蔣德敏,方榮美,陳書鴻,陳 星,黃美英,梁克中,黃 萍,劉瑀焓
(重慶三峽學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,重慶 萬州 404100)
“分光光度法測定鐵含量”教學(xué)實驗的思考與改進
蔣德敏*,方榮美,陳書鴻,陳 星,黃美英,梁克中,黃 萍,劉瑀焓
(重慶三峽學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,重慶 萬州 404100)
從提高學(xué)生操作實踐動手能力為出發(fā)點,對"鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量"的教學(xué)實驗進行了深入討論,分析該實驗在教學(xué)過程中存在的問題。針對各方面問題所在,并結(jié)合我校實驗教學(xué)條件,對該實驗的教學(xué)方法進行了改進和教學(xué)內(nèi)容作了適當補充。以培養(yǎng)大學(xué)生探索、研究、分析和解決問題的綜合能力為目標,在教學(xué)過程中應(yīng)當引入具有探討性的問題,并引導(dǎo)學(xué)生分析問題和協(xié)助學(xué)生解決問題。
分光光度法;鐵;教學(xué)實驗;改進
鐵元素含量豐富,很多樣品中都含有鐵,有關(guān)鐵含量的檢查分析方法有多種,常見方法有原子吸收法[1]、可見光分光光度法[2-3]等,原子吸收法具有準確度高、操作簡單的優(yōu)勢,但是樣品前處理復(fù)查,儀器運行維護成本較高??梢姽夥止夤舛确ň哂胁僮骱唵?,運行成本低的優(yōu)勢,適合作為本科教學(xué)實驗。同時,有關(guān)分光度法測定鐵含量的研究報道較多,在文獻報到中有采用正交法設(shè)計實驗測定鐵含量[4],但是這些方法操作復(fù)雜,不適合本科教學(xué)實驗。很多教材都有鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量的實驗,“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”的教學(xué)實驗比較經(jīng)典和完善,在教學(xué)實踐中已經(jīng)使用多年,但是該實驗在教學(xué)過程中也存在一些問題需要改進和完善。在有關(guān)“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”實驗的改進和完善的報道中,大多都是從科學(xué)研究的角度所作的改進[5-6],對“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”實驗教學(xué)過程的改進與思考報道少見。筆者結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗,對該實驗在本科教學(xué)過程中存在的問題作了簡要的分析和探討。本著以學(xué)生為中心,從培養(yǎng)學(xué)生研究問題、分析問題和解決問題的能力為出發(fā)點,對“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”實驗的教學(xué)方法作了適當?shù)恼{(diào)整,將傳統(tǒng)經(jīng)典的驗證型教學(xué)實驗整合成探索研究型綜合實驗。
1.1 傳統(tǒng)教學(xué)
“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”是分析化學(xué)實驗中的一個基礎(chǔ)實驗,其教學(xué)目的是使學(xué)生掌握該方法測定鐵的原理及方法,學(xué)習(xí)如何選擇吸光光度分析的實驗條件及了解721 型或722 型分光光度計的構(gòu)造和使用方法。對于這一類經(jīng)典型的教學(xué)實驗,在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)過程中,實驗指導(dǎo)教師將實驗原理和實驗過程講解給學(xué)生,列出所需實驗儀器和試劑,并簡要介紹分光光度計的組成部件、結(jié)構(gòu)以及使用方法,再將實驗步驟按照實驗教材列出并進行簡要講解。實驗過程與操作很簡單,學(xué)生只需要按照實驗指導(dǎo)老師所講述和實驗教材的步驟進行,基本能完成實驗操作過程。
1.2 傳統(tǒng)教學(xué)過程的問題
在傳統(tǒng)實驗教學(xué)過程中,學(xué)生僅體現(xiàn)出操作工,實驗內(nèi)容依然陳舊,缺乏教學(xué)內(nèi)容、方法的創(chuàng)新與改進,仍然是以典型的驗證實驗為主,未能鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維和意識。傳統(tǒng)實驗教學(xué)效果較差,學(xué)生在實驗操作和學(xué)習(xí)過程中未能實現(xiàn)對相關(guān)知識點的領(lǐng)悟和掌握,沒有達到以創(chuàng)新能力、學(xué)生自主實驗、個性化學(xué)習(xí)為主的實驗?zāi)康?,未能實現(xiàn)對學(xué)生自主探索、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
同時,將“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”教學(xué)實驗拆分成兩個實驗教學(xué),會導(dǎo)致實驗指導(dǎo)教師在教學(xué)講述與指導(dǎo)過程中造成混亂,容易出現(xiàn)顧此失彼的現(xiàn)象,在教學(xué)過程中有關(guān)知識點的講解不具備連貫性和遞進性。兩個實驗教學(xué)過程,相關(guān)知識點與原理講解的搭配不太合理,比如,鄰二氮菲與鐵的配合顯色原理應(yīng)該在第一個實驗中講述,讓學(xué)生明白顯色原理后才能讓學(xué)生明白為什么要做后續(xù)的測定條件實驗,條件測定試驗因素的探索對測定鐵有什么影響。
教學(xué)實驗需要循序漸進、逐步深入的模式導(dǎo)入教學(xué)內(nèi)容,以學(xué)生為主、教師為輔的教學(xué)模式引導(dǎo)學(xué)生分析問題、思考問題,培養(yǎng)學(xué)生探索問題、研究問題、解決問題的綜合能力。在實驗教學(xué)過程中,不僅需要對實驗內(nèi)容、方法等操作知識點的講解,還學(xué)要對理論課程相關(guān)知識點進行合理與必要的回顧,理論與實踐是相輔相成的關(guān)系,使學(xué)生對知識點系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化,讓學(xué)生明白實驗教學(xué)的重要性。由于傳統(tǒng)“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”教學(xué)實驗內(nèi)容與過程比較陳舊,為了使學(xué)生能夠適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)和單位對人才的需求,需要對現(xiàn)行教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程進行適當?shù)恼{(diào)整與改進。
2.1 教學(xué)方法的改革與創(chuàng)新
在現(xiàn)代化教學(xué)過程中,需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)觀念和模式。作為實驗教師,需要進一步對實驗內(nèi)容和過程本身進行深入學(xué)習(xí)和研究,在實驗教學(xué)過程中,指導(dǎo)教師起引導(dǎo)作用,以學(xué)生為主體的教學(xué)理念體現(xiàn)在現(xiàn)代化實驗實踐教學(xué)過程中。從過去的以教師先講解、學(xué)生模仿操作的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生自主探索、分析和解決問題為主體的教學(xué)模式,結(jié)合相關(guān)教學(xué)經(jīng)驗,在教學(xué)方法上主要作三個方面的調(diào)整,分別是指導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)、實驗方案的研究和預(yù)習(xí)報告的批閱。
2.1.1 轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)理念
“教學(xué)聯(lián)系實驗、實驗檢驗教學(xué)”的實驗教學(xué)理念,實驗教學(xué)通常按照教師先講授和梳理實驗原理、操作基本技能與要求等。在實驗理論課教學(xué)中加強對實驗基礎(chǔ)知識和實驗過程中常備技能的講授,夯實學(xué)生的基礎(chǔ)知識,提高學(xué)生理論知識和動手能力,加強對實驗教學(xué)方法和教學(xué)模式的改革與完善。通過不斷探索、理論聯(lián)系實際,以引導(dǎo)式、啟發(fā)式、輔導(dǎo)式、協(xié)助式、探究式等逐步提高學(xué)生自主性學(xué)習(xí)的教學(xué)方法,培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力和科學(xué)創(chuàng)新能力。在“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”教學(xué)實驗中,需要對郎伯·比爾定律的相關(guān)知識點進行回顧與復(fù)習(xí),讓學(xué)生將實驗操作的學(xué)習(xí)與理論知識聯(lián)系在一起,使學(xué)生學(xué)習(xí)過程中自主領(lǐng)悟理論與實踐之間的相互關(guān)系與作用。
2.1.2 指導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)
在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)過程中,實驗指導(dǎo)教師會提前通知學(xué)生下次實驗的課程內(nèi)容,要求學(xué)生在課余時間預(yù)習(xí)。在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)便捷的時代,學(xué)生很難靜下心來看書與學(xué)習(xí),大多數(shù)同學(xué)都事在臨近實驗開始前,將實驗課本所編的實驗內(nèi)容匆忙的瀏覽一下,未能達到預(yù)習(xí)的效果,更有同學(xué)沒有完成相關(guān)實驗的預(yù)習(xí)任務(wù)。導(dǎo)致在實驗內(nèi)容講解過程中,學(xué)生跟不上講述的節(jié)奏,學(xué)生自己在完成實驗時,基本不按指導(dǎo)教師提醒與要求進行實驗,大多數(shù)同學(xué)只是簡單按照教材內(nèi)容所設(shè)定的步驟完成實驗。學(xué)生對實驗的預(yù)習(xí)具有重要作用,在實驗課開始之前,學(xué)生按照相關(guān)實驗課程和實驗指導(dǎo)教師的相關(guān)要求預(yù)習(xí),并查閱有關(guān)文獻,鼓勵學(xué)生提前進入實驗室了解相關(guān)實驗所需儀器、藥品等,并了解各自在實驗中的相關(guān)作用。學(xué)生再結(jié)合相關(guān)教材、文獻對將開展的實驗進行初步預(yù)習(xí),形成自己的預(yù)習(xí)報告。教師在指導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)時,需要給學(xué)生設(shè)置問題,引導(dǎo)學(xué)生對問題的分析,以及在實驗實驗過程中可能出現(xiàn)的相關(guān)情況。在“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”實驗的預(yù)習(xí)中,指導(dǎo)學(xué)生分析各種試劑在實驗中的作用、鄰二氮菲與鐵的顯色原理等。為什么需要加入鹽酸羥胺?能否用其它試劑代替鹽酸羥胺?比如抗壞血酸。同時在預(yù)習(xí)過程中,要求學(xué)生掌握反應(yīng)式等。要讓學(xué)生明白對實驗過程的預(yù)習(xí)重要性,使學(xué)生花更多的精力在實驗前的預(yù)習(xí)工作中。
2.1.3 實驗方案的研究
實驗教材所列舉的教學(xué)方案是比較完善和經(jīng)典的方案,大多數(shù)院校都是直接按照教材內(nèi)容授課,很多經(jīng)典實驗方案上缺乏改進和創(chuàng)新。我們對實驗方案研究的目的是讓學(xué)生明白在眾多實驗方案中為什么選擇本方案,能否用其它方案取代,同時在該過程中培養(yǎng)學(xué)生選擇識別判斷能力。在測定鐵的實驗教學(xué)與科研中,有多種方法,比如原子吸收分光光度法、鄰二氮菲顯色分光光度法等方法。我校在"鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量"教學(xué)實驗教學(xué)中采用的單因素對實驗測定條件進行教學(xué),在教學(xué)過程中,實驗方案單一,未能激發(fā)學(xué)生的探索和研究興趣。讓填鴨式教學(xué)過程向主動探索式轉(zhuǎn)變,"鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量"的實驗可以設(shè)計多種實驗方案,傳統(tǒng)實驗方案探索得到的測定條件離理論最佳條件還有一定偏差,需要進一步優(yōu)化。除了傳統(tǒng)經(jīng)典的實驗方案外,還可以設(shè)計為正交實驗,在傳統(tǒng)實驗研究的基礎(chǔ)上,選擇幾種影響明顯的因素,對鐵的測定條件采樣正交法進行優(yōu)化,在實驗條件允許的院??梢圆捎枚雾憫?yīng)曲面法對實驗條件進行優(yōu)化。
在本科教學(xué)實踐實驗中,大多采用操作性強,適合本科層次的教學(xué)方案。有利于學(xué)生完成實驗操作,讓學(xué)生在實踐過程中掌握相應(yīng)的基本技能。但是,僅僅這樣的教學(xué)方案對于培養(yǎng)研究型和應(yīng)用型本科生還不夠,還需要進一步深入和完善,需要在基本實驗方案的進行延伸和拓展。根據(jù)學(xué)生的專業(yè)、基礎(chǔ)和層次選擇合適的教學(xué)方案,比如,化學(xué)師范、應(yīng)用化學(xué)以及物理化學(xué)等理學(xué)專業(yè)可以加大實驗深度與難度,在單因素實驗方案的基礎(chǔ)上可以進行延伸,可以傳統(tǒng)教學(xué)基礎(chǔ)上采用正交實驗和二次響應(yīng)曲面法。對于化學(xué)工程與技術(shù)以及相關(guān)工科專業(yè),需要在實踐教學(xué)過程中逐步培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和理念,可以向工程應(yīng)用方面拓展。對實驗方案的研究能夠起到有效實培養(yǎng)學(xué)生思考問題、研究問題的能力,使我校相關(guān)專業(yè)學(xué)生科研與業(yè)務(wù)能力滿足時代發(fā)展和市場經(jīng)濟背景下用人單位的要求。
2.1.4 預(yù)習(xí)報告形式的改進
目前,學(xué)生預(yù)習(xí)報告形式單一,未能有效體現(xiàn)學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中付出的時間與精力,同時相應(yīng)的考核機制也不健全。絕大多數(shù)都是將實驗教材的教學(xué)實驗?zāi)康摹嶒炘?、實驗?nèi)容等相關(guān)內(nèi)容往預(yù)習(xí)本上抄一遍,這樣不但沒達到預(yù)習(xí)效果,反而增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)負擔,很多學(xué)生在其他課堂上寫預(yù)習(xí)報告,導(dǎo)致學(xué)生成了"操作工",反而使其它課程的學(xué)習(xí)時間都被耽誤。需要對現(xiàn)行預(yù)習(xí)報告的形式和模式進行改革和改進,淡化對內(nèi)容的重復(fù)抄寫過程,重點在于對分光光度計的工作原理的了解、對鄰二氮菲與鐵的顯色原理進行分析、各種試劑在測定過程中所體現(xiàn)的作用以及對各種影響測定因素對測定值的影響情況進行討論,在預(yù)習(xí)報告中主要體現(xiàn)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。使學(xué)生從傳統(tǒng)的抄寫實驗報告的模式轉(zhuǎn)變到分析研究實驗過程與問題的模式中,在實驗教學(xué)過程中逐步培養(yǎng)學(xué)生探索、研究、分析和解決問題的能力。作為實驗指導(dǎo)教師在布置預(yù)習(xí)任務(wù)時可以簡化內(nèi)容,減輕形式上的學(xué)習(xí)負擔。同時對學(xué)生的預(yù)習(xí)形式可以多元化,盡量避免單一模式,這樣不僅可以避免學(xué)生之間相互抄襲,還可以激發(fā)學(xué)生自主分析問題、查閱文獻等方面的能力。實驗指導(dǎo)教師在批閱實驗預(yù)習(xí)報告時,主要查閱學(xué)生對問題的分析能力以及解決問題的能力,若,學(xué)生對問題分析不夠全面或者不準確的,需要及時對批出和引導(dǎo),在批閱預(yù)習(xí)報告過程中以發(fā)現(xiàn)學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題為重點,以便在實驗教學(xué)與指導(dǎo)過程中加以強調(diào)和引起學(xué)生對相關(guān)問題的重視,同時,使學(xué)生在實踐過程中進一步對相關(guān)問題的深入思考和討論。
2.2 實驗內(nèi)容的調(diào)整
對“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”教學(xué)實驗在各個環(huán)節(jié)所出現(xiàn)的問題進行了簡單的分析后,為了使本科層次的學(xué)生在該實驗教學(xué)實踐過程中學(xué)到更多的知識,以培養(yǎng)學(xué)生探索問題、研究問題、分析問題和解決問題的能力為導(dǎo)向,需要對現(xiàn)行教學(xué)模式進行適當?shù)膬?yōu)化調(diào)整。將兩個實驗整合成一個探索研究型綜合實驗,以傳統(tǒng)經(jīng)典實驗為基礎(chǔ)設(shè)計為探索研究型綜合實驗具有較好操作性,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程能夠借鑒和查閱的文獻較多,適合本科層次的教學(xué)。以培養(yǎng)學(xué)生探、研、分、解問題的能力為目的,需要對實驗教學(xué)目的、實驗原理、實驗步驟以及實驗數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)進行適當?shù)恼{(diào)整與改進。
2.2.1 實驗?zāi)康慕虒W(xué)改進
了解分光光度法測定鐵的原理及分光光度計的使用方法;學(xué)習(xí)測定鐵的方法研究與分析過程;培養(yǎng)學(xué)生研究問題、思考問題和解決問題的綜合能力。
2.2.2 實驗步驟教學(xué)改進
將兩個教學(xué)實驗整合為一個實驗教學(xué),其實驗步驟分別按以下順序進行:(1)吸收曲線的繪制,(2)顯色劑用量的確定,(3)溶液酸度的影響,(4)顯色時間的影響,(5)還原劑用量的確定,(6)標準曲線的繪制,(7)試液鐵含量的測定。
實驗指導(dǎo)教師在講解實驗步驟時,在教學(xué)過程中,分別在每個環(huán)節(jié)中設(shè)置相應(yīng)的思考題和問答題,讓學(xué)生參與課堂互動,有利于培養(yǎng)學(xué)生思考問題和分析問題的能力。以溶液酸度為例對問題的設(shè)置進行闡述,讓學(xué)生明白在本實驗中為什么要考察溶液酸度對測定影響。
指導(dǎo)教師導(dǎo)入問題:溶液酸度過高或過低,對測定有什么影響?有哪些副反應(yīng)發(fā)生?
指導(dǎo)教師引導(dǎo)學(xué)生對問題的分析與講解:酸度過低時,溶液中H+較多,本實驗中能與H+反應(yīng)的副反應(yīng)均有可能發(fā)生,比如:鄰二氮菲分子中的氮與H+配位,從而影響鄰二氮菲與三價鐵離子的顯色。當溶液酸度呈堿性時,F(xiàn)e3+會發(fā)生水解。所以溶液酸度過高或過低都對測定結(jié)果準確度有影響,在測定時需要探索合適的pH值范圍。
學(xué)生在實驗指導(dǎo)教師的引導(dǎo)下,能夠理解做該條件因素的意義和作用,按照這樣的教學(xué)模式引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí),學(xué)生在實驗操作過程中不再是簡單的依葫蘆畫瓢。學(xué)生在實驗過程中遇到問題能夠自己分析與探討,使學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和動手能力得到相應(yīng)的提升。
2.2.3 實驗數(shù)據(jù)處理
目前學(xué)生在做完實驗后,不知道如何對實驗數(shù)據(jù)進行處理,導(dǎo)致實驗結(jié)果不能有效反應(yīng)學(xué)生的實驗操作中付出的精力,不能區(qū)分學(xué)生在實驗操作過程中是否認真。同時,學(xué)生本人也不知道哪些數(shù)據(jù)合理,哪些數(shù)據(jù)不合理。目前,對于低年級的本科生來說,還不具備獨自完成數(shù)據(jù)處理的基本能力,還需要教師的指導(dǎo)下才能完成對實驗數(shù)據(jù)的處理。建議采用Origin等繪圖軟件對相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)作圖,在實驗測定條件的數(shù)據(jù)處理中,當數(shù)據(jù)圖出現(xiàn)平緩時為最佳條件。學(xué)生實驗過程中記錄的數(shù)據(jù)與其它附近數(shù)據(jù)偏離較大或者很大時,要分析其原因,有可能是學(xué)生錯誤操作出現(xiàn)數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)處理和分析時應(yīng)將其舍掉。
2.3 實驗報告形式的改進
以往學(xué)生在實驗完成后所交的實驗報告形式陳舊,不能有效體現(xiàn)學(xué)生對實驗操作實踐學(xué)習(xí)情況。將實驗的實驗?zāi)康摹嶒炘?、實驗步驟在實驗報告冊上抄一篇,將數(shù)據(jù)記錄的相關(guān)內(nèi)容內(nèi)容填寫在實驗報告冊上,實驗教師在批閱實驗報告時,不能有效獲取學(xué)生對實驗過程、原理以及數(shù)據(jù)處理方面的掌握情況。為了減輕形式上的學(xué)習(xí)負擔,同時增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力,建議將實驗報告內(nèi)容簡化,形式多元化。實驗完成后,實驗指導(dǎo)教師可以根據(jù)實驗內(nèi)容提出幾點具有思考和探討性的問題,學(xué)生圍繞問題做分析和討論,學(xué)生可以分析該實驗?zāi)切┦顷P(guān)鍵因素,哪些因素或操作不當容易導(dǎo)致實驗失敗。
對"鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量"教學(xué)實驗存在的問題進行了討論和分析,為了培養(yǎng)學(xué)生探索、研究、分析和解決問題的綜合能力,對該教學(xué)實驗不妥的部分進行了適當?shù)恼{(diào)整與改進。在教學(xué)過程中淡化了形式化、重復(fù)性的預(yù)習(xí)報告和實驗報告,在實驗教學(xué)過程中加強了“問題”的設(shè)置與解析,讓學(xué)生在實驗過程中知道每步實驗操作的原理及其相關(guān)問題。在“鄰二氮菲分光光度法測定鐵含量”傳統(tǒng)經(jīng)典的教學(xué)實驗基礎(chǔ)上,設(shè)計成探索研究型綜合實驗,具有較好操作性,適合本科層次的教學(xué)。
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(本文文獻格式:蔣德敏,方榮美,陳書鴻,等.“分光光度法測定鐵含量”教學(xué)實驗的思考與改進[J].山東化工,2017,46(12):157-159.)
2017-04-18
重慶三峽學(xué)院教改項目(JG150707,SD150114)
蔣德敏(1987—),湖北利川人,碩士學(xué)歷,助教,研究方向:化工新技術(shù)新工藝開發(fā)
G642.0
A
1008-021X(2017)12-0157-03
教育與培訓(xùn)