创新,强化特色,提高质量的工作方针下,结合我校的人才培养和教学实际,在熟练掌握操作技能的基础上,安排了与理论知识密切相关的课程设计教学内容,培养学生运用分析化学理论知识设计实验方案的能力,探索适合我校办学理念的课程设计教学方案,教学效果良好。我校曾大规模重新制订了2014版教学大纲,之后适时地局部地又修订了几次教学大纲,我们顺应教学大纲调整,以分析化学实验周的课程形式安排了课程设计教学内容。教师在分析化学课程设计教学环节中,布置了NaOH/Na2CO3混合碱分析方案设计和NaHCO3/Na2CO3混合碱分析方案设计两个题目。第一个题目在教师的带领下,全班一起讨论,包括基准物质的选择、标准溶液的配制与标定、指示剂的选择、混合试样质量的选择等,每一步的实验方案设计都要求理论依据及数据支撑。比如指示剂选择内容,在期末考试中也就是占2分的填空题,在验证型实验中更是教师指定并且配制好指示剂学生拿过来使用便是,至于为什么,学生们大多没有仔细考虑过,而在课程设计中学生要从计算化学计量点PH到查阅指示剂变色点及变色范围一并思考,对指示剂的选择和使用有了更深刻的理解。通过这一阶段的训练,学生们对分析化学实验步骤恍然大悟,并加深认识了双指示剂法测定混合碱的原理。学生们经历了第一个题目的训练后,接下来自行完成第二个题目的实验方案设计。在这次课程设计教学环节中,学生们深刻体会到了理论联系实际、理论指导分析化学实验的道理。比如在理论教学过程中讲到:为了使称量的相对误差小于0.1%,试样质量必须在0.2g以上,消耗的滴定剂体积必须大于20mL,最好使体积在25mL左右。学生在课堂上对这个知识点一听一过,不往心里去,但是在课程设计过程中遇到了无法同时满足两个条件的困难,不知如何是好。于是在讨论第一个课程设计题目时复习了容量瓶的两个用途,可以利用容量瓶的稀释用途巧妙地解决上述困难。通过该课程设计的训练,绝大部分学生都能顺利地设计出比较合理的实验方案,再根据自己设计的实验方案,顺利的测定出混合碱中未知物的含量,教学效果良好。在此基础上,让有实力、有兴趣的学生通过简单的硝酸铅和硝酸铋混合试样中铅铋含量的测定方案设计,尝试了课程设计在络合滴定法中的应用。经过了综合型水泥实验后,大部分学生利用两者的稳定常数差异大的特点,采用了既经济又方便的连续滴定操作测定铅铋的方法,少部分学生尝试了掩蔽的方法,经过对比深刻体会到了连续滴定的优点。测定方法有了,但是在具体的设计细节又遇到了问题:指示剂和缓冲溶液如何选择?学生们一看到需要测定两种金属离子,首先想到的是使用两个指示剂,经过讲解和共同探讨,巧妙地利用在不同pH值(酸碱度)下铅铋分别与指示剂络合的原理,只选择了二甲酚橙作指示剂,并且加深了终点时为指示剂本身的颜色的原理。在选择缓冲溶液时,测定铋需要控制PH约为1,学生们找不到合适的共轭酸碱对缓冲溶液。在复习了缓冲溶液的概念和作用之后,学生理解了溶解硝酸铅、硝酸铋时使用的浓硝酸溶液既是测定铋的缓冲溶液的道理。在测定铅时,为选择PH约5的缓冲溶液,学生们展开了热烈的讨论。最终通过与理论课计算题相结合,讲解了醋酸-醋酸钠缓冲溶液与铅离子络合从而增大终点误差,因此选择了六亚甲基四胺缓冲溶液的道理。接着又有学生提出了为何不使用六亚甲基四胺-六亚甲基四胺盐酸盐作缓冲溶液,直接加入一元弱碱六亚甲基四胺的问题,这个问题很快被反应快的学生给出了答案:请参考理论课缓冲溶液例题,过量六亚甲基四胺与酸性溶液反应后形成了共轭酸碱对缓冲溶液。通过该课程设计内容的学习,不仅巩固了综合型实验中酸碱滴定和络合滴定知识,还复习了酸碱滴定中缓冲溶液的知识,一举两得,极大地激发了学生们的学习兴趣。对于这样的课程设计教学环节,有考研想法的学生比一般学生更感兴趣。因为在分析化学科目的考研题或复试题中,方案设计类考题几乎每个高校都涉及,有了课程设计教学环节的训练,学生们信心大增,收获不小。

五、结束语

本文通过制作并利用分析化学基本操作电化教学片,解决了分析化学基本操作学时有限、教学手段单一的问题,教学手段新颖,教学效果良好;为适应我院某些专业取消仪器分析课程的变化,分析化学实验课以选做的形式增加了仪器分析实验部分;为顺应以学生为主体,教师为主导教学理念,在分析化学实验中适宜地压缩了单纯的验证型实验,在学期末增加了与工业生产相关的综合型实验,遵照以设计为主线、以实践能力培养为核心的应用型人才培养模式,开设了分析化学课程设计,激发了学生对分析化学实验的兴趣。分析化学是一门实践性很强的学科,在减少验证型实验教学内容和教学时数时要注意知识的连贯性和整体性,安排的综合型实验和课程设计内容又要符合分析化学课程的特点。在学生熟练掌握分析化学基本操作技能的原则下,增加综合型实验和课程设计教学内容,让学生自行查阅资料,教师加以引导,培养学生应用分析化学的基本原理解决相关问题的能力,提高学生综合素质,激发学生对分析化学的学习兴趣。我们力求遵循学校的教育教学改革方向,着力解决分析化学教学中存在的疑点问题,具有一定的特色和创新性,对提高教学质量具有积极作用。为深化分析化学实验课教学改革,以突出专业培养特色,切实提高学生的工程实践能力和创新意识为核心,加强实践教学模式教学方法的改革,开辟了更宽的分析化学实验课教学思路。

[参考文献]

[1]陈贝贝.加强分析化学课程的教研改革[J].大学化学,2014(6).

[2]高明慧.无机与分析化学实验课程教学改革探索[J].实验室科学,2016(5).

[3]张坤.提高分析化学实验课程教学效果的几点措施[J].实验科学与技术,2016(3).

[4]刘苏莉.翻转课堂的教学设计与应用基于大学分析化学实验的案例分析[J].大学教育,2016(5).

[5]马建荣.论应用型本科人才培养目标下的课程教学设计从学科逻辑向问题逻辑转化的视角[J].中国高教研究,2011(4).

作者:陈海春 王宏 单位:沈阳理工大学环境与化工学院

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