王園朝

(杭州師范大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院 浙江杭州310036)

分析化學(xué)教學(xué)中知識(shí)點(diǎn)的樹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王園朝

(杭州師范大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院 浙江杭州310036)

依據(jù)中心教學(xué)法，通過對(duì)教材的深入分析和知識(shí)重組，設(shè)計(jì)和建立了分析化學(xué)中化學(xué)分析理論教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)樹結(jié)構(gòu)圖，該結(jié)構(gòu)圖以誤差為主線，貫穿了教材整個(gè)內(nèi)容的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)。教學(xué)中著重于各知識(shí)點(diǎn)及其相互聯(lián)系和思維方式的介紹，課后輔助各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)歸納，以便于學(xué)生對(duì)整體知識(shí)的理解、自我建構(gòu)和學(xué)習(xí)方法的掌握。

隨著高校分析化學(xué)課程教學(xué)改革的不斷深入，經(jīng)典化學(xué)分析課堂教學(xué)中知識(shí)的傳授、學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)和教學(xué)時(shí)數(shù)之間的矛盾日益明顯。一方面化學(xué)分析課時(shí)不斷縮減，教師課堂講授的時(shí)間極為有限;另一方面由于建立在四大平衡理論之上的化學(xué)分析原理及技術(shù)又是其他分析技術(shù)的基礎(chǔ)，教師要將最基本的原理和知識(shí)傳授給學(xué)生，同時(shí)還需注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和靈活應(yīng)用知識(shí)的能力。正如姚天揚(yáng)［1］所指出的“本科教學(xué)不只是傳授基礎(chǔ)的和前沿的知識(shí)，更要傳授獲取知識(shí)的思想和方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)品質(zhì)?！睘榻鉀Q這一矛盾，就必須在講授內(nèi)容的選擇和教學(xué)方法、教學(xué)手段的運(yùn)用上進(jìn)行考慮。為此我們?cè)诮虒W(xué)方法上運(yùn)用了中心教學(xué)法的原理。中心教學(xué)法的雛形產(chǎn)生于20世紀(jì)90年代初，強(qiáng)調(diào)著重抓主要矛盾(即“中心”)，以“中心”帶動(dòng)“非中心”。首先確定教學(xué)內(nèi)容中最重要、最關(guān)鍵并最能帶動(dòng)整體的知識(shí)點(diǎn)為總中心，然后再確立圍繞總中心而展開的獨(dú)立的一級(jí)知識(shí)點(diǎn)即一級(jí)子中心，各一級(jí)子中心又可分解為若干二級(jí)子中心、三級(jí)子中心等，直至教材內(nèi)容中的每個(gè)知識(shí)點(diǎn)，這樣就在各中心之間構(gòu)成一種層次分明、緊密聯(lián)系的類似于樹干、樹枝及樹葉的樹結(jié)構(gòu)。從理論上講，在教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生等條件一定時(shí)，只要中心選擇恰當(dāng)，所有教學(xué)行為將可能成為“最佳”，教學(xué)效率也會(huì)大幅度提高。龍文清［2］曾報(bào)道將中心教學(xué)法應(yīng)用于滴定分析和重量分析教學(xué)，收到較好的效果。

按照該原理，筆者認(rèn)為“誤差”是貫穿化學(xué)分析整本教材始終的核心內(nèi)容(即總中心)，也稱樹的主干;圍繞誤差這個(gè)總中心，各章節(jié)中相關(guān)誤差概念、理論和公式為二級(jí)子中心，即樹的分枝;以組成誤差理論或公式的要素或知識(shí)點(diǎn)構(gòu)建樹的枝葉，形成一個(gè)知識(shí)點(diǎn)樹結(jié)構(gòu)圖教學(xué)思路。實(shí)踐證明這種教學(xué)思路的設(shè)計(jì)不僅抓住了問題的主要矛盾，節(jié)省了大量的教學(xué)時(shí)間，而且便于學(xué)生理清知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)系和建構(gòu)知識(shí)的框架，還利于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)舉一反三，觸類旁通，以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

1 化學(xué)分析教學(xué)中知識(shí)點(diǎn)樹結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)

1.1 化學(xué)分析部分總體知識(shí)點(diǎn)樹結(jié)構(gòu)圖

分析化學(xué)教材中經(jīng)典化學(xué)分析法主體內(nèi)容包括試樣的采集與制備、誤差和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理、滴定分析法和重量法4部分。這4部分內(nèi)容都是圍繞誤差這個(gè)中心而編寫的?！霸嚇拥牟杉c制備”一章中試樣的采集理論和采樣誤差直接與誤差有關(guān)?！罢`差和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理”章節(jié)主要從理論上介紹誤差概念、特點(diǎn)和計(jì)算。滴定分析部分包括四大平衡原理和滴定分析技術(shù)，教材處理上也是以誤差為主線，先介紹平衡常數(shù)，它是反映滴定反應(yīng)是否完全，是否會(huì)產(chǎn)生方法誤差的重要參數(shù)，然后圍繞滴定終點(diǎn)確定和影響終點(diǎn)誤差因素展開討論，最后推出滴定誤差公式。教材中的重量法部分主要介紹沉淀法，沉淀法中兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)定量分離和準(zhǔn)確稱量都是以避免和減小誤差為目的，內(nèi)容包括沉淀形成過程、沉淀的玷污和沉淀?xiàng)l件的選擇。我們以武漢大學(xué)［3］和4所師范大學(xué)主編［4］的《分析化學(xué)》(化學(xué)分析部分)為藍(lán)本，設(shè)計(jì)了總體知識(shí)點(diǎn)樹結(jié)構(gòu)圖(圖1)。

圖1 化學(xué)分析總體知識(shí)點(diǎn)的樹結(jié)構(gòu)圖

1.2 各章節(jié)部分知識(shí)點(diǎn)樹結(jié)構(gòu)圖

各章節(jié)也可按二級(jí)子中心設(shè)計(jì)各自的知識(shí)點(diǎn)樹結(jié)構(gòu)圖。

“誤差和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理”一章內(nèi)容主要介紹誤差的有關(guān)概念、來源、規(guī)律和特點(diǎn)、計(jì)算公式、分析數(shù)據(jù)的記錄和統(tǒng)計(jì)處理方法。按其知識(shí)點(diǎn)分布可設(shè)計(jì)如圖2的知識(shí)點(diǎn)樹結(jié)構(gòu)圖。

圖2 誤差和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的樹結(jié)構(gòu)圖

滴定法中四大滴定都可圍繞滴定誤差公式來設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)樹結(jié)構(gòu)圖。知識(shí)點(diǎn)中的各內(nèi)容都是誤差公式中相關(guān)參數(shù)的反映。如絡(luò)合滴定法部分知識(shí)點(diǎn)分布可設(shè)計(jì)如圖3的知識(shí)點(diǎn)樹結(jié)構(gòu)圖。其他三大滴定法可依照?qǐng)D3進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖3 絡(luò)合滴定法章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的樹結(jié)構(gòu)圖

1.3 沉淀重量法部分知識(shí)點(diǎn)樹結(jié)構(gòu)圖

教材中的重量分析法主要是介紹沉淀重量分析法，其教學(xué)內(nèi)容的總中心仍是圍繞誤差展開的。沉淀重量法減小誤差、提高準(zhǔn)確度的關(guān)鍵(即一級(jí)子中心)是定量分離和準(zhǔn)確稱量。準(zhǔn)確稱量主要與稱量工具和操作有關(guān)，不涉及沉淀具體內(nèi)容。定量分離則與沉淀的形成、沉淀的污染、沉淀的溶解度和沉淀?xiàng)l件等相關(guān)，這些因素組成了該章的二級(jí)子中心(圖4)。

圖4 沉淀重量法分析部分知識(shí)點(diǎn)樹結(jié)構(gòu)圖

2 教學(xué)實(shí)踐

2.1 數(shù)據(jù)處理部分教學(xué)

樣品分析的最終結(jié)果是以數(shù)據(jù)的形式表示出來的，數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)處理方法是否正確將直接影響分析結(jié)果誤差的大小。“誤差和分析數(shù)據(jù)的處理”一章主要是通過了解誤差和正確地估算誤差以求盡量減小誤差。涉及到的知識(shí)點(diǎn)有誤差、偏差、置信度與置信區(qū)間、數(shù)據(jù)取舍和有效數(shù)字及其相關(guān)計(jì)算公式等。為加強(qiáng)學(xué)生對(duì)有關(guān)誤差概念、計(jì)算公式的理解和掌握，完成講授后要求學(xué)生對(duì)系統(tǒng)誤差、偶然誤差的來源、規(guī)律特點(diǎn)和減免方法以及相關(guān)計(jì)算公式等知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行比較和歸納。

2.2 滴定分析部分教學(xué)

滴定分析部分包括四大平衡理論和四大滴定方法，這部分的每一章節(jié)都是圍繞滴定誤差公式展開的，在教材的處理上有較大的共性。講授時(shí)可詳細(xì)地講解某一滴定的原理和方法，而對(duì)其他三大滴定法可粗講或讓學(xué)生自學(xué)。在講授某一章節(jié)時(shí)可先展示該章的知識(shí)點(diǎn)樹結(jié)構(gòu)圖，以便讓學(xué)生有一個(gè)大的知識(shí)框架，建立和理解各知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)系，形成學(xué)習(xí)思路。如在講授絡(luò)合滴定法時(shí)，先給出誤差公式，介紹影響誤差大小的參數(shù)和ΔpM等，通過可引出平衡常數(shù)、副反應(yīng)系數(shù)的概念和公式，通過ΔpM可引出滴定曲線、突躍范圍、指示劑、化學(xué)計(jì)量點(diǎn)和滴定終點(diǎn)等相關(guān)概念和公式，最后可推導(dǎo)出林邦誤差公式。在講授沉淀滴定法時(shí)，為保證知識(shí)的完整性，可將教材中重量法的溶解度計(jì)算內(nèi)容提前到該章講授，并補(bǔ)充沉淀滴定誤差公式。這種教學(xué)方法便于學(xué)生在建構(gòu)知識(shí)體系時(shí)，有一個(gè)明晰的思路和線索，也便于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，同時(shí)還可起到舉一反三的作用。教師在教學(xué)中應(yīng)特別注重各知識(shí)點(diǎn)共性和個(gè)性的討論及整體內(nèi)容的融會(huì)貫通，中心教學(xué)法在這方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。在完成絡(luò)合滴定法講授后，為鞏固學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握，可設(shè)計(jì)類似表1的表格，讓學(xué)生課后進(jìn)行歸納總結(jié)。

表1 絡(luò)合滴定中有關(guān)概念和公式

總之，中心教學(xué)法同其他教學(xué)方法一樣，僅有一個(gè)好的教學(xué)思路是不夠的。教學(xué)過程應(yīng)該是教與學(xué)的有機(jī)結(jié)合，形成互動(dòng)，才能達(dá)到最佳教學(xué)效果。如在滴定法教學(xué)中，教師可根據(jù)實(shí)際情況，在著重講授某一兩種滴定分析法后，讓學(xué)生依據(jù)同樣的思路自己設(shè)計(jì)其他滴定方法的知識(shí)點(diǎn)樹結(jié)構(gòu)圖，學(xué)生通過設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖可達(dá)到理解知識(shí)點(diǎn)和建構(gòu)知識(shí)體系的目的。

知識(shí)點(diǎn)樹結(jié)構(gòu)中心教學(xué)法的目的是通過引導(dǎo)學(xué)生分析教材，抓住主要矛盾即主中心，建立主中心與各子中心(知識(shí)點(diǎn))間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)知識(shí)體系的自我構(gòu)建。中心教學(xué)法還可與其他教學(xué)法，如討論式教學(xué)法、案例式教學(xué)法等結(jié)合起來，以獲得更好的教學(xué)效果。

［1］ 姚天揚(yáng).大學(xué)化學(xué)，2005，20(6):11

［2］ 龍文清.大學(xué)化學(xué)，2003，18(3):31

［3］ 武漢大學(xué).分析化學(xué).第4版.北京:高等教育出版社，2002

［4］ 華中師范大學(xué)，東北師范大學(xué)，陜西師范大學(xué)，等.分析化學(xué).第3版.北京:高等教育出版社，2002