藥學院無機化學課中的案例教學

陸家政 陳菲 蔣京 曾憲棟 劉云軍 管小艷 姚秀瓊

(廣東藥學院無機化學教研室 廣東廣州 510006)

無機化學是醫藥院校的基礎必修課，它不僅為學生學習后繼課程打下必要的自然科學基礎，還對培養學生理科素質、科學思維方法和綜合能力具有重要意義。

在教學實踐中，常常發現許多學生覺得無機化學枯燥無味，特別是與醫學、藥學等相關專業課相比，無機化學被認為是一門較難學的課程，課程結束后的補考率也比較高。為此，筆者近年在無機化學教學中引入案例教學，進行有益的嘗試與探索。

1 案例教學及其背景

所謂案例教學是指在教師指導下，把學生帶入具有一定代表性的典型事件的現場，深入角色，再現案例情景，以提高學生實際運作能力的一種教學方法。

1921年，哈佛大學法學院首次將案例方法應用于教學中。這種教學法強調在教學中由學生參與分析和討論個別案例，目的是通過對案例的認識達到對法律規則的理解。到20世紀中葉，案例教學被美國所有的著名法律學院采用[1-2]，并隨后逐漸被應用于醫學、 經濟學、 社會學、 心理學、 管理學等學科的教學和研究中，尤其是應用于美國的師范教育和師資培訓并取得了很好的教學效果。目前，案例教學法已成為美國各種專業和職業教育中的一種重要方法。近年來，國內也有不少教師對此進行了實踐，并認為該教學法是非常有效的教學方法[2-4]。

2 無機化學案例教學步驟及示例

與其他課程類似，無機化學案例教學的步驟可分為：提供案例，組織討論(包括學生查閱資料、收集信息)，教師評述，原理分析。與此相對應的學生的學習過程應是：案例情境，查閱資料、收集信息，分析材料，掌握原理及應用。讓受教育者通過閱讀、分析和思考以及相互間進行討論和爭辯，提高思維推理和處理問題的能力。

所設計的教學過程應以學生的積極參與為前提，教師不是單純通過說教，而是通過對具體事件的討論分析逐漸歸納出知識脈絡并解決問題。通常采用問題式案例來實施教學，這些案例主要是來源于工作或生活實際，應具有如下特點：

(1) 知識性：所選案例要具有一定的知識內涵，學生可從中獲取知識。

案例： 某日某醫院內科病房在給一病人靜脈滴注阿莫西林-克拉維酸后，接著滴注乳酸環丙沙星注射液，當這兩種藥物在輸液器中混合后，出現大量微黃色的針狀結晶沉淀，而輸液瓶中的剩余環丙沙星注射液仍澄明。經研究發現：阿莫西林-克拉維酸注射液的pH為8.76，當pH降低至6.59時產生渾濁，pH低于4.13即有微黃色的針狀結晶析出。因此，阿莫西林-克拉維酸注射液與pH較低的藥物環丙沙星(pH為4.5～5.5)、慶大霉素(pH為4.0～6.0)配伍時即出現沉淀。滴加NaOH試液可使溶液pH升高后，溶液變為澄清。

問題：① 溶液的酸堿性如何劃分？② 如何測定或計算溶液的pH？③ 物質在溶液中形成沉淀，或沉淀的溶解與什么因素有關？如何控制？

讓學生對這些問題充分討論后，教師總結：人體的許多生理現象和病理現象與酸堿平衡和沉淀平衡有關。人體體液酸堿平衡是人體的三大基礎平衡之一。占人體體重70%的體液有一定的酸堿度，并在較窄的范圍內保持穩定，這種酸堿平衡是維持人體生命活動的重要基礎。如果這一平衡被破壞，就會影響生命的正常活動，發生酸中毒或堿中毒并導致各種疾病。臨床上常用乳酸鈉糾正代謝性酸中毒，用氯化銨治療堿中毒。

藥物的制備、分析和藥理作用研究也常常涉及酸堿反應和沉淀反應。許多藥物本身就是酸或堿。為保證臨床用藥的安全性及有效性，應注意不同藥物溶液的pH差異，避免因藥物溶液pH改變造成的不良后果。

(2) 典型性：所選案例要能夠說明一類或一組事件，經典、典型。

案例：實驗室中所用的鉻酸洗液是重鉻酸鉀飽和溶液和濃硫酸的混合物，是一種棕紅色的強氧化劑，常用于洗滌化學玻璃器皿，以除去器壁上附著的油污層。洗液經使用后，將由棕紅色逐漸轉變為暗綠色，若全部變為暗綠色，表明洗液已失效。大量使用鉻酸洗液容易造成環境污染，現在鉻酸洗液已逐漸被其他洗滌劑所替代。

問題：① 鉻酸洗液的洗滌原理是什么？② 為什么說鉻酸洗液若全部變為暗綠色，表明洗液已失效？③根據已學習過的P區元素的知識，從常見的化學試劑中選擇合適的洗液代用品，并說明理由。

教師分析總結：配制洗液時，將濃H2SO4與K2Cr2O7混合，有CrO3紅色針狀晶體析出。洗液實際上是利用CrO3的強氧化性及H2SO4的強酸性，當洗液由棕紅色轉變為棕或暗綠色時，表明大部分Cr(Ⅵ)已轉化為Cr(Ⅲ)，洗液基本失效。若全部變為暗綠色，表明洗液已完全失效。由于鉻(Ⅵ)污染環境，是致癌物質，因此目前已很少使用。作為該洗液的代用品，可選王水，其組成為V(濃硝酸):V(濃鹽酸)=1:3。

(3) 針對性和啟發性：這類案例必須與教學內容一致，這也是正確分析案例的保證；通過分析案例啟發學生思維。

案例：FeSO4·7H2O為綠色晶體，俗稱綠礬。它是一種重要的亞鐵鹽，醫藥上作內服藥劑治療缺鐵性貧血；在農業上用作殺菌劑，可防治小麥等農作物的病害；工業上用于制造藍色墨水以及防腐劑和媒染劑。人們常常發現久置的亞鐵鹽溶液中會有棕色的堿式鹽沉淀生成，因此通常使用時需新鮮配制；配制時需加適量的酸以及少量單質鐵或其他抗氧化劑。

問題：① 使用一定濃度的亞鐵鹽溶液為什么需要新鮮配制？② 配制亞鐵鹽溶液時，為什么需加適量的酸以及少量單質鐵或其他還原劑？它們起什么作用？可否用硝酸來配制亞鐵鹽溶液？③ FeSO4·7H2O以及其他的亞鐵鹽固體應當如何保存？

教師引導學生討論、分析所提出的每一個問題，最后總結歸納亞鐵及其鹽的重要性質。

(4) 趣味性：可調動學生的學習興趣。

案例：金紅石型納米二氧化鈦是一種熱穩定性優良的抗菌納米復合環保涂料，具有抗菌效果好、功效長、廣譜抗(殺)菌、對人體及動物無毒性等優點。實驗表明，這種涂料通過接觸作用對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌24小時的殺滅率達到90%以上。因此常被用作醫院門診、病房的室內墻面涂料，起抗菌和降低污染的作用。它的制備方法有多種，常用的方法為：

以TiCl4、鹽酸為原料，在冰水浴冷卻下將TiCl4緩慢滴入蒸餾水中，連續攪拌，配成一定濃度的水溶液為儲備液，與鹽酸、蒸餾水按一定比例配制混勻后升溫、攪拌，在一定溫度下保溫數小時，將所得水解產物過濾、洗滌直至濾液呈中性(即無Cl-)，經加熱干燥即可制得TiO2粉體。在制備過程中，鹽酸的加入量對沉淀產物形成金紅石型TiO2有重要影響。

問題：① 你可否寫出該制備過程的主要反應式？② 制備過程中，如何檢驗濾液呈中性無Cl-離子？③ 為何加入鹽酸的量對形成金紅石型TiO2有重要影響？

分析總結：該制備方法主要是利用TiCl4的易水解性，其反應式可見教材中相應章節的內容。濾液中有無Cl-，可加入AgNO3溶液檢驗有無白色沉淀即可。實驗證明，不加鹽酸時，所得水解產物呈膠體沉淀狀態，無法用普通過濾方法截留沉淀物；例如1L的反應液，當加入10mL鹽酸時，產率為52%，加入量為20mL時，產率為94%。但鹽酸的量繼續增加，則TiO2的收率反而降低。原因是鹽酸(HCl)是TiCl4水解反應中的生成物，根據化學平衡原理可知其在體系中含量過高，會抑制水解反應進行，使產率降低。

(5) 實踐性：與學生的實踐需求相吻合，對學習有指導意義。

案例： 臨床上常用KMnO4作為消毒防腐劑。例如，0.02%～0.05%的KMnO4溶液常用于沖洗黏膜、腔道和傷口，0.1%的KMnO4溶液可用于有機磷中毒時洗胃等。在日常生活中，一定濃度的KMnO4溶液可用于飲食用具、器皿、蔬菜、水果等消毒；在醫藥化工中，可用于生產維生素C、糊精等；在輕化工業中用作纖維、油脂的漂白和脫色，具有廣泛的用途。

問題：① 臨床上使用KMnO4作消毒劑和防腐劑，實際上是利用它的什么性質？② 上述高錳酸鉀溶液，是酸性溶液還是堿性溶液？③ 應如何保存KMnO4？

如此通過具有知識性、典型性、針對性、啟發性、趣味性和實踐性的案例內容，對知識點進行講授，可彌補傳統方法的局限，充分調動學生的學習積極性、主動性和創造性。

3 課程教學效果

案例教學改變了過去那種以教師講授為主的教學方法，取而代之的是以各種案例作為相關化學理論的載體，給原理的講解提供一個切入點，使教理和教例一體化，具體與抽象相結合，實現理論與實踐的統一。這更有利于學生對知識點的掌握及能力的培養。據初步統計，開展無機化學案例教學后，無論是學生平時的學習情況，還是考試成績或學校教務處教學質量檢查，都表明該課程取得了令人滿意的教學效果。

在學期結束時，我們就案例教學的有關問題，進行了一次無記名問卷調查。有效調查人數為127。結果如下：95% (121人)的學生認為案例教學在剛開始時要花相當多的時間預習，有一定的難度，但大約在第三章教學后就適應了。80%(102人)的學生認為案例教學能促進對無機化學知識特別是相關原理的理解和記憶。調查還顯示，案例教學有助于對學生自學能力、學習興趣、分析問題、思維方法和化學素質的培養。

[1] 王榮浩.衛生職業教育,2006,24(4):97

[2] 秦川,榮國斌.化工高等教育,2006(2):84

[3] 蔣福華.中國科教創新導刊,2009,19:72

[4] 李菁.醫學教育探索,2007,6(6):508