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關于分析化學設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學生的創造性思維和主動學習、探索式學習等方面存在明顯不足,難以適應新形勢下對人才培養的要求。因此,實驗教學改革勢在必行,設計性實驗教學被提上日程。
1分析化學設計性實驗教學過程
分析化學設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備的特點和使用方法。因此,要求實驗教師具有一定的業務水平和教學水平。
教師公布設計性實驗的題目,要求學生設計的內容包括:實驗方法;實驗原理;實驗儀器及試劑;實驗步驟;實驗數據處理,最終以設計小論文的形式上交指導老師審查。另外,要求設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、試劑等在現有的條件下能得到滿足。
(3)簡約、節約性:設計應盡可能簡單易行,用簡單的實驗裝置,較少的試劑及實驗步驟,能在較短的時間內完成實驗,且數據比較準確。比如金屬鎂的摩爾質量測定,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,為以后的就業打下良好的基礎。
另外,學生普遍反映,環境保護列入設計要求,大大提高了他們的環保意識。這對社會的可持續發展具有重要意義。
1.2教師審查設計方案,課堂討論階段
本階段是設計性實驗教學的中堅環節,分為兩個階段開展工作。
第一階段,學生進入實驗室,教師審查學生的設計方案,根據學生設計方案的完成情況給予相應評價,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。實現教師從“演員”到“導演”,學生從“觀眾”到“演員”的轉變。
比如金屬鎂的摩爾質量的測定,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,然后加緩沖溶液調節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,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,在發揮教師主導作用的同時,充分發揮了學生的主體作用,激發了他們的學習熱情,同時實現了學生之間的互動,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,綜合素質得到加強。
最后,經過學生充分討論后,實驗教師對設計的基本思路進行總結,提問學生掌握情況,并要求學生整理出完整的設計方案,以便于實施。
值得提示的是,教師不應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論與自己所設計或者期望結果一致。比如,有個別學生的設計方案雖然實施起來有很大難度,但是有創意,對于他們敢于創新、勇于創新、體現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
根據課堂討論,學生對自己的實驗方案進行加工整理。根據合理的實驗設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,但因為是自己設計總結的方案,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、關鍵詞、引言、儀器與試劑、實驗方法、結果與討論、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,同時也為畢業論文和畢業設計作了很好的鋪墊工作。
1.4實驗評價體系
對設計性實驗教學質量及設計能力的評價方法,已有作者進行了比較詳盡的研究。我們從2004年招收第一批工業與分析檢驗專業學生起,就對分析化學設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,具體的主要從創新精神、實踐能力、科學素養三個方面,根據學生設計及課堂討論發言情況(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,極大的促進了設計性實驗教學效果的提高。再者,課堂辯論發言積極性得到提高,操作規范性切實增強,實驗技能顯著提高,嚴肅認真、實事求是的科學態度逐漸形成。具體表現為,“河南省中級檢驗工”考試通過率為97.5%,實現了雙證畢業的要求。
2結論及展望
總而言之,實驗設計課程的開設,不僅加深了學生對分析化學基本理論、基礎知識的理解,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,而且培養了學生嚴謹的工作作風和實事求是的科學態度。更重要的是,絕大多數學生認為實驗越來越有趣味,學有所用,愿意探索,勤于思考,創新意識得到切實提高,綜合素質得到大大加強。另外,在設計性實驗進行的各個環節,教師都要查閱大量相關資料,認真備課,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量、培養高素質人才的關鍵。
但是在進行設計性實驗教學過程中,也發現諸多不足,還要從以下幾個方面進行改革:
(1)實驗內容要不斷更新,且題目應著重培養學生綜合應用能力。
(2)實驗內容要開放。除去正常教學中的設計性實驗,學生可以選擇自己感興趣的設計性題目,在征得相關教師認可的基礎上,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計性實驗教學改革取得實際效果的關鍵,是對傳統實驗教學的一種挑戰。實驗室開放,要求在時間、空間、教學方法、實驗內容和儀器設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。
(4)實驗裝備、實驗室設施要提高教學質量,還必須有一定的實驗條件做保障。
總之,設計性實驗教學,很大程度上改變了傳統的教學模式,但是教學改革涉及方方面面的工作,是一項長期的工程,廣大教育工作者應大膽創新,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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