化學分析模塊化教學改革探究

夏阿林

（邵陽學院食品與化學工程學院，湖南邵陽 422000）

化學分析模塊化教學改革探究

夏阿林

（邵陽學院食品與化學工程學院，湖南邵陽 422000）

針對化學分析教學改革，使用模塊化教學方法，對化學分析內容進行有目標的模塊化結構設計，以如何實現滴定或沉淀操作這一時間序列為主線，以解決問題為基本模塊，將所有知識點內容歸于各需要解決的問題基本模塊，通過逐漸解決這些基本模塊，激發學生的主觀能動性，提高學生分析和解決問題的能力，從而達到教學目的。

化學分析；模塊化教學；教學改革

分析化學是研究物質的組成、狀態和結構，并獲取化學信息的一門科學。分析化學的發展與生命科學、信息科學、材料科學、能源科學以及資源與環境科學等發展都是息息相關的。[1]其應用幾乎涵蓋所有科學技術研究領域，常常被比喻為科技的眼睛。在關乎生命、健康、食品和環境等關鍵問題上，分析化學能協助解決問題，并為相關決策提供信息依據，肩負著重大的社會與道義職責。[2]化學分析是分析化學的基礎，是以物質的化學反應及其計量關系來確定被測定組分和含量的分析方法，又稱為經典分析方法，為分析化學基礎課的兩大支柱之一。[3]

然而目前的化學分析教學常常面臨著兩個問題。一是教材比較陳舊，結構趨于零散，知識點多而散亂。教師經常無法在有限的學時內講解完所有的知識點。學生也普遍反映化學分析內容公式多而難以記憶，難以理解。有時各滴定分析之間內容容易混淆，每節課學完后不知有什么用，好像背離了“定量分析”的初衷。各分析方法之間似乎有聯系，但不知道聯系在哪里。繁雜零散的知識點使學生茫然失措，失去了目標，找不到主線將這些知識點鏈接起來。二是教學方式大多采用傳統方式：教師臺上講，學生臺下聽。這樣就造成了教師難以跳出按教材內容順序授課的慣性。學生由于只是聽，時時處于被動學習狀態，對于培養學生的思維和實踐能力并沒有起到較大的促進作用，這樣就使學生養成了學習的惰性。

一、模塊化教學方法

模塊化教學起源于20世紀70年代，由國際勞工組織（ILO）首先提出，稱為“模塊式技能培訓”，英文表達為“Modules of Employable Skills”，即MES模式。該培訓方法的主要內容是現場教學，核心內容為技能培訓，基本模塊是由崗位任務來確定，主線是完成某種實際的職業崗位工作的程序。這種模塊化技能培訓是以職業崗位需求為體系的一種新的培訓模式，是對以學科為系統的傳統培訓模式的一種突破。我國在20世紀80年代末引進了這種培訓模式，最初被國內職業教育中心借鑒，后逐漸在高校教育教學中被關注。

模塊化教學在我國經過30多年的發展，已經形成了一種完整的、有中國特色的教學模式。它是以經過重新“組裝”的教學模塊作為一個教學實施單元，并以這個教學實施單元為中心進行組織教學。模塊化教學通過打亂參考教材原有的既定章節，依據教學知識點集成模塊化要求以及教學過程中的基本環節，分解打包知識結構，按多元目標來系統劃分課程結構與教學內容。其核心在于將原來參考教材或內容的課程結構劃分成多個基本教學模塊，相關的知識教學模塊由相互交叉滲透的教學內容組成，通過對整體結構的優化，讓每一模塊都起到相對獨立的作用，并有機整合成一個完整的教學系統。[4]

模塊化教學不僅突破了參考教材對教學的約束，也打破了傳統“填鴨式”教學的慣性教學思維。教學手段不再局限于傳統機械授課式教學，還可以穿插案例式、誘導式、探究式和比較式等教學手段。這種以模塊化教學為主，其他教學為輔的復合式教學，有利于激發學生的自主性和參與性，培養與形成創新思維，也有利于打破目前在課堂教學中教師和學生都過度依賴參考教材的慣性與惰性思維。模塊化教學以知識單元模塊為教學基礎，通過對零散的課程結構與教學內容知識點進行有機整合和再加工，并對不同知識單元模塊進行嫁接，[5]在教學過程中，逐漸培養學生對知識集成模塊化學習的思維習慣，激發學生積極學習的主觀能動性。

二、模塊化結構設計

化學分析包括四大滴定分析（酸堿滴定分析法、絡合滴定分析法、氧化還原滴定分析法和沉淀滴定分析法）和重量分析。本課程具有高度的綜合性和較強的實踐性。在課堂教學全過程中，如果按照參考教材的內容進行順序授課，則難以用某一理論分析主線將各個章節內容串接起來，同時也會使得各部分的教學內容彼此離散割裂，導致學生容易混淆各相似知識點內容，知識結構也會混亂不堪，難以達到化學分析的教學目的。現使用模塊化教學法，以如何實現滴定或沉淀操作為主線，以解決問題為基本模塊，將教學內容全部模塊化，對相關的知識教學模塊進行優化整合，構成一個完整的有機體，教學模塊化結構圖如圖1所示。每一個相對獨立的基本模塊都具有各自的功能目標。通過對各教學模塊以不同的教學方式加以組織鏈接，構成一套完整的教學研究體系。

圖1 化學分析教學模塊化結構設計

在教學過程中，應注意對每一模塊的核心進行重點講授，使學生能夠了解和熟悉模塊的基本理論及目的，逐漸培養學生系統分析問題的能力，從而避免在有限的學時內，教師講得淺，學生學得不入門，教師講得深入，學時又不夠，而且學生也聽得云里霧里，知識點之間難以用相應主線來連貫。

三、模塊化教學設計及實施

在化學分析的課堂教學中，如果依照參考教材進行順序授課，那么對知識點的學習就會顯得散亂，學生容易對相似知識點產生記憶混淆。即使將教學內容模塊化結構設計后，如果沒有合理的教學設計和實施方案也難以弄清各模塊之間的關系，并將其有機組織起來。這就需要教師合理地去設計教什么（課程、內容等）和怎么教（組織、方法、傳媒的使用等）。本人對化學分析教學以如何實現滴定或沉淀操作這一時間序列為主線，以解決問題為基本模塊，將所有知識點內容歸于各需要解決的問題基本模塊，通過逐漸解決這些問題，最終實現化學分析的定量分析。

在模塊化教學前，首先，要讓學生明白學習化學分析的目的是什么。這個看似簡單的問題，實際上包含了我們為什么要學化學分析，弄明白了，才有學習的動力。對于回答這個問題，我們可以采用啟發式教學方式，讓學生弄明白。化學分析實質就是采用化學分析方法對分析體系中的組分進行定性定量分析，主要是定量分析。而要實現定量分析，就要知道物質的化學反應及其計量關系，即滴定反應或沉淀（氣化或電解等）反應。所以，第一步就要弄清楚這些反應和相關理論，歸為基本理論模塊。第二步，要實現分析體系的定量分析，在滴定或沉淀操作前需解決幾個問題。首先要進行可行性判斷。（能不能滴定？沉淀能否達到稱重要求？）如果不可行，后面步驟就不需要再進行下去了。如果可行，就可通過化學計量關系獲取定量計算公式。對于滴定分析，就是計算化學計量點濃度，從而獲得突躍范圍。再就是如何判斷反應終點。對于滴定反應，就是通過選擇指示劑來判斷終點，而指示劑是通過參考突躍范圍來選擇的；對于沉淀反應，就是合適選擇沉淀劑，沉淀完全。最后一步就是滴定或沉淀操作了。通過條件控制，減少誤差，獲得理想的定量結果。結合實際案例分析，使得學生對于所學知識有何用、如何用，都有著深刻的認識。

下面以滴定分析內容教學為例，按時間主線，闡述如何組織教學內容和實施模塊化教學。當然，對于重量分析也類似，就不再重復闡述了。圖2為滴定分析的教學設計框圖。圖中可見，滴定分析的理論教學，實際上是解決滴定前的三個問題模塊：可行性判斷、化學計量點濃度的計算和指示劑的選擇。而這三個問題的核心就是選擇合適指示劑來判斷反應終點。因為當分析體系和滴定反應定下來后，關鍵是反應終點的判斷，也就是選擇合適的指示劑，讓誤差最小。

圖2 滴定分析的教學設計框圖

1.基礎理論模塊

這一模塊是滴定的基礎性知識。在這一模塊里，主要由兩個子模塊構成：一是滴定分析概述，二是平衡理論。滴定分析法概述主要講授滴定反應，如酸堿反應、絡合反應、氧化還原反應和沉淀反應，當然還包括酸堿、絡合劑、氧化劑和沉淀劑等。平衡理論主要講授酸堿平衡、絡合平衡、氧化還原平衡、沉淀平衡、物料平衡、電荷平衡、質子平衡以及相應平衡常數、分布分數等。學生通過這一模塊的學習，為后續模塊學習打下堅實的基礎。

2.可行性判斷模塊

這一模塊主要講授終點誤差內容，同時通過誤差分析，獲得可行性滴定判別式。如酸堿滴定中，能不能準確滴定的判別式為cKa≥10-8，能不能分步滴定的判別式為c1K1/c2K2＞10-5。該模塊在滴定分析中很重要，如果不滿足判別式，說明對分析體系滴定會有較大誤差，不能使用該方法滴定，后面步驟也就不需要再操作了。

3.化學計量點濃度計算模塊

這一模塊主要講授滴定原理和濃度計算。滴定原理模塊主要包括四大滴定規律和滴定突躍范圍等內容。濃度計算模塊主要包括各種滴定條件下平衡時待測離子濃度的計算，當然包括化學計量點時待測離子濃度的計算。通過計算化學計量點前后±0.1%時待測離子濃度變化范圍獲得突躍范圍。突躍范圍是選擇指示劑的基本依據。顯然，最理想的指示劑應當恰好在化學計量點時變色，但凡在突躍范圍內變色的指示劑，都可保證其滴定終點誤差在±0.1%內。

4.指示劑選擇模塊

該模塊主要講授指示劑作用原理和指示劑如何選擇。指示劑作用原理模塊主要包括理論變色原理、理論變色點和變色范圍、與實際變色點的關系、指示劑的用量和影響因素等內容。指示劑如何選擇模塊包括如何利用突躍范圍選擇指示劑、自身指示劑和專屬指示劑選擇等。

5.滴定操作模塊

當指示劑選擇好后，就可以進行滴定操作了。滴定操作模塊包括條件控制模塊和案例分析模塊。為了在滴定過程中控制誤差于允許范圍內，就需要控制好滴定條件，如酸堿滴定過程中需考慮二氧化碳影響，絡合滴定過程中酸度的控制等等。案例分析模塊主要選擇結合實際應用、學生容易關注的社會熱點問題，與四大滴定分析和重量分析相關的案例進行講解等。如：以“三聚氰胺”事件，講解凱氏定氮法（酸堿滴定）；以“太湖藍藻”事件，講解化學需氧量（COD）檢測（氧化還原滴定）；以飲用水檢測指標中的硬度指標，講解鈣鎂檢測（絡合滴定）；等等。這一模塊講解很重要，通過案例分析，既可引起學生對化學分析的學習興趣，明白學有所用，也可檢驗學生對所學知識掌握的真實水平，同時在教學過程中，可以有效地培養學生分析問題和解決問題的能力。

通過對化學分析的模塊化教學改革，可以培養學生學習化學分析的濃厚興趣，從而使學生能從原先的被動學習轉化為主動自覺學習。特別是通過本次教學改革，學生在學習過程中不斷思考，逐漸養成了模塊化思維的習慣，對創新思維的培養也起到促進作用。在課堂教學中，讓學生不斷學習如何去發現問題并解決問題，這樣既調動了學生的學習積極性和主觀能動性，又拓寬了他們的知識視野，同時分析與解決問題的能力也會得到長足的提高。當然在今后的教學中還需進一步深化教學理念，完善模塊化教學，并從教學模式、教學內容和教學方法等方面進行全面探討和改革，隨著教學改革深化，逐漸提高學生的創新素質和創性能力。

[1]湖南大學化學化工學院組編.分析化學（第三版）[M].北京：科學出版社，2016.

[2]俞汝勤.分析化學教學：學科基礎定位及某些相關問題芻議[J].中國大學教學，2016（9）：8-13．

[3]武漢大學.分析化學（上冊）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]王素玉，劉樺.模塊化教學的應用設計與實踐[J].山東工業大學學報（社會科學版），2000，（5）：78-81.

[5]劉明遠.模塊化教學模式在經濟學教學中的應用[J].重慶科技學院學報（社會科學版），2014，（4）:165-167.

夏阿林（1974—），男，湖南邵陽人，邵陽學院食品與化學工程學院，高級工程師，研究方向為化學計量學。

責任編輯李杰杰