Ⅰ”课程教学方法改革

“分析化学（甲）Ⅰ”课程教学方法改革

王　敏　郭伟强
　化学系

一、课程简介

1.课程类别

专业基础课程

2.学科类别

理学—化学

3.课程目标和教学内容

（1）课程目标:通过本课程的学习，要求学生对分析化学学科有一个系统的认识，掌握分析化学的基本原理，树立准确的“量”的概念，了解体系中酸碱平衡、络合平衡、氧化—还原平衡和沉淀平衡的处理方法，提高定量处理水溶液中离子平衡关系的能力，能准确分析一些简单的实际样品，具有初步的分析问题和解决问题的能力，包括分析数据的统计处理能力、容量分析中的原理和相关计算、试样的采样方法和样品预处理方法、分析方法的综合运用能力。

（2）教学内容:分析化学是综合性大学理科的专业基础课程之一。本课程系统介绍成分分析化学的内容，以定量分析的原理和方法为主。其主要包括误差、数据统计和质量保证、样品的预处理技术、样品的分离与富集及复杂样品的处理方法、分析化学中的化学平衡、滴定分析、重量分析。

4.教学对象

理科化学专业、应用化学专业和环境科学专业本科生，大二上学期开设；中文班、英文班平行开课，英文班控制在25人左右。

5.课程学时与教学场景

（1）课程学时:课堂教学32学时。

（2）教学场景:课堂教学、学生报告、课堂讨论等均在多媒体教室开展。

二、课程教学重点解决的问题

“分析化学（甲）Ⅰ”是理科试验班的同学确认到化学专业后的第一门化学专业基础课。同学们已有了一定的相关化学基础，如化学平衡、滴定原理等，但他们的知识不系统，也没有完全掌握查阅文献等学习技能。在这种情况下，要以打基础、重知识体系为主，在教学内容螺旋式上升的过程中，逐渐把他们引向科研之路。要通过课堂讲解和化学分析实验中的具体应用的结合，使同学们在感性认识的基础上对方法背后的原理得以深刻理解，理顺知识体系。教学重点为误差理论中的偏差、误差、置信区间、有效数字等比较抽象的统计学概念，化学平衡理论在分析化学中的应用，滴定法和重量法原理以及样品的分离富集方法的原理。

三、教学方法改革

1.教学实施策略与方法

（1）突出重点，抓住难点，精心讲解，画龙点睛。主讲教师通过集体备课，准确把握重点和难点，将有限的课时倾向性地分配到重点和难点之处，通过精心备课和精心讲解，画龙点睛式地引导学生抓住解决问题的关键。

（2）加强与实验教学的关联。本课程主讲教师通过深入实验教学一线，加强理论课与实验教学的联系，使理论教学中的难点在直观的实验教学中得到解决。

（3）在课内外的多个教学环节，加强各种分析法的共性提炼和个性比较，让学生体验“具体→抽象→具体”或“个别→一般→个别”的学习方法，提高对课程教学的系统性的理解和把握。

（4）推荐课外阅读。对于重点和难点，有针对性地推荐一些优秀教材的特色章节或相关教学研讨论文，指导学生自学。学生通过课外自学比较、反复揣摩，有可能大彻大悟、深化理解。课外阅读的体会，可以作为课程论文的内容，在课程Seminar上进行交流。

（5）对于学生易混淆、难理解的问题，组织专题讨论，在不同观点的辩论中，得到深化理解和提高；选取合适的知识点开展学生讲课。

2.具体实施方法举例

案例1:化学平衡——教学内容的重组

“分析化学（甲）Ⅰ”中所要介绍的主要方法，如重量分析、滴定分析、样品的分离与富集等都是以化学平衡为其理论基础，也就是说化学平衡原理在分析化学中非常重要。但是，在传统的讲课过程中，并没有对化学平衡进行专门的讲解。各种平衡体系都是在讲授各自分析方法的时候分别介绍的。如酸碱滴定分析中，会首先讲解酸碱平衡，再讲解酸碱滴定分析的具体过程。这样的处理，固然线路清晰，学生容易掌握每一种具体的方法，但忽略了几大平衡的共性及它们之间的关系。那么有没有可能先把平衡集中起来，讲述它们共同的东西，待同学们对化学平衡在分析化学中的应用有了更加充分的认识后，再去分别讲述各种分析方法呢？基于这种想法，在教学过程中，我们打破了原有的程式，专门安排2次课讲解化学平衡理论在分析化学中的应用；重点强调几大平衡之间的相互影响，突出水自解离平衡等重要平衡体系，并且用系统处理法统一讲解复杂体系的平衡计算。虽然同学们在中学化学中已学过影响化学平衡的因素、平衡移动的基础知识；在前置课程普通化学中也学过了化学平衡中所涉及的热力学、动力学知识。但我们是从分析化学的角度，重点阐述在几大平衡的作用下，参与反应的物质的量之间的关系及其变化，是为这门课程定量分析这一目的服务的。另外，这样的安排也是为了适应课时被缩减的需要，使教学节奏更加紧凑，同时也为后续的互动式教学留出更多的时间。

我们把这部分内容分解成4个单元，对应安排4节课，分别是围绕平衡体系的溶液基础知识，分析化学中几大平衡体系的介绍，以简单酸碱体系为例，以及复杂平衡体系的系统处理法。根据课程进度的安排，我们还会适时地讲解一些实验或生活中的例子。每一节课的安排如表1所示。

表1　“化学平衡在分析化学中的应用”教学安排

案例2:配位滴定法——课外科技文献导读

滴定分析是“分析化学（甲）Ⅰ”这门课的重点，又以酸碱滴定和配位滴定内容最为丰富和复杂，因此所占课时最多。其中配位滴定副反应多，实验条件要求高，计算复杂，同学们不易掌握。在学习这节内容过程中，安排了一次课外科技文献导读。阅读张承龙等的论文“碱法炼锌浸出液中锌、铅、铝的连续测定”，铀矿冶，2009，28（2）:106-109。回答和讨论以下问题:

（1）在锌、铅、铝的滴定操作前，总是用甲基橙做指示剂，用盐酸或硝酸调节到甲基橙变红，然后再进行下一步操作，这是为什么？

（2）请说明锌、铅、铝三者是如何分别测定的？为什么不能通过控制酸度的方法在同一份溶液中用EDTA分步滴定浸出液中锌、铅、铝？

（3）在结果和讨论的2.1节中，作者写道“硫酸铅在水中的溶解度较大，但在稀硫酸中的溶解度就大大降低”，这是什么原因？

（4）在该文献中用到了哪几种掩蔽的方法？1.2.1节中加入抗坏血酸、硫代硫酸钠以及氟化钾的作用分别是什么？

（5）从表1可以看出，在pH为4～7时，Al-EDTA配合物的条件稳定常数最大，请解释为什么会这样。

（6）测定铝用的是什么滴定方式？为什么要用这种方式滴定？为什么要用二甲酚橙和溴甲酚绿两种指示剂？两个终点各代表什么计量点？V₃是怎么得到的？

这些问题涉及指示剂的工作原理和选择、分步滴定时实验条件的选择和优化、各种化学平衡体系的相互影响、副反应系数、干扰离子的掩蔽、滴定计算和滴定误差等几乎所有滴定分析中同学们所需要掌握的知识点，其实也是对包括配位滴定在内的所有滴定方法的一个良好的总结。通过这一应用实例，同学们不仅对滴定分析有了更全面而深入的理解，对分析方法在实际生产生活中的应用也有了一个感性的认识，超越了书本和实验室。

案例3:常用分离分析方法——小组学习与学生讲课

“常用分离分析”是这门课的最后一部分重要内容，其基本原理也是建立在化学平衡的基础之上的。同学们经过三个月的学习，已系统掌握了化学平衡原理在分析化学中的应用，在实验课程中也已实践过一些分离方法。因此，我们把这节内容作为研讨型教学的试点，把相关内容分解成8～12个知识点，提前一个月将相关要求布置下去，让学生以自愿组合方式结成不超过4人的学习小组，经有针对性地阅读课本上相关章节和查阅更多的课外文献资料以及充分的讨论和准备，学生制作好PPT，自己上台讲授这些新的知识点，而后大家讨论交流，教师最后总结呈辞。这样一来，在教学过程中既活跃了课堂气氛，提高了教学效果，更激发了学生的学习积极性。同时，在教学目的上也起到拓宽学生获取知识的渠道的作用，且有利于促进学生间形成互相讨论、交流的习惯，形成互相讨论学术问题的风气，在潜移默化中培养学生的团队精神。另外，上台演讲的同学当场随机抽取，而且由学习小组的其他同学回答问题，以有效地保证每一位同学的参与度。

另外，在前面的课程安排上我们也会做适当的互动式教学尝试。如在课堂上以学生提问、教师解答并当场讨论的形式来讲授配位平衡中副反应一节。在回答了学生的提问后再提供解答各副反应的计算通式，学生反应热烈，师生关系融洽，教学效果很好。为最后分离分析的学生上讲台讲课打下良好基础。

3.教学方法特点分析

如前所述，“分析化学（甲）Ⅰ”是理科试验班的同学经专业确认到化学后的第一门化学专业课，同学们在专业上、技能上都还不具备完全放开式的研讨型教学，还是应该以教师引导为主，强调分析化学的系统知识体系。因此在这门课上，我们充分结合教学内容的特点和学生认知发展的规律，适时安排合适的教学方法，包括课外科技文献导读、学生讲课、小组学习等互动式教学，活跃了课堂气氛，激发了同学的兴趣，取得了较好效果，为后续的“分析化学（甲）Ⅱ”课程中全面开展研讨型教学打下了良好基础。

四、课程考核方法和支撑手段

1.课程考核方法

在教学过程中，“培养创新意识”和全方位培养学生的各种能力是我们的重要目标。我们采取的措施之一是将课程成绩评定方法由考试占80%减少到只占40%左右，其他的考察项目分别为研究性小论文、新知识点的自我理解和讲解、对知识点的总结概括能力、平时作业等方面，多指标的考核模式使学生将主要精力放在对知识的全面理解上，提高了学习的主动性，摆脱了“课上记笔记，考试背笔记，考完全忘记”这种无效学习方式的束缚，学习积极性大为提高，教学效果很好。

在上面提到的学生自学并上台讲解新知识的成绩处理上，交流完毕后投票选出最佳组合给予加分奖励的措施也让学生能认真地听取并比较各小组的“教学成果”，在公正评价他人成果的同时找出自己的不足，远远超出了分数所能带来的作用。

在课程开始时，我们会提出20多个与课程内容紧密相关的研究性小题目，让学生以小组（不超过4人）为单位，通过个人检索资料、查阅文献并经集体讨论后，采纳已列入SCI收录的国家一级杂志《分析化学》的著作格式撰写成研究性小论文上交。这也是综合评定学生成绩的一部分，以考查学生文献检索、精炼归纳、拓展思路、解决问题的能力。虽然课程在大二的第一学期开设，但学生的新奇感和认真态度，使这一创新点成为亮点之一。

在课程考试上，我们也进行了较全面的改革尝试。由于本课程以2个不同的教学班分别进行全英语授课和适当插入英语专业词汇的中文授课，期末考试时采用英语考题，对中文授课班部分英语能力较弱的学生给予适当的翻译。在考查学生掌握知识的同时培养其专业英语的阅读能力。

至于平时成绩，不是凭教师的个人喜好随意定成绩，而是根据测验情况、课堂表现及所交作业综合给出，尽量全面公正地评判。此外，如果能引用“口试”的方式，则可在考查学生对所学知识掌握程度的同时，还可考查学生综合分析问题的能力及语言表达能力，应该是值得推荐的。我们将在可能的情况下考虑推出。

2.支撑手段

本课程组的学科依托浙江大学微分析系统研究所和色谱分析实验室多次举办本科生参观日，吸引修课的学生在堂课教学之余，参观主讲教师的科研实验室。在此基础上，还进一步吸纳学有余力且对分析化学有兴趣的学生，利用课余和假期到研究所（组）参与一些分析化学的科研试验和教学研究。

五、教学效果和推广性分析

1.教学效果

通过以上改革措施的实施，学生的思维方式灵活了，学习积极性提高了，对知识的掌握也更深入扎实了。从近年来学生SRTP项目的申报和实施，以及毕业论文的选题中可以间接看出，学生对分析化学专业确实具有浓厚的兴趣，我们的教学改革已经收到了预期的效果。

每个学期的最后一次课，会安排匿名问卷调查，问题包括:

（1）你对分析化学课是否有兴趣？该课程对激发你的学习积极性有作用吗？

（2）你对“双语教学”模式是否认同？你当初选英文班的主要原因是什么？是否达到了预期效果？对英文课本评价如何？

（3）对全英文教学你能否跟得上课堂进度？你是否在本课程上花了更多的课外时间？效果如何？

（4）你认为分析化学课的教学哪些做得较好，哪些还有待改进？在启发式教学方面你觉得做得如何？

（5）你觉得本课程的课件做得如何？哪些还有待改进？

（6）你觉得课堂测验的方式能否督促自己在平时努力学习？对本课程的课外作业方式有何意见和建议？对reading comprehension这一方式是否认同？

（7）你认为实验是否应该与讲课内容同步（实验与讲课是否应合并为一门课）？

（8）有关本理论课以及主讲教师你还有哪些意见和建议？

2011—2012及2012—2013秋冬学期学生对本课程教学工作的建议和评价（节选）:

“您（郭老师）的讲课风格和对待事物的很多看法都给我很大的启发。”

“课件内容翔实丰富，具有代表性”“具有启发性。”

“阅读作业较好，可以看一些实用的分析方法。”

“认同reading comprehension。”

“我觉得学习该课程还是能获得启发的。”

“课外作业可以增长我们的知识，但有些时候作业内容不完全，涉及所有的知识。Reading Comprehension对于提高我们的水平还是很有帮助的。”

“老师时常联系以往的内容，启发学习新内容，赞一个。”

“启发式教学方面做得很好。”

“老师上课问大家问题模式很不错。”

“对reading comprehension很认同，扩展知识面，并与课堂有很大联系。此课外作业更加贴近实际。”

“非常感谢您（王老师）一个学期以来对我们的悉心授课，遇到您这么认真负责的老师是我的荣幸。”

2.推广性分析

互动式和研讨型教学对教师的教学投入要求比较高，也不适用于人数太多的班级。所幸目前这门课的任课老师在教学方面投入很多，使得这些教改措施能够几年一贯地坚持下来，并取得一定效果。每门课的教学方式一定要因地制宜，根据课程特点展开；因人而异，根据课程的进度、学生的程度以及征求学生的意见来进行。

我们取得的这一系列教改成果多次在全国性的化学教学会议上进行宣介交流，得到了兄弟院校同行的肯定和好评，同时还发表了有关的教改论文，编写出版的教材和课件逐步得到推广应用。

六、课程教材及实验参考书

1.教材

［1］D A Skoog，D M West，F J Holler et al.Fundamentals of Analytical Chemistry（8^thedition）.Thomson/Brooks/cole，2004

［2］武汉大学.分析化学（第五版）（上册）.北京:高等教育出版社，2006

2.主要参考书目

［1］D C Harris.Quantitative Chemical Analysis（8^thedition）.W H Freeman and Company，New York，2010

3.教学网站

［1］http://mypage.zju.edu.cn/weblog/minwang/catalog＿652098.html