在分析化學實驗改革中培養高師研究性實踐型人才探索

甘春芳　盛家榮

[摘 要]分析化學實驗改革中培養高師研究性實踐型人才，可以從教學內容、教學模式以及實驗考核方式等方面探討分析化學實驗的改革。研究型教學模式對學生的培養是多方面的。在實驗課堂營造研究氣氛，培養學生的創新意識，激發學習的主動性，建立團隊意識，培養了學生科研論文寫作能力。在化學實驗中培養研究性實踐型人才的模式值得推廣，同時也需要時間、實驗室、實驗內容等具有開放性，促進相應管理制度的建立，在提高學生素質的同時也讓教師得到進一步拓展。

[關鍵詞]分析化學實驗 設計性實驗 研究性實踐型 教學模式

[中圖分類號] O65-4；C961 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）05-0111-03

進入飛速發展的二十一世紀，對大學生進行能力培養已成為首要任務。師范院校大學生的實踐能力已成為影響就業、適應社會和培養學生創造能力的重要因素。我校化學專業以“厚理論、重實踐、輔創新”為總體指導思想，設定人才培養目標為：精英引領，以點帶面，全面提升。所謂的精英引領其目標是培養卓越教師；全面提升的目標是培養適應新課程改革的具有較強綜合素質的合格教師。因此，在新課改背景下提出研究性實踐型人才的培養，對于提高高校化學專業的辦學質量和人才培養質量具有重要意義。

“研究性學習”是學生在教師指導下，從自然、社會和生活中選擇和確定專題進行研究，并在研究過程中主動地獲取知識、應用知識、解決問題的學習活動。研究性學習作為一種學習方式，強調學生在學習過程中，通過探索實踐，增強自己探究問題的能力和創新思維。[1]化學實驗研究性學習是一種新型的學習方式，強調從學生自身的興趣和學習經驗出發，在教師的指導下，學生主動學習或模仿科學研究的過程，體驗主動獲取知識、運用知識、解決問題的學習活動，讓學生學會合作與分享，培養學生的科學意識和科學品質以及對社會的責任心和使命感，最終促進學生實踐能力和創新能力的發展與提高。

實踐能力是相對于認知能力而言的，是運用知識、技能解決實際問題的能力，主體參與式實踐活動是實踐能力形成的本質。[2]

分析化學是一門實踐性很強的學科，分析化學實驗單獨設課，是高師化學專業重要的基礎課，其主要目的是加深對分析化學基本概念和基本理論的理解；正確熟練地掌握化學分析的基本操作，較系統地學習化學分析實驗的基本知識，學習并掌握典型的化學分析方法；樹立“量”的概念，運用誤差理論和分析化學理論知識，找出實驗中影響分析結果的關鍵環節，學會正確合理地選擇實驗條件和實驗儀器，正確處理實驗數據，以保證實驗結果準確可靠；培養良好的實驗習慣和實事求是的科學態度，為將來參加工作打下良好基礎。[2]但是，目前實驗教學中存在諸多的弊端，如實驗內容陳舊、老師教學方法滯后、學生缺乏探究能力、實驗評價單一等。下面，從幾個方面探討在分析化學實驗中培養研究性實踐型人才的思路和做法。

一、改革教學內容

在傳統的實驗課教學模式中，教師是教學活動的主體，教師教什么，學生就學什么。即“注入式”的教學模式，教師按實驗步驟認真地講解，學生按實驗要求完成實驗。這樣的學習方式不能激發學生實驗的積極性和主動性，造成學生學而不思的狀態，不利于創新思維的培養。

近年來由于對本科課程設置進行改革，分析化學實驗的課時數由原來的108個課時削減為64課時，因此刪除了定性分析實驗部分，將其放在無機化學實驗中進行。分析化學實驗要求快、精、準，以往老式的全自動電光天平因磨損、老化被淘汰，引進了電子天平，實驗操作簡單快速，稱量操作得到簡化。因此，安排稱量操作練習的課時也進行了縮減。在教學中安排的實驗內容盡量避免重復，并且根據各個專業的不同在實驗內容上進行調整。如我們所用的教材中“NaOH和HCl標準溶液濃度的標定”“銨鹽中氮含量的測定（甲醛法）”以及“混合堿的分析（雙指示劑法）”三個實驗是分開的，學生在標定完HCl后過兩周才進行混合堿的分析，HCl放置的時間長，濃度不準確，因此，將這三個實驗合并為“NaOH標準溶液濃度的標定與銨鹽中氮含量的測定”和“HCl標準溶液濃度的標定與混合堿的分析”兩個實驗，還可以增加綜合性的設計實驗。環境專業的分析化學實驗的課時數為32個課時，所以我們選擇與其專業相關的實驗項目，如“水的總硬度的測定”“軟錳礦中MnO2含量的測定”等。

二、改進教學模式

基本實驗技能是本科分析化學實驗教學的重要內容，是從事分析化學實驗的基礎，在64學時的化學類本科專業分析實驗課中，我們安排了12學時用于基本操作技能的訓練。經過一系列的基本訓練，使學生了解分析實驗室常規儀器以及試劑的性能、特點、維護方法及操作技術等基本知識與技術，學生需經考核合格后方可進入下一學習階段。

驗證性實驗是以經典實驗為學習內容，安排的實驗課時大概為32課時，這一階段是分析化學實驗基本操作部分。如“銨鹽中氮含量的測定”“鉛、鉍混合液中鉛、鉍含量的連續測定”“間接碘量法測定銅鹽中的銅”以及“鋇鹽中鋇含量的測定”等，這些驗證性實驗主要培養學生基本操作技能和基本分析方法，進一步加深學生對理論知識的理解，掌握基本分析方法，熟練使用各種玻璃儀器和滴定操作，養成良好的實驗習慣以及學會數據處理的方法，為以后的實驗打下堅實的基礎。

通過基本操作訓練以及驗證性實驗，學生基本掌握了分析化學實驗的操作方法，接下來就是安排一些設計性實驗，由學生自主完成。實驗內容一般有：（1）HCl+HAc；（2）NH3-NH4Cl；（3）HCl-NH4Cl；（4）Na2HPO4-NaH2PO4；（5）H2C2O4+H3PO4；（6）BaCl2+NaCl；（7）CaCl2+NaCl；（8）MgCl2+NaCl；（9）FeCl3+NaCl；（10）FeCl3+CaCl2以及一些單組份測定的實驗題目，如“維生素C藥片中抗壞血酸含量的測定”“雙飛粉中CaO的測定”“NaCl中微量鐵含量的測定”等等，這些題目涵蓋了分析化學基礎實驗的全部內容，要求學生具備一定的綜合設計能力。[3]

這一階段是學生運用分析化學的基本知識，了解實驗設計思想，形成創造性思維，將被動學習轉變為主動學習的關鍵時期。首先，我們選擇一些內容讓學生進行實驗設計，以“HCl-NH4Cl混合液中各組分濃度測定”為例，首先要求學生進行初步的資料查詢、查閱文獻、閱讀教材及其他書籍，設計出實驗方案。從學生通過查閱和設計的實驗方案來看，大概有3種。第一種方法是以甲基橙為指示劑，用NaOH標準溶液滴定HCl，然后加入適量甲醛，并以酚酞作指示劑滴定至溶液變色為終點，根據兩次消耗NaOH標準溶液的體積可求出HCl與NH4Cl混合溶液中各組分含量。第二種方案是先取一份溶液用NaOH標準溶液直接滴定，并以酚酞為指示劑，根據反應過程中消耗的NaOH溶液的體積即可求出HCl的量；另取一份溶液用沉淀滴定法并以K2CrO4為指示劑，在中性或弱堿性溶液中，由于AgCl溶解度小于Ag2C2O4溶解度，因而AgCl沉淀完全后，過量的AgNO3溶液與C2O42-作用生成磚紅色沉淀，到達穩定。根據Cl-的含量求出總量后，與前一份進行比較，得到HCl與NH4Cl的總量。第三種方案是蒸汽法，即取一份混合溶液往其中加適量的NaOH溶液并加熱使NH4+全部轉化為NH3，再用過量的HCl吸收NH3，最后用NaOH標準溶液反滴定剩余的HCl。根據反應過程中消耗的HCl和NaOH標準溶液即可求出NH4+的量；另取一份溶液用NaOH標準溶液滴定并以酚酞為指示劑，根據反應過程中消耗的NaOH溶液體積即可求出HCl的量。

這些方案設計出來后，我們設置一些問題讓學生進行思考與討論，如：這三種方案中各采用了哪些原理？哪種方法的誤差較小？操作難易程度如何？通過對這些問題的討論，讓學生了解各種方法的優劣，比如，第一種方案就是采取實驗中常用的酸堿滴定法，HCl是強酸，首先用NaOH進行滴定，以酚酞為指示劑指示終點，此時由于NH4Cl為弱酸并不參加反應；然后加入甲醛強化質子，繼續用NaOH進行滴定直到終點，根據NaOH標準溶液的體積可求出各組分含量。在這種方案里，只需標定NaOH標準溶液的濃度，方法簡單易行。在第二種方案中采用的是酸堿滴定法與沉淀滴定法相結合，同樣先把HCl的含量求出后，再用沉淀滴定法測定Cl-含量，在沉淀滴定法測Cl-含量時需要用到AgNO3，其價格昂貴，并且沉淀不完全，會使測定結果產生誤差。第三種方法是采用蒸汽法使NH4+全部轉化為NH3，然后用NaOH標準溶液反滴定剩余的HCl，HCl的測定方法同第一種方案。在這個方法里，采用氣化法使NH4+全部轉化為NH3，轉化不完全和吸收不完全都會產生較大誤差，并且該法步驟繁瑣。根據對三種方案的分析，決定采用第一種方案進行實驗。

當課堂討論結束后，教師引導學生設計出實驗路線，由學生根據自己對實驗內容的理解寫出具體實驗步驟，設計相應的表格，在規定的時間內完成實驗。實驗完成后對實驗結果進行誤差分析。在設計性實驗過程中，學生是主動學習的主體，教師的主要工作是對學生的引導，對實驗涉及的理論知識和實驗技術給予支持，起解惑答疑的作用。設計性實驗的實驗報告要求學生按照科研論文的格式來完成，讓學生感受到科研工作的氛圍，培養其創新意識，提高了運用所學基礎知識解決實際問題的能力。

三、改進考核方法

學生的實驗成績由平時成績、設計性實驗成績、期末考試成績三部分組成。平時成績由“實驗報告、基本操作、實驗預習和實驗操行”四個方面的表現綜合評定給出。設計性實驗根據“課前準備、實驗技能、數據記錄與分析、實驗報告”的各項表現進行打分。設計性實驗一般為分組實驗，選四個題目，將學生分成四組（4-6人 / 組），按照分工情況以及個人表現和實驗結果進行評分。

在進行實驗期末考試時，我們也進行了改革，以往的考試是將分析化學實驗分為幾大部分：分析天平的基本操作、滴定分析的基本操作、重量分析的基本操作以及分光光度計的使用等，學生在考核之前抽簽決定考什么內容，每個基本操作配備一個老師。考核的內容涵蓋了分析化學實驗基本操作的要點，但是這些考核方法存在局限性，并不能完全反映學生的真正水平，學生的創新能力及綜合素質不能完全體現出來。在實驗內容中增加了設計性實驗后，考核方法也進行了改進，將設計性實驗的成績所占比重加大，并且實驗考試的內容由原來的分四大操作進行考核變成了以完成一個實驗內容作為考核。如：試樣中草酸含量的測定、鐵鹽中鐵含量的測定、試樣中CaO和MgO的測定等等。在考試之前由實驗員分批次稱好樣品，教師按照稱樣量和樣品純度初步進行計算，然后進行預實驗，確定樣品的含量及誤差范圍，將規范操作也一并設計在內，設定評分標準。讓學生在規定的時間內（一般為3小時）完成實驗并計算出實驗結果。這樣一來，學生在完成實驗的過程中經過了稱量、滴定實驗操作以及實驗數據的處理等，從完成實驗的情況來看基本能反映出學生在經過一個學期的分析化學實驗教學后對實驗的掌握程度。

經過改革的考核制度不但可以充分調動學生的積極性和主動性，客觀反映了學生的真實水平，也反映了學生的綜合運用理論知識解決問題的能力。

四、結論

經過一段時間的努力和探索，我們發現研究型教學模式對學生的培養是多方面的。[4] [5] [6] [7]

（1）在實驗課堂營造研究氣氛，培養學生的創新意識，激發學習的主動性。研究型設計性實驗是有一定難度的實驗，沒有現成的實驗步驟作參考，需要查詢相關資料，然后按要求寫出規范的設計實驗方案。在進行實驗之前，師生共同探討各種實驗方案的可行性、存在的問題以及解決辦法，優化設計方案。

（2）建立團隊意識。每個小組的研究型實驗需要團隊的配合，提出方案后小組進行討論，在這樣的環境下，學生積極看書，查資料，實驗中相互配合，相互鼓勵，以同伴的信任為榮，表現出了良好的團隊精神和協作意識。

（3）培養了學生科研論文寫作能力。在傳統的實驗教學中，學生完成的是實驗報告，而大部分實驗報告是將實驗教材中的內容重抄一遍。在研究型設計性實驗教學中，學生要查閱相關資料并學會引用他人文獻，并且自己設計路線并實驗，在實驗過程中調整實驗方案，最終完成實驗報告。這個過程可以讓學生了解到科研的艱辛，培養刻苦鉆研的科研素質。

因此，在化學實驗中培養研究性實踐型人才的模式值得推廣，同時也需要時間、實驗室、實驗內容等具有開放性，促進相應管理制度的建立，在提高學生素質的同時也讓教師得到進一步拓展。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 張世勇，羅序中.基于學生實踐能力發展的化學實驗研究性學習探索[J].高師理科學刊，2011，23（4）：110-112，116.

[2] 何萬國，漆新貴.大學生實踐能力的形成及培養機制[J].高等教育研究，2010（10）：62-66.

[3] 甘春芳，馬建強.淺談分析化學實驗考核改革與實踐[J].廣州化工，2012，40（6）：152-153.

[4] 康學軍，張建新，許茜，許洛盛，張印斗.分析化學實驗教學中研究性學習實踐初探[J].大學化學，2005，20（4）：20-21，41.

[5] 李暐，陳英海，孫明禮，劉毓琪，胡樹林.研究型分析化學實驗課教學模式的探索[J].大學化學，2012，27（1）：19-22.

[6] 陳懷俠，蔡火操，黃建林，李躍英.研究型設計性分析化學實驗改革與探索[J].實驗室研究與探索，2007，26（8）：91-93.

[7] 鄧櫻花，劉永美，胡慶蘭，馬曉玲.“驗證性-綜合性-創新性”分析化學實驗教學模式的探索[J].湖北第二師范學院學報，2013，30（2）：93-95.

[責任編輯：羅 艷]