模塊化教學模式背景下硫酸亞鐵銨的制備

鄭韻英，張海燕，尹艷鎮

(欽州學院　石油與化工學院，廣西　欽州　535099)

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模塊化教學模式背景下硫酸亞鐵銨的制備

鄭韻英，張海燕，尹艷鎮

(欽州學院石油與化工學院，廣西欽州535099)

硫酸亞鐵按的制備是大學無機化學實驗具有代表性的實驗，在傳統的教學方式下，按照課本內容進行實驗，通常會存在環境污染、產品質量低等問題。將模塊化思想融入課堂教學，學生根據實驗存在的問題，自主設計實驗，通過驗證，有效解決實驗存在的問題，真正實施教師為輔，學生為主的教學課堂。

模塊化教學；硫酸亞鐵銨；制備

模塊化教學思想最早源于1869年哈佛大學實施的課程選修課[1]。模塊化教學思想賦予了學生自主選擇權，讓教學課堂的導向更注重于學生為主，教師為輔，實現教師不再掌控教學的過程[2]。模塊化是解決復雜問題的一個可能的有效方法，其本質在于對復雜問題的功能性分解[3]。一個模塊是一個學習活動的自我控制且獨立的單元，是教師在教學過程中為了學生達到規定的學習目標而設計的一個包含有學生可以自己做選擇、自己安排學習的特定主題。模塊化教學法(NES)，是20世紀70年代初由國際勞工組織研究開發出來的以現場教學為主，以技能培訓為核心的一種教學模式[4]。模塊化教學讓學生擁有充分的學習自主權，學生可以自行管理自己的學習，教師演變為學生的學習伙伴。在模塊化教學背景下，將課堂有效分解，充分發揮學生的自主性，同時激發學生的創新思維，使課堂教學更加有效。

基礎化學實驗操作是無機及分析化學模塊必須掌握的一項技能，而硫酸亞鐵銨的制備實驗涵蓋了加熱、溶解、過濾、蒸發、濃縮、結晶、水浴加熱、減壓抽濾和產品鑒定等基本操作內容，南京大學《無機及分析化學實驗》編寫組[5]、蔣毅民[6]等將其列入基礎性實驗，大連理工大學無機化學教研室[7]、北京師范大學無機化學教研室等[8]等編寫組將其歸納為綜合設計性和研究性實驗部分，可見硫酸亞鐵銨的制備實驗具有基礎操作知識的同時也涉及綜合設計的理念，是較典型的大學實驗。為了讓學生充分利用課堂時間掌握必須的實驗技能，本文在模塊化教學模式背景下，通過發揮學生的自主性順利完成硫酸亞鐵銨的制備實驗，得到高質量的硫酸亞鐵銨產品，建立可行的綠色制備方案。

一、原硫酸亞鐵銨的制備

(一)原實驗內容

在處理過的燒杯(洗凈的鐵屑)中倒入15 ml 3mol/l H2SO4，蓋上表面皿，放在事先設置好溫度的水浴鍋上加熱(在通風條件下進行)，調節溫度，使其保持在70-80℃，等到溶液中沒氣泡冒出，證明反應已經完成(反應過程中加入一定適量的去離子水，用來填補實驗所蒸發的水分)。趁熱抽濾，把所有濾液倒進標有50ml刻度的蒸發皿中，在去離子水的作用下把殘渣進行洗滌，用濾紙吸干后稱量，最后算出實驗反應的鐵屑的質量。

(二)實驗存在的問題

1. 由于實驗原料鐵屑不純，含有碳、硫、磷、硅等雜質，在硫酸的作用下會生成H2S、PH3等有毒氣體，即使是在通風的條件下，反應逸出的具有刺激性的氣味也充滿整個實驗室，需要過一段時間才能散去。致使實驗時會聞到刺激性氣味，直接影響實驗的進程，更甚者影響實驗者的身體健康。

2. 實驗裝置所需儀器是燒杯，而燒杯口是敞開的，雖在反應的過程中上面蓋上了表面皿，但也難免水分被蒸發而損失，需要學生及時補充水分，不及時補充水分的，燒杯內壁產生有白色晶體，影響產物質量及產率。

3. 整個實驗裝置難免會與外界的空氣接通。在高溫環境下，實驗產生的硫酸亞鐵會與空氣中的氧氣接觸，部分Fe2+被氧化為Fe3+，降低硫酸亞鐵銨的產率。反應產物不理想，出現黃色溶液或成塊黑狀物[9]。

二、模塊化教學模式下硫酸亞鐵銨的制備

運用模塊化教學理念，在原實驗結構分解的基礎上詳見圖1，引導學生分析課本實驗存在的問題及實驗的注意事項，運用現有知識，自主開發研究出硫酸亞鐵銨制備的實驗方案。然后經過總結，學生得到該制備實驗可以從實驗裝置及實驗溫度兩個因素入手解決問題。學生在課堂上現場改進了裝置和溫度探討。

圖1　模塊化教學模式下硫酸亞鐵銨制備實驗的結構分解

(一)實驗裝置改進

方案一 ：學生根據尾氣有毒，污染環境，影響師生健康方面入手，有65%的學生將燒杯改成錐形瓶，錐形瓶連著尾氣處理裝置，采用簡單的玻璃漏斗倒扣在堿性洗液上，防止倒吸。實驗裝置見圖2。

圖2　方案一實驗裝置

反應體系為封閉體系，反應生成的有毒氣體被洗液吸收，對環境沒有污染。由于實驗裝置中的空氣沒有與外界空氣相接通，反應生成的硫酸亞鐵溶液不會與空氣中的氧氣發生氧化還原反應。該裝置很好地解決了反應尾氣逸出問題。但是時間和溫度控制不好，會析出白色晶體。學生經過分析得知這是由于反應會不斷地消耗水和蒸發水分，使反應體系中的水缺失，從而析出白色晶體FeSO4。

方案二：課堂上有15%的學生將燒杯改成錐形瓶，錐形瓶連著尾氣處理裝置同時連接滴液漏斗，滴液漏斗中加入無氧去離子水，通過控制閥門流速，及時補充反應體系流失的水分。實驗裝置見圖3。

方案二實驗裝置不但可以解決尾氣逸出問題，還可以有效地解決了在反應過程中水分損失的難題，而且分液漏斗裝置可以勻速加入水分，保證反應的平穩。

(二)實驗溫度的探討

在原實驗的過程中，學生已經分析得知反應的溫度控制對結果的影響也是很大的，因此在實驗裝置得到解決后，學生以團隊形式，集思廣益，快速著手探討反應溫度的控制。在一般的化學反應中，通常實驗溫度提升10℃，該反應的反應速率就為原溫度的反應速率的2-4倍。可見提高溫度可以縮短實驗時間，但鐵屑與稀硫酸反應時，溫度太高就會使整個反應劇烈，且反應產物中的Fe2+容易被氧化成 Fe3+，王銳[8]對硫酸亞鐵銨制備實驗的探討時得到溫度高于80℃時，Fe2+被氧化為Fe3+的程度越明顯，從而導致產品質量等級較低。但是溫度太低，實驗時間過長，不利于實驗完成。教材[6]中要求溫度控制在70-80℃，為了得到最佳的反應溫度，學生運用圖3實驗裝置，分別設置不同的溫度進行實驗從而找出適宜溫度，結果見表1。

表1　在不同溫度下鐵屑與稀硫酸的反應情況

從表1中可以看出溫度不同，硫酸亞鐵的質量也不相同。硫酸亞鐵的產量不是隨溫度的升高而升高的。在65-75℃時硫酸亞鐵銨的產率量也隨溫度升高而升高。溫度超過75℃之后，產品產量隨溫度升高而開始降低。主要是因為溫度高，二價鐵會被氧化成三價鐵從而變成雜質。因此得出鐵屑與稀硫酸反應的適宜溫度為75℃。

(三)對比實驗

稱取3份等質量的鐵屑進行洗滌，同樣用量筒量取等體積15ml 3mol/l 的稀硫酸，調節水浴鍋溫度為75℃，其他條件相同的情況下，分別采用原實驗裝置與改進實驗裝置圖2、圖3進行實驗。對比硫酸亞鐵銨反應實驗結束反應時間、產品顏色、產率等，結果見表2。

表2　對比實驗結果

從表2可以看出采用改進后的裝置和最佳實驗溫度下，用原實驗裝置來制備硫酸亞鐵銨時，完成實驗的時間長，實驗產品顏色不理想，產品含量低。采用改進后的實驗裝置后，實驗時間縮短，產品的質量、色澤及產率均較為理想。

三、 總結

在模塊化的教學理念下，將課堂教學設計為學生自主學習模式，教師通過引導，提出問題，學生通過理論和實驗相結合，找出問題，分析問題，最后解決問題，從而很好地掌握了教學內容。就硫酸亞鐵銨的制備實驗來說，以往，教師都是把課本內容進行講解，梳理，然后讓學生直接進行實驗，學生在實驗的過程中，發現了很多問題，但是因為時間的關系，學生往往就避重就輕，將實驗完成即可。現在，在課程模塊化的背景下，將學習自主權交給學生，學生會根據課本理論知識，通過實驗發現問題，然后努力分析問題，最終解決問題。教學效果不但有很大的提高，學生的思維能力、創新能力也得到很好的培養。

(責任編輯：夏璐)

[1]DOCHY F J. Modularization and Student Learning in Modular Instruction in Relation with Prior Knowledge[R].Heerlen：Open University，Centre for Educational Technology and Innovation，1989.

[2]付強，徐繼存. 模塊化教學及其對我國高中課程改革的啟示[J].課程·教材·教法，2011，31(12)：93-97.

[3]李靖華. 模塊化的多學科方法論思考[J].科研管理，2007，28(2)：124-130.

[4]胡洋，蘇琳. 應用型本科計算機專業模塊化教學課程體系建設的實踐[J].中國成人教育，2008(3)：142-143.

[5]南京大學《無機及分析化學實驗》編寫組.無機及分析化學實驗[M].北京：高等教育出版社，2006：70.

[6]蔣毅民.無機及分析化學實驗[M].桂林：廣西師范大學出版社，2012：99.

[7]大連理工大學無機化學教研室.無機化學實驗[M].北京：高等教育出版社，2004：156.

[8]北京師范大學無機化學教研室.無機化學實驗[M].北京：高等教育出版社，2001：234.

[9]王銳. 對硫酸亞鐵銨制備實驗的探討[J].邯鄲農業高等專科學校學報，2005，22(1)：16-18.

Preparation of Ammonium Ferrous Sulfate under the Modular Teaching mode

ZHENG Yun-ying，ZHANG Hai-yan，YIN Yan-zhen

(College of petroleum and Chemical Engineering，Qinzhou University，Qinzhou 535099，China)

Preparation of ammonium ferrous sulfate was representative experiment of inorganic chemistry experiments in university，with the traditional teaching methods，according to the content of the textbook，usually the experiments being problems of environmental pollution and low quality of products. The modular thinking into the classroom teaching，the students according to the experimental problems，independent design experiments，and than by test and verify，effectively solve the problems in the experiment，really implement supplemented by teachers，and the mainly by students in classroom teaching.

modular teaching;ammonium ferrous sulfate;preparation

O63

A

1671-9719(2016)5-0069-03

鄭韻英(1983-)，女，廣西北海人，實驗師，研究方向為實驗室管理。

2016-03-06

2016-03-29

廣西高等教育教學改革工程項目“地方高校轉型背景下以能力為導向的化工專業課程模塊化研究與建設——以欽州學院為例”(2015JGA364)；廣西高等教育教學改革工程項目“地方本科院校轉型發展背景下北部灣經濟區石油化工類應用型人才培養模式探索與實踐”(2014JGA240)。