分析化學實驗教學改革實踐

王宏 陳浩 陳志飛 吳康兵 聶進

(華中科技大學化學與化工學院 湖北武漢 430074)

1 問題的提出

化學是一門理論與實驗并重的學科，實驗教學是學生學習科學知識、訓練實驗技能、開展科學研究、探索科學奧秘的重要方式。分析化學實驗是化學專業的重要基礎課程，它既可以培養學生嚴謹、認真和實事求是的科學態度，又可以鍛煉學生觀察、分析、判斷問題的能力和精密、細致進行科學研究的技能。國內很多高校在通過優化實驗教學內容以提高學生綜合素質和實際工作能力方面進行了探索和改革，如增加設計實驗及強調三階段教學模式及三層次教學模式[1-2]、研究性學習[3-4]及雙任務教學等[5]。

分析化學是一門實踐性很強的學科。在實際分析工作中，定量分析過程通常包括采樣、樣品預處理、分析測定和分析結果處理及評價4個過程。在分析一個實際樣品時，分析測定過程所用的時間一般不超過總用時的20%，而樣品預處理和數據分析評價卻用了近80%的時間，表明這兩個過程在整個樣品分析中的重要性和復雜性。隨著儀器分析大量應用于實際樣品的測定，樣品的預處理尤顯重要。而目前很多高校分析化學實驗的訓練重點仍放在分析測定過程，而較少涉及樣品預處理的訓練。在實際分析工作中，對同一個樣品的分析測定，可以有多種分析方法供選擇。如何根據樣品的性質和組成選擇合適的分析方法是分析工作者的重要基本功，但在目前的分析實驗中，這方面的訓練也有所不足。俞汝勤院士在《漫談分析化學教學改革與課程建設》一文中提到“教授分析化學應該很看重培養學生解決問題的能力”[6]。并提到國際產業界認為分析化學畢業生特別缺乏解決各種實際問題的能力，即學生在學校接受的訓練與產業界的要求之間有較大差距。為提高學生解決實際問題的能力，在分析化學實驗教學中必須加強這兩個環節的訓練，以適應產業界對分析化學人才的要求。

基于以上考慮，我們對分析化學實驗課程進行了改革，強調基礎與應用并重，注重加強基礎即規范實驗的基本操作，著力加強應用能力的訓練，將實際樣品的分析納入分析實驗課程，通過樣品預處理及分析方法的選擇等方面的訓練，提高學生解決實際問題的能力。

2 加強基礎

解決實際問題的能力必須建立在扎實的基礎知識、熟練的基本操作技能基礎之上。因此,在課程設計及學時分配上，這一類夯實基本功的實驗學時約占總學時的40%，包括分析實驗的基本操作和四大滴定的典型實驗,旨在培養學生扎實的基本技能和嚴謹的科學態度并樹立“量”的概念。在這一階段，我們嚴格規范實驗中所涉及的基本操作，首先要求學生通過網上預習系統及規范操作的視頻對基本操作進行觀摩，在實驗課中反復練習。同時，結合具體的實驗內容，對實驗原始數據記錄、數據處理和分析及實驗報告撰寫的規范化等進行嚴格訓練，并建立了相應的考核標準。通過這一階段6～7個基礎實驗的嚴格訓練，學生能夠基本掌握定量分析的基本技能和規范操作，為應用能力的提高打下良好的基礎。

3 強化應用

在學生具備了基本實驗技能的基礎上，為提高其解決實際問題的能力，加強對樣品預處理和正確選擇合適分析方法的能力的訓練十分重要。這兩方面的訓練取決于實驗內容設計。為此，我們在分析化學實驗中引入食品、藥品、環境等貼近實際生活的分析對象，這類實驗約占總學時的60%。如甲醛值法測定果蔬汁中的氨基態氮、鐵礦石中鐵含量的測定、蛋殼中鈣鎂含量的測定、葡萄糖注射液中葡萄糖含量的測定、茶葉中微量元素的定性鑒定與定量測定、鋁箔中鋁含量的測定及白酒中總醛量的測定等。這些實際樣品的分析必然涉及樣品預處理，如低溫灰化、沉淀分離等過程；而且很多實際樣品中待測組分的含量未知，學生往往需先查資料，了解大致含量范圍，然后借助誤差理論，確定分析樣品的取樣量。如甲醛值法測定果蔬汁中的氨基態氮含量，該實驗通過酸堿電位滴定的方法評價果蔬中氨基酸含量，實驗樣品為常見的蔬菜和水果。學生通過勻漿等樣品預處理的訓練，可以學會如何制備這一類分析樣品；根據樣品中氨基態氮含量可以學會如何確定樣品的取樣量。在茶葉中微量元素的鑒定和定量測定實驗中，學生首先需要用低溫灰化去除茶葉中的有機質，然后采用沉淀分離對鈣鎂鐵鋁等離子進行分離。通過這些實驗的訓練，學生對分析樣品進行預處理的能力大大提高，為解決實際問題打下了良好的基礎。

分析方法種類繁多，同一種組分的測定往往有多種分析方法，如滴定分析法、重量分析法以及分光光度法等；而滴定分析依原理和滴定方式分類也有多種類型，如氧化還原滴定法、酸堿滴定法、絡合滴定及直接滴定、反滴定、間接滴定等。因此，正確選用分析測定方法是分析工作者的重要基本功。通常根據準確度要求、待測組分含量范圍、待測組分的性質、共存組分的影響及實驗室條件等來進行分析方法的選擇。在教學實踐中，我們發現在實驗中加強對分析方法選擇的訓練，對學生解決實際問題能力的提高頗有益處。因而我們設計了對同一樣品中某些組分采用多種分析方法進行分析的實驗，以培養學生正確選擇分析方法的能力。如多種方法測定蛋殼中鈣鎂含量實驗是通過酸堿滴定、絡合滴定、氧化還原滴定3種方法來測定蛋殼中鈣鎂含量。酸堿滴定是通過測定與鈣鎂離子結合的碳酸根離子的量來確定鈣鎂的含量；絡合滴定是采用EDTA直接滴定來測定其鈣鎂含量；而氧化還原滴定是先將鈣離子轉化為草酸鈣沉淀，然后采用高錳酸鉀氧化草酸來進行測定。3種方法的原理不同，因而蛋殼樣品的預處理方法、取樣量、所用的時間及結果準確度和精密度也各異。學生通過這個實驗可以掌握控制各類測定方法準確度的關鍵環節：如酸堿滴定法在保證蛋殼溶解完全的同時要盡量避免鹽酸的揮發損失；絡合滴定要考慮掩蔽鐵鋁等干擾離子；高錳酸鉀間接測定法要進行均勻沉淀及控制高錳酸鉀滴定草酸的酸度、溫度、速度等。通過引導學生對不同測定方法的優缺點進行比較，使他們在應用各類分析方法解決實際分析問題方面有深刻的認識。在我們所開設的分析化學實驗中，有3種分析樣品涉及鐵含量測定：鐵礦石,茶葉及鐵、鋁、鈣、鎂混合陽離子溶液。對于這3種樣品中鐵含量的測定，很多學生能通過樣品中鐵含量、干擾的消除等因素選擇合適的分析方法。如鐵礦石中鐵含量測定采用氧化還原滴定方法；茶葉中鐵含量測定采用分光光度法；鐵、鋁、鈣、鎂混合陽離子中鐵含量測定采用絡合滴定法。在鋁箔中鋁含量的測定實驗中，學生通過查文獻，設計出返滴定法、置換滴定法、沉淀重量法、示差分光光度法等多種實驗方法，并對各種方法進行比較，寫成小論文進行交流。通過這些實驗訓練，學生可掌握正確選擇分析方法的原則，對提高他們解決實際問題的能力很有幫助。

通過分析化學實驗的改革與實踐，采用重基礎強應用的教學模式，學生解決實際問題的能力得以加強。問卷調查結果表明學生對這種教學模式非常肯定，并對那些與實際生活聯系緊密的分析實驗興趣濃厚。在華中科技大學暑期社會實踐項目“東湖水水質調查”中，項目組成員(均為化學化工學院大二學生)進行了東湖水質的分析和評價，取得了有意義的結果，項目順利完成并獲好評。

[1] 門瑞芝,張寒琦.高教研究與實踐,2001(4):34

[2] 康學軍,張建新,許茜,等.大學化學,2005,20(4):20

[3] 王琪，周全法，黃紅纓.江蘇技術師范學院學報，2001,12(4):88

[4] 崔鳳靈，靳建華.大學化學,2008,23(1)：25

[5] 申湘忠.大學化學,2008,22(3):22

[6] 俞汝勤.大學化學,2008,23(5):1