王宏 陳浩 陳志飛 吳康兵 聶進(jìn)

(華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院 湖北武漢 430074)

1 問題的提出

化學(xué)是一門理論與實(shí)驗(yàn)并重的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)、訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)技能、開展科學(xué)研究、探索科學(xué)奧秘的重要方式。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，它既可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，又可以鍛煉學(xué)生觀察、分析、判斷問題的能力和精密、細(xì)致進(jìn)行科學(xué)研究的技能。國內(nèi)很多高校在通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容以提高學(xué)生綜合素質(zhì)和實(shí)際工作能力方面進(jìn)行了探索和改革，如增加設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)及強(qiáng)調(diào)三階段教學(xué)模式及三層次教學(xué)模式[1-2]、研究性學(xué)習(xí)[3-4]及雙任務(wù)教學(xué)等[5]。

分析化學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。在實(shí)際分析工作中，定量分析過程通常包括采樣、樣品預(yù)處理、分析測(cè)定和分析結(jié)果處理及評(píng)價(jià)4個(gè)過程。在分析一個(gè)實(shí)際樣品時(shí)，分析測(cè)定過程所用的時(shí)間一般不超過總用時(shí)的20%，而樣品預(yù)處理和數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)卻用了近80%的時(shí)間，表明這兩個(gè)過程在整個(gè)樣品分析中的重要性和復(fù)雜性。隨著儀器分析大量應(yīng)用于實(shí)際樣品的測(cè)定，樣品的預(yù)處理尤顯重要。而目前很多高校分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練重點(diǎn)仍放在分析測(cè)定過程，而較少涉及樣品預(yù)處理的訓(xùn)練。在實(shí)際分析工作中，對(duì)同一個(gè)樣品的分析測(cè)定，可以有多種分析方法供選擇。如何根據(jù)樣品的性質(zhì)和組成選擇合適的分析方法是分析工作者的重要基本功，但在目前的分析實(shí)驗(yàn)中，這方面的訓(xùn)練也有所不足。俞汝勤院士在《漫談分析化學(xué)教學(xué)改革與課程建設(shè)》一文中提到“教授分析化學(xué)應(yīng)該很看重培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力”[6]。并提到國際產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為分析化學(xué)畢業(yè)生特別缺乏解決各種實(shí)際問題的能力，即學(xué)生在學(xué)校接受的訓(xùn)練與產(chǎn)業(yè)界的要求之間有較大差距。為提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中必須加強(qiáng)這兩個(gè)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)界對(duì)分析化學(xué)人才的要求。

基于以上考慮，我們對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了改革，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)與應(yīng)用并重，注重加強(qiáng)基礎(chǔ)即規(guī)范實(shí)驗(yàn)的基本操作，著力加強(qiáng)應(yīng)用能力的訓(xùn)練，將實(shí)際樣品的分析納入分析實(shí)驗(yàn)課程，通過樣品預(yù)處理及分析方法的選擇等方面的訓(xùn)練，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

2 加強(qiáng)基礎(chǔ)

解決實(shí)際問題的能力必須建立在扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)、熟練的基本操作技能基礎(chǔ)之上。因此,在課程設(shè)計(jì)及學(xué)時(shí)分配上，這一類夯實(shí)基本功的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)約占總學(xué)時(shí)的40%，包括分析實(shí)驗(yàn)的基本操作和四大滴定的典型實(shí)驗(yàn),旨在培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的基本技能和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度并樹立“量”的概念。在這一階段，我們嚴(yán)格規(guī)范實(shí)驗(yàn)中所涉及的基本操作，首先要求學(xué)生通過網(wǎng)上預(yù)習(xí)系統(tǒng)及規(guī)范操作的視頻對(duì)基本操作進(jìn)行觀摩，在實(shí)驗(yàn)課中反復(fù)練習(xí)。同時(shí)，結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理和分析及實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫的規(guī)范化等進(jìn)行嚴(yán)格訓(xùn)練，并建立了相應(yīng)的考核標(biāo)準(zhǔn)。通過這一階段6～7個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)格訓(xùn)練，學(xué)生能夠基本掌握定量分析的基本技能和規(guī)范操作，為應(yīng)用能力的提高打下良好的基礎(chǔ)。

3 強(qiáng)化應(yīng)用

在學(xué)生具備了基本實(shí)驗(yàn)技能的基礎(chǔ)上，為提高其解決實(shí)際問題的能力，加強(qiáng)對(duì)樣品預(yù)處理和正確選擇合適分析方法的能力的訓(xùn)練十分重要。這兩方面的訓(xùn)練取決于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)。為此，我們?cè)诜治龌瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中引入食品、藥品、環(huán)境等貼近實(shí)際生活的分析對(duì)象，這類實(shí)驗(yàn)約占總學(xué)時(shí)的60%。如甲醛值法測(cè)定果蔬汁中的氨基態(tài)氮、鐵礦石中鐵含量的測(cè)定、蛋殼中鈣鎂含量的測(cè)定、葡萄糖注射液中葡萄糖含量的測(cè)定、茶葉中微量元素的定性鑒定與定量測(cè)定、鋁箔中鋁含量的測(cè)定及白酒中總?cè)┝康臏y(cè)定等。這些實(shí)際樣品的分析必然涉及樣品預(yù)處理，如低溫灰化、沉淀分離等過程；而且很多實(shí)際樣品中待測(cè)組分的含量未知，學(xué)生往往需先查資料，了解大致含量范圍，然后借助誤差理論，確定分析樣品的取樣量。如甲醛值法測(cè)定果蔬汁中的氨基態(tài)氮含量，該實(shí)驗(yàn)通過酸堿電位滴定的方法評(píng)價(jià)果蔬中氨基酸含量，實(shí)驗(yàn)樣品為常見的蔬菜和水果。學(xué)生通過勻漿等樣品預(yù)處理的訓(xùn)練，可以學(xué)會(huì)如何制備這一類分析樣品；根據(jù)樣品中氨基態(tài)氮含量可以學(xué)會(huì)如何確定樣品的取樣量。在茶葉中微量元素的鑒定和定量測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生首先需要用低溫灰化去除茶葉中的有機(jī)質(zhì)，然后采用沉淀分離對(duì)鈣鎂鐵鋁等離子進(jìn)行分離。通過這些實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，學(xué)生對(duì)分析樣品進(jìn)行預(yù)處理的能力大大提高，為解決實(shí)際問題打下了良好的基礎(chǔ)。

分析方法種類繁多，同一種組分的測(cè)定往往有多種分析方法，如滴定分析法、重量分析法以及分光光度法等；而滴定分析依原理和滴定方式分類也有多種類型，如氧化還原滴定法、酸堿滴定法、絡(luò)合滴定及直接滴定、反滴定、間接滴定等。因此，正確選用分析測(cè)定方法是分析工作者的重要基本功。通常根據(jù)準(zhǔn)確度要求、待測(cè)組分含量范圍、待測(cè)組分的性質(zhì)、共存組分的影響及實(shí)驗(yàn)室條件等來進(jìn)行分析方法的選擇。在教學(xué)實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)中加強(qiáng)對(duì)分析方法選擇的訓(xùn)練，對(duì)學(xué)生解決實(shí)際問題能力的提高頗有益處。因而我們?cè)O(shè)計(jì)了對(duì)同一樣品中某些組分采用多種分析方法進(jìn)行分析的實(shí)驗(yàn)，以培養(yǎng)學(xué)生正確選擇分析方法的能力。如多種方法測(cè)定蛋殼中鈣鎂含量實(shí)驗(yàn)是通過酸堿滴定、絡(luò)合滴定、氧化還原滴定3種方法來測(cè)定蛋殼中鈣鎂含量。酸堿滴定是通過測(cè)定與鈣鎂離子結(jié)合的碳酸根離子的量來確定鈣鎂的含量；絡(luò)合滴定是采用EDTA直接滴定來測(cè)定其鈣鎂含量；而氧化還原滴定是先將鈣離子轉(zhuǎn)化為草酸鈣沉淀，然后采用高錳酸鉀氧化草酸來進(jìn)行測(cè)定。3種方法的原理不同，因而蛋殼樣品的預(yù)處理方法、取樣量、所用的時(shí)間及結(jié)果準(zhǔn)確度和精密度也各異。學(xué)生通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以掌握控制各類測(cè)定方法準(zhǔn)確度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：如酸堿滴定法在保證蛋殼溶解完全的同時(shí)要盡量避免鹽酸的揮發(fā)損失；絡(luò)合滴定要考慮掩蔽鐵鋁等干擾離子；高錳酸鉀間接測(cè)定法要進(jìn)行均勻沉淀及控制高錳酸鉀滴定草酸的酸度、溫度、速度等。通過引導(dǎo)學(xué)生對(duì)不同測(cè)定方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，使他們?cè)趹?yīng)用各類分析方法解決實(shí)際分析問題方面有深刻的認(rèn)識(shí)。在我們所開設(shè)的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，有3種分析樣品涉及鐵含量測(cè)定：鐵礦石,茶葉及鐵、鋁、鈣、鎂混合陽離子溶液。對(duì)于這3種樣品中鐵含量的測(cè)定，很多學(xué)生能通過樣品中鐵含量、干擾的消除等因素選擇合適的分析方法。如鐵礦石中鐵含量測(cè)定采用氧化還原滴定方法；茶葉中鐵含量測(cè)定采用分光光度法；鐵、鋁、鈣、鎂混合陽離子中鐵含量測(cè)定采用絡(luò)合滴定法。在鋁箔中鋁含量的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過查文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)出返滴定法、置換滴定法、沉淀重量法、示差分光光度法等多種實(shí)驗(yàn)方法，并對(duì)各種方法進(jìn)行比較，寫成小論文進(jìn)行交流。通過這些實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，學(xué)生可掌握正確選擇分析方法的原則，對(duì)提高他們解決實(shí)際問題的能力很有幫助。

通過分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改革與實(shí)踐，采用重基礎(chǔ)強(qiáng)應(yīng)用的教學(xué)模式，學(xué)生解決實(shí)際問題的能力得以加強(qiáng)。問卷調(diào)查結(jié)果表明學(xué)生對(duì)這種教學(xué)模式非?？隙?，并對(duì)那些與實(shí)際生活聯(lián)系緊密的分析實(shí)驗(yàn)興趣濃厚。在華中科技大學(xué)暑期社會(huì)實(shí)踐項(xiàng)目“東湖水水質(zhì)調(diào)查”中，項(xiàng)目組成員(均為化學(xué)化工學(xué)院大二學(xué)生)進(jìn)行了東湖水質(zhì)的分析和評(píng)價(jià)，取得了有意義的結(jié)果，項(xiàng)目順利完成并獲好評(píng)。

[1] 門瑞芝,張寒琦.高教研究與實(shí)踐,2001(4):34

[2] 康學(xué)軍,張建新,許茜,等.大學(xué)化學(xué),2005,20(4):20

[3] 王琪，周全法，黃紅纓.江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2001,12(4):88

[4] 崔鳳靈，靳建華.大學(xué)化學(xué),2008,23(1)：25

[5] 申湘忠.大學(xué)化學(xué),2008,22(3):22

[6] 俞汝勤.大學(xué)化學(xué),2008,23(5):1