顧雪凡 鄭莉 張群正 鄭行望

(1 西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 陜西西安 710065;2 陜西師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 陜西西安 710062)

大學(xué)中有許多專業(yè),每一專業(yè)都有自己的一套教學(xué)計劃,這就是通常意義的專業(yè)教育。在專業(yè)知識構(gòu)建的過程中,最基本的單元往往是某個概念的建立。對習(xí)慣于“灌輸知識”為主的中學(xué)教育的大一新生而言,短時間接受大量的陌生專業(yè)知識,實現(xiàn)自主構(gòu)建專業(yè)知識顯得有些困難。

筆者認為,在分析化學(xué)教學(xué)中,使抽象概念形象化不僅有助于學(xué)生接受知識、縱深知識、交叉知識、界定知識,而且能幫助學(xué)生了解自己,以便更好地學(xué)習(xí)和思考,實現(xiàn)持續(xù)化的終生教育。

1 快速接受新知識

傳統(tǒng)教學(xué)方法往往是以學(xué)科為中心或者以教師為中心,由教師用自己的理解方式將某個陌生領(lǐng)域的概念介紹給學(xué)生。筆者認為學(xué)生如此獲取“正確”理解概念的能力不能夠反映其對所學(xué)知識的實際理解,這種能力意義不大。筆者認為應(yīng)以學(xué)生為中心,使陌生知識熟悉化。講課應(yīng)從學(xué)生已理解的概念開始,然后讓學(xué)生自己比較、思考,建立學(xué)生自主學(xué)習(xí)陌生概念的信心,在此基礎(chǔ)上再向高深復(fù)雜的專業(yè)領(lǐng)域?qū)用嬲归_。在講授新知識的過程中,讓學(xué)生感受到不僅已學(xué)過的知識是自己的,陌生知識其實也是自己的,而非旁人強加,從而實現(xiàn)心靈上的歸屬感。同時,成就感亦會伴隨歸屬感而生。這樣容易使學(xué)生產(chǎn)生繼續(xù)深入、全面了解新知識的愿望。下面以分析化學(xué)教學(xué)中滴定度與分布分數(shù)概念的教學(xué)為例。

1.1 滴定度(T)

滴定度指每毫升滴定劑溶液相當于被測量物質(zhì)的質(zhì)量或質(zhì)量分數(shù)[1]。例如,若每毫升K2Cr2O7溶液恰好能與0.005000g Fe2+反應(yīng),則可表示為T(Fe/K2Cr2O7)=0.005000g·mL-1。如果在滴定中消耗該K2Cr2O7標準溶液21.50mL,則被滴定溶液中鐵的質(zhì)量為m(Fe)=0.00500g·mL-1×21.50mL=0.1075g。

應(yīng)該說,書上關(guān)于滴定度的概念已經(jīng)很明確了,但在實際教學(xué)中卻發(fā)現(xiàn),很多學(xué)生對于滴定度這一概念心存恐懼感,在做習(xí)題時一籌莫展。通過與學(xué)生交流得知,他們覺得這一概念很突然,好似別人強加,需要時間消化。

于是筆者嘗試打消學(xué)生的抵觸情緒,引導(dǎo)他們回憶小學(xué)數(shù)學(xué)中有關(guān)“每份數(shù)”(例如：單位時間內(nèi)的完成量)的概念,這樣就使學(xué)生發(fā)現(xiàn)原來此處的滴定度與每份數(shù)很相似,陌生感頓時全無,在習(xí)題中甚至渴望以“滴定度”的形式給出已知量。

1.2 分布分數(shù)(δ)

溶液中某酸堿組分的平衡濃度占其總濃度的分數(shù),稱為分布分數(shù),以δ表示[1]。知道了分布分數(shù),便可求得溶液中酸堿組分的平衡濃度,這在分析化學(xué)中是十分重要的。

與滴定度概念的接受過程相似,在筆者引導(dǎo)學(xué)生回憶小學(xué)數(shù)學(xué)中有關(guān)百分數(shù)的概念后,原本令不少學(xué)生感到陌生的分布分數(shù)就變得易于接受了。

2 逐步縱深知識

從某種意義上說,分析化學(xué)是研究分析方法的科學(xué)。各種分析方法的建立無不體現(xiàn)出分析化學(xué)家的睿智。譬如,標準曲線法[2]為常用的定量分析方法,適用于共存組分互不干擾的試樣。以分光光度法為例,先配制一組濃度合適的標準溶液,分別測定吸光度；以濃度c為橫坐標,吸光度A為縱坐標,繪制A-c標準曲線。然后在相同條件下,測定試樣溶液吸光度,由A-c標準曲線求得試樣溶液中待測組分濃度。

標準曲線法的重要性不言而喻,然而在實際教學(xué)中發(fā)現(xiàn),學(xué)生對此概念的理解往往停留在表層,而在實際應(yīng)用過程中,在遇到待解決問題時卻不善于使用標準曲線法。

在學(xué)生初次見到此概念時,筆者沒有對此概念進行百科全書式的覆蓋,只是向?qū)W生強調(diào)3點：① 將標準曲線法視為中學(xué)數(shù)學(xué)中的五點法求解函數(shù)式(解析式)(此處曲線線性化為一次函數(shù),求解過程類似二次函數(shù)求解,對學(xué)有余力的學(xué)生亦可引入“化曲為直”概念),實現(xiàn)陌生概念熟悉化；② 結(jié)合誤差概念和實際分析方法的特點,啟發(fā)學(xué)生自己列出標準曲線法使用過程中的注意事項,達到熟悉概念深度化；③ 要求學(xué)生運用中學(xué)時求解二次函數(shù)相關(guān)應(yīng)用題的經(jīng)驗,找尋可以運用標準曲線法解決的問題,以使理論概念實用化。

在表層知識深入化的過程中,向?qū)W生強調(diào)要學(xué)會掌握重要概念和思想,結(jié)合已有知識和經(jīng)驗看待這些概念和思想,進而建立連貫的概念框架,達到陌生概念熟悉化,熟悉概念深度化,理論概念實用化,以使所學(xué)知識能夠解決實際問題。

3 滲透交叉知識

電動勢(E)是電化學(xué)的一個重要概念,在無機化學(xué)、分析化學(xué)及其實驗中均會用到。在電化學(xué)中,陰極發(fā)生還原反應(yīng),得到電子；陽極發(fā)生氧化反應(yīng),失去電子,通過釋放/吸收電子在整個電路中形成電子的定向流動。這就決定了在原電池中,陰極電極電勢(φ陰)大于陽極電極電勢(φ陽),則有陰極作正極,陽極作負極。因此,原電池電動勢E=φ陰-φ陽,即E=φ(+)-φ(-)[3]。

一般來說,學(xué)生大多能套用公式完成相關(guān)的習(xí)題。然而有不少學(xué)生雖已修完無機化學(xué)及其實驗,卻在學(xué)習(xí)分析化學(xué)課程及進行實驗時,不善于應(yīng)用此概念。例如：在無機化學(xué)實驗“氧化還原與電化學(xué)”部分,學(xué)生已經(jīng)做過離子活度對Cu-Zn 原電池電動勢影響的實驗；然而,在進行分析化學(xué)實驗“電分析化學(xué)”時,學(xué)生對于兩電極體系的電池電動勢測定仍然感到茫然。這在一定程度上說明學(xué)生的大化學(xué)思維尚未形成。其實無論在無機化學(xué)還是分析化學(xué)中,均可將“E=φ(+)-φ(-)”視為“差=被減數(shù)-減數(shù)”,只是在Cu-Zn原電池電動勢測定中,φ(Cu)為φ(+),φ(Zn)為φ(-)；而在兩電極體系的電池電動勢測定中,φ(+)與φ(-)被φ(指示)或φ(參比)取代而已。

由此可見,出現(xiàn)于不同學(xué)科的相同概念,一般必有其密切聯(lián)系之處。學(xué)生應(yīng)學(xué)會合乎邏輯地使用已有信息、觀點以及概念,在新的領(lǐng)域?qū)ο嗤拍钯x予新的有意義的內(nèi)涵。抽象概念形象化的過程有助于學(xué)生運用已學(xué)學(xué)科所賦予的思考方式理解其他學(xué)科所涉及的同一概念。

4 重新界定知識

從本質(zhì)上講,分析化學(xué)研究的特殊矛盾就是對象與方法的矛盾。生產(chǎn)實踐與科學(xué)實驗的發(fā)展不斷向分析化學(xué)提出新的課題,分析化學(xué)吸取當代科學(xué)技術(shù)最新成就,促進其不斷發(fā)展[4]。從這個意義上說,某個時期分析化學(xué)研究內(nèi)容與手段的發(fā)展水平都有其鮮明的時代烙印?！?0世紀50年代儀器化、60年代電子化、70年代計算機化、80年代智能化、90年代信息化、21世紀將是仿生化和進一步信息智能化”是20世紀中葉以來各時期分析儀器的鮮明特征。

例如：熒光分析方法的發(fā)展與儀器應(yīng)用的發(fā)展是分不開的[5]。20世紀以前,熒光的觀察主要是靠肉眼進行的,直到1952年才出現(xiàn)商品化的校正光譜儀器。其中1939年光電倍增管的發(fā)明對于增加靈敏度和容許使用分辨率更高的單色器等方面極為重要。近20年來,在其他學(xué)科迅速發(fā)展的影響下,激光、微處理機、電子學(xué)、光導(dǎo)纖維以及納米材料等方面新技術(shù)的引入,大大推動了熒光分析法在理論和應(yīng)用方面的進展：使熒光分析法不斷朝著高效、痕量、微觀、實時、原位以及自動化的方向發(fā)展；同時,應(yīng)用范圍亦大大擴展,遍及能源、生命、環(huán)境、健康、材料、公共安全等諸多領(lǐng)域。

由此看出,傳統(tǒng)意義上作為化學(xué)二級學(xué)科的分析化學(xué)正吸收大量物理學(xué)、生物學(xué)、電子學(xué)和信息科學(xué)的方法,發(fā)展到分析科學(xué)階段,應(yīng)用范圍也大大拓寬了[6]。

多年的分析化學(xué)教學(xué)實踐使我們感到分析化學(xué)這門課程與時代發(fā)展是同步的,必須不斷優(yōu)化課程內(nèi)容,優(yōu)化育人方法,培養(yǎng)有創(chuàng)造性的人才,讓學(xué)生不拘泥于某個理想的模型,充滿自信地自主學(xué)習(xí)知識,構(gòu)建專業(yè)知識體系,逐漸成長為符合時代要求的專門人才。

參 考 文 獻

[1] 武漢大學(xué).分析化學(xué).第4版.北京:高等教育出版社,2000

[2] 華東理工大學(xué),四川大學(xué)化工學(xué)院.分析化學(xué).第5版.北京:高等教育出版社,2003

[3] 天津大學(xué)無機化學(xué)教研室.無機化學(xué).第3版.北京:高等教育出版社,2002

[4] 高鴻.大學(xué)化學(xué),1999,14(4):4

[5] 許金鉤,王尊本.熒光分析法.第3版.北京:科學(xué)出版社,2006

[6] 徐光憲.科學(xué)通報,2001,46(24):2086