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關(guān)于分析化學設(shè)計性實驗教學模式初探論文
分析化學實驗教學是高校分析化學課程教學的重要組成部分。隨著社會對各種層次人才需求的日益增長,傳統(tǒng)的以驗證性實驗以及少量綜合性實驗為主的教學模式在培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維和主動學習、探索式學習等方面存在明顯不足,難以適應(yīng)新形勢下對人才培養(yǎng)的要求。因此,實驗教學改革勢在必行,設(shè)計性實驗教學被提上日程。
1分析化學設(shè)計性實驗教學過程
分析化學設(shè)計性實驗教學過程主要分為四個階段進行:布置實驗題目,制定實驗方案;課堂討論,教師審查實驗方案;實驗具體實施,撰寫小論文;實驗評價階段。
1.1布置設(shè)計性實驗題目,制定實驗方案
題目的選擇性布置要求教師知識面廣泛,動手能力強,熟悉各種實驗儀器設(shè)備的特點和使用方法。因此,要求實驗教師具有一定的業(yè)務(wù)水平和教學水平。
教師公布設(shè)計性實驗的題目,要求學生設(shè)計的內(nèi)容包括:實驗方法;實驗原理;實驗儀器及試劑;實驗步驟;實驗數(shù)據(jù)處理,最終以設(shè)計小論文的形式上交指導老師審查。另外,要求設(shè)計實驗的方案遵守以下原則:
(1)安全性:充分考慮人身安全、儀器安全并盡量減少對環(huán)境的污染和破壞。比如,對含汞、鉻的廢液進行回收處理。
(2)可行性:所選用的儀器、試劑等在現(xiàn)有的條件下能得到滿足。
(3)簡約、節(jié)約性:設(shè)計應(yīng)盡可能簡單易行,用簡單的實驗裝置,較少的試劑及實驗步驟,能在較短的時間內(nèi)完成實驗,且數(shù)據(jù)比較準確。比如金屬鎂的摩爾質(zhì)量測定,可以采用沉淀滴定法,配位滴定法等,這些方法雖能滿足測定的基本要求,但需要配制的試劑種類、數(shù)量較多,準確度也不如酸堿滴定法。
按以上要求,學生需要查閱大量資料。比如雞蛋殼中鈣含量的測定,不僅要對實驗方法進行分析論證,還要考慮雞蛋殼的來源(一般去校餐廳收集)與初步處理(包括如何去除蛋殼內(nèi)膜、烘干、研磨、過篩、保存等),以形成完整的實驗方案。這是學生的創(chuàng)造性勞動階段,不僅開闊了學生眼界,拓寬了知識面,而且活躍了思維,增強了獲取信息的能力,為以后的就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。
另外,學生普遍反映,環(huán)境保護列入設(shè)計要求,大大提高了他們的環(huán)保意識。這對社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
1.2教師審查設(shè)計方案,課堂討論階段
本階段是設(shè)計性實驗教學的中堅環(huán)節(jié),分為兩個階段開展工作。
第一階段,學生進入實驗室,教師審查學生的設(shè)計方案,根據(jù)學生設(shè)計方案的完成情況給予相應(yīng)評價,成績計入總成績中。
第二階段,教師與學生身份互換,學生登臺講解。實現(xiàn)教師從“演員”到“導演”,學生從“觀眾”到“演員”的轉(zhuǎn)變。
比如金屬鎂的摩爾質(zhì)量的測定,學生課堂上提供的方法主要有量氣法、配位滴定法、重量分析法,酸堿滴定法等。對于每一種實驗方法,實驗教師組織學生對講臺上的“老師”進行提問,共同進行分析討論。
重量分析法是加入濃度較大的NaOH溶液,生成的Mg(OH)2進行過濾、洗滌、烘干、稱量,在此過程中,沉淀有一定的損失,準確度受到較大影響。
配位滴定法是讓一定量的金屬鎂與過量的HCl反應(yīng),然后加緩沖溶液調(diào)節(jié)pH到10左右,以鉻黑T做指示劑,用EDTA標準溶液進行滴定分析。這里涉及到的試劑較多,而且對滴定體系的pH要求嚴格。酸度過高,酸效應(yīng)太大;酸度太低,有可能使得Mg2+部分沉淀,而且指示劑本身對酸度也有一定的要求。另外,以CaCO3為基準物標定EDTA時,為了提高終點顏色的敏銳度,還需額外加入MgY,否則實驗準確度會受到較大影響,但是還是能用于測定金屬鎂摩爾質(zhì)量的。
通過一系列的比較分析討論,學生自然會認識到酸堿滴定法(讓一定量的金屬鎂與已知濃度的過量HCl反應(yīng),用NaOH標準溶液返滴定剩余的鹽酸)涉及的試劑較少,方法相對成熟,準確度也較高。實驗方法提煉出來之后,圍繞金屬鎂稱量的質(zhì)量范圍;酸與堿的濃度;以及在滿足實驗要求,又不造成試劑浪費的前提下,酸和堿分別配制的總體積等問題進行分析討論,學生基本可以確定出切實可行的實驗方案。
另外,雞蛋殼中鈣含量的測定,混合堿含量的測定等都可以采取上述教學方法進行。
這種教學方法改變了以往實驗教學過程中的講透、講細、講全,在發(fā)揮教師主導作用的同時,充分發(fā)揮了學生的主體作用,激發(fā)了他們的學習熱情,同時實現(xiàn)了學生之間的互動,升華了師生之間的交流;另外,學生在對別的同學的設(shè)計方案進行提問、分析、討論、評價的過程中,課堂氣氛活躍,思維開闊,口頭表達能力得到鍛煉,自信心得到大大提升,綜合素質(zhì)得到加強。
最后,經(jīng)過學生充分討論后,實驗教師對設(shè)計的基本思路進行總結(jié),提問學生掌握情況,并要求學生整理出完整的設(shè)計方案,以便于實施。
值得提示的是,教師不應(yīng)強行把學生思維納入到自己的思維模式之中,要求學生的活動和結(jié)論與自己所設(shè)計或者期望結(jié)果一致。比如,有個別學生的設(shè)計方案雖然實施起來有很大難度,但是有創(chuàng)意,對于他們敢于創(chuàng)新、勇于創(chuàng)新、體現(xiàn)個性的方案要及時給于表揚,使學生的主觀能動性、潛力和創(chuàng)造潛能達到最大。
總之,整個課堂教學是在一種緊張有趣的氣氛中進行的,教學效果較好。
1.3實驗具體實施,撰寫實驗小論文
根據(jù)課堂討論,學生對自己的實驗方案進行加工整理。根據(jù)合理的實驗設(shè)計方案自行準備實驗儀器,配制試劑等。這個過程對學生雖然有一定難度,但因為是自己設(shè)計總結(jié)的方案,所以學生愿學樂干。
實驗小論文按照正式出版的科研論文格式,包括論文題目、署名、摘要、關(guān)鍵詞、引言、儀器與試劑、實驗方法、結(jié)果與討論、參考文獻等。由此可以看出,這一階段是學生綜合能力進一步升華和提高的階段,同時也為畢業(yè)論文和畢業(yè)設(shè)計作了很好的鋪墊工作。
1.4實驗評價體系
對設(shè)計性實驗教學質(zhì)量及設(shè)計能力的評價方法,已有作者進行了比較詳盡的研究。我們從2004年招收第一批工業(yè)與分析檢驗專業(yè)學生起,就對分析化學設(shè)計性實驗評價體系進行了改革,在不斷的探索中,建立起了完整的操作性較強的評價體系,具體的主要從創(chuàng)新精神、實踐能力、科學素養(yǎng)三個方面,根據(jù)學生設(shè)計及課堂討論發(fā)言情況(50%)、實驗技能(25%)、實驗小論文的完成情況(25%)等做總體評價,給出等級。評價方式的改革,極大的促進了設(shè)計性實驗教學效果的提高。再者,課堂辯論發(fā)言積極性得到提高,操作規(guī)范性切實增強,實驗技能顯著提高,嚴肅認真、實事求是的科學態(tài)度逐漸形成。具體表現(xiàn)為,“河南省中級檢驗工”考試通過率為97.5%,實現(xiàn)了雙證畢業(yè)的要求。
2結(jié)論及展望
總而言之,實驗設(shè)計課程的開設(shè),不僅加深了學生對分析化學基本理論、基礎(chǔ)知識的理解,正確和熟練的掌握了分析化學實驗的基本操作和實驗技能,提高了觀察、分析和解決問題的能力,而且培養(yǎng)了學生嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和實事求是的科學態(tài)度。更重要的是,絕大多數(shù)學生認為實驗越來越有趣味,學有所用,愿意探索,勤于思考,創(chuàng)新意識得到切實提高,綜合素質(zhì)得到大大加強。另外,在設(shè)計性實驗進行的各個環(huán)節(jié),教師都要查閱大量相關(guān)資料,認真?zhèn)湔n,靈活運動多種教學方法,駕馭課堂。因此,教師的工作能力有較大提高。而實驗教學隊伍是提高實驗教學質(zhì)量、培養(yǎng)高素質(zhì)人才的關(guān)鍵。
但是在進行設(shè)計性實驗教學過程中,也發(fā)現(xiàn)諸多不足,還要從以下幾個方面進行改革:
(1)實驗內(nèi)容要不斷更新,且題目應(yīng)著重培養(yǎng)學生綜合應(yīng)用能力。
(2)實驗內(nèi)容要開放。除去正常教學中的設(shè)計性實驗,學生可以選擇自己感興趣的設(shè)計性題目,在征得相關(guān)教師認可的基礎(chǔ)上,進入實驗室實驗。
(3)要實行實驗室開放。實行實驗室對外開放是學生設(shè)計性實驗教學改革取得實際效果的關(guān)鍵,是對傳統(tǒng)實驗教學的一種挑戰(zhàn)。實驗室開放,要求在時間、空間、教學方法、實驗內(nèi)容和儀器設(shè)備等方面都盡量開放。已有實踐證明,通過實驗室開放,可以極大地提高學生運用已有知識和技能進行獨立工作和創(chuàng)造性工作的能力,為學生今后走上工作崗位奠定堅實的基礎(chǔ)。
(4)實驗裝備、實驗室設(shè)施要提高教學質(zhì)量,還必須有一定的實驗條件做保障。
總之,設(shè)計性實驗教學,很大程度上改變了傳統(tǒng)的教學模式,但是教學改革涉及方方面面的工作,是一項長期的工程,廣大教育工作者應(yīng)大膽創(chuàng)新,勇于嘗試,不斷提高分析化學實驗教學水平與能力。
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