高中拓展課開展傳統化學分析和現代儀器分析的比較教學

陸晨剛（上海市上海中學　上海　200143）

高中拓展課開展傳統化學分析和現代儀器分析的比較教學

陸晨剛
（上海市上海中學上海200143）

摘要：文章以銅鋅合金中銅含量的測定、茶葉中銅浸出率的測定兩個定量實驗為例，利用傳統化學分析和現代儀器分析的比較教學，使學生不僅能夠熟練掌握傳統化學分析技能，而且能夠理解現代分析儀器的工作原理、熟悉現代分析實驗開展的過程，切實解決身邊的問題。

關鍵詞：傳統化學分析；現代儀器分析；高中化學；比較教學

中圖分類號：

文章編號：1008-0546（2015）05-0056-03G633．8

文獻標識碼：B

隨著網絡信息的蓬勃發展，“原子吸收”、“紫外分光光度”、“氣相色譜”、“核磁共振”等現代儀器分析中的名詞對于在化學學科上充滿興趣的高中學生來說早就不能算是陌生的名詞了。但是跟200多年之前比，我國中學化學實驗的儀器沒有多大的變化［1］。化學實驗在高中學生的印象中就是瓶瓶罐罐里的液體倒來倒去，觀察顏色變化和沉淀生成，有時候甚至還會造成人身傷害。

高中化學拓展課的教學能不能引入現代儀器分析的課程和相關的實驗教學？高中學生能否很好地接受分析化學中現代儀器分析的工作原理和實驗開展流程？2008年我校建立了現代分析化學實驗室和環境工程實驗室，并配備了如：原子吸收光譜儀、氣相色譜－質譜聯用儀、高效液相色譜儀、紫外可見光分光光度計等多臺現代分析儀器，為上述兩個問題提供了肯定的答案。這幾年中，筆者開展的原子吸收光譜實驗探究課程已經完成了如“茶水中Pb、Cd等重金屬離子含量的測定”、“頭發中Zn、Cu等元素含量的測定”等二十多個探究性實驗。然而在課余之時，筆者又在思考：這些現代儀器分析課程的開展是否又會使學生走入另一個誤區：傳統化學分析已經沒落了，已經沒有任何用武之地了呢？

于是筆者在高中拓展課上嘗試了傳統化學分析和現代儀器分析比較教學的探索，并且在教學內容、教學過程和實驗探究等環節中根據課時量和學生的情況作了相應的變化和調整，具體過程如下：

一、課程教學變化

1．教學內容的同類項合并

高中化學拓展課課時不多（每周2＋1共3課時），如果對各種分析方法均作詳細講解，課時很緊。因此對教學內容進行整合，課堂教學主要講授基本原理、基本方法，同時注意與高中化學知識點銜接，并且注意“合并同類項”。如：將傳統化學分析中的酸堿滴定、EDTA絡合滴定、氧化還原滴定等傳統滴定方法的教學內容合并，對這些滴定的原理、滴定曲線、影響因素等共性知識作統一講解，兼顧聯想和對比相互之間的不同點。而現代儀器分析的每一種方法在原理和操作步驟也有類似的地方，用簡單、概括性的語言歸納各種分析方法的基本原理和操作步驟，并以表格逐條對比的形式展現給學生，使學生更快地掌握現代儀器分析的流程和規律。

2．教學方法的多樣性

在課堂上和課堂外積極開展多樣化的教學方法，由講授、討論、案例教學、小組教學、獨立學習等共同構成完整的教學體系。如：以案例“茶水中Pb含量的測定”激發學生探究興趣；將學生分組，分別選擇不同的現代儀器分析方法進行課外自學，培養學生分析問題和解決問題的能力；形成完整實驗思路后以小組為單位在課堂上展現給其他小組，充分鍛煉學生的表達能力和交流能力；實驗完成后鼓勵學生發表自己的觀點，進行組內或整個課堂的討論，使學生充分認識到實驗中可能存在的問題，并學會用理論知識解決實際問題；整個過程中教師以組織者和引導者的身份參與并做最終總結，從而提高課堂教學效率。

3．實驗教學的分階段

整個拓展課程中實驗教學分為兩個階段：基礎性

實驗階段、探究性實驗階段。基礎性實驗階段對學生進行各種化學分析的基本操作和實驗技能培訓，教師要加強實驗過程的檢查與監督，及時檢查每個學生的實驗完成情況，獲得真實的反饋信息，判斷其是否達到規定的要求，以便在第二階段中進行相應的調整，力爭達到預期目的。探究性實驗是在學生已經掌握了基本實驗技能的基礎上，由教師或學生本人提出一個實際的問題，由學生自行查閱相關文獻，設計實驗方法和實驗步驟來獨立完成實驗，并對實驗結果進行匯報。由易到難、由簡至煩的開展探究性實驗可以培養學生的綜合實驗能力、科學探究精神和科研創新能力。

二、實驗設計思路

傳統化學分析和現代儀器分析是構成分析化學的兩大支柱［2］。從學科系統性、完整性出發，融會貫通傳統化學分析和現代儀器分析的知識有利于學生獲得分析化學的全面知識，也有利于學生對這兩種分析方法形成客觀公正的認識和評價。

基于上述考慮，筆者在本次比較教學的摸索中設定了兩個定量實驗：（1）銅鋅合金中銅含量的測定；（2）茶葉中銅浸出率的測定。將學生分為3組，分別用傳統化學分析：間接碘量法、紫外可見光分光光度法和火焰原子吸收光譜法測定。通過樣品的預處理程序、實驗操作和儀器調試、定量結果三個方面來比較傳統化學分析和現代儀器分析方法之間的優缺點。

1．銅鋅合金中銅含量的測定（銅含量60－70%）

表1　間接碘量法［3］（實驗小組一）

表2　紫外可見光分光光度法［4］（實驗小組二）

討論：間接碘量法測得的銅含量偏高的可能原因是銅合金中含少量Fe，在和KI反應時，Fe3＋也會氧化I－為I2。后經火焰原子吸收光譜法鑒定，確實含有1．08%的Fe。

小結：對常量組分的測定傳統化學分析和現代儀器分析都可以準確的測定，且準確性好，精度高。但無論在前期準備中還是在后期的標準曲線繪制中，無論是紫外可見光分光光度法還是火焰原子吸收光譜法均需依賴最基本的樣品處理和稀釋定容的傳統化學定量方法來完成，且對比起來，儀器分析法設備復雜，價格昂貴，調試維修任務重，難以進行普及。因此，傳統化學分析法并未成為昔日黃花，仍然有自己的用武之地。

表3　火焰原子吸收光譜法（實驗小組三）

2．茶葉中銅浸出率的測定（微量銅）

分別配制龍井綠茶、紅茶兩種茶水樣品。方法如下［5］：精確稱取1．000 g茶葉于100 mL小燒杯中，加入50 mL 100℃超純水浸泡10 min，過濾出茶水，并定容至50 mL，備用。

三、結論

表4　紫外／可見光分光光度法（實驗小組二）

表5　火焰原子吸收光譜法（實驗小組三）

傳統化學分析實驗可使學生確立嚴格的“量”的概念，培養認真、細致的工作作風和實事求是的科學態度，在學生科學素質的培養上起著重要的作用。Charles M等人［6－7］特別強調了傳統化學分析的重要性：一些樣品的分析必須用傳統化學分析法來完成，現代儀器分析不可能取而代之；現代儀器分析及其他領域所用的標樣必須用傳統化學分析法來鑒定。

現代儀器分析實驗則可使學生充分地感受、體驗現代化學實驗在分子、原子水平上開展的微觀研究。學生對于現代儀器分析原理和實驗方法的掌握也全面地提高了他們的科學素養和科學精神，有利于培養他們的創新意識和革新精神。

因此，通過拓展課上的實驗教學將兩種分析方法進行比較教學，使學生在充分感受到現代儀器分析的高效、精確、現代化的基礎上，對傳統化學分析也有一個客觀的認識和評價，兩者在進行化學分析的時候應當互相配合，相輔相成，同時在整個學習和探究過程中感受到時代的進步、科技的發展，從而培養學生的創新意識，提高學生的科學素養和科學精神。

參考文獻

［1］吳俊明．關于化學實驗教學現代化的幾個問題［J］．化學教學，2013，（10）：3

［2］楊先鳴．分析化學實驗教學改革及發展趨勢［J］．滁州學院學報，2010，12（5）：122

［3］合質金化學分析方法．中華人民共和國標準GB／T 15259．3－2009

［4］馬曉貝，張麗萍等．茶水中銅含量分析方法研究［J］．分析測試，2008，（04）：75

［5］徐潔，葉芝祥等．茶葉中重金屬浸出規律的研究［J］．化學分析計量，2007，16（01）：24

［6］Charles M，BeckⅡ．Classical analysis：a look at the past，present，and future［J］．Analytical Chemistry．1991，63 （20）：995－996

［7］Charles M，BeckⅡ．Classical analysis：a look at the past，present，and future［J］．Analytical Chemistry．1994，66 （04）：225

doi：10.3969／j．issn．1008－0546．2015．05．019