林 洪

(玉溪師范學(xué)院 資源環(huán)境學(xué)院化學(xué)系,云南 玉溪 653100)

LIN Hong

(Department of Chemistry,Resources and Environmental College,Yuxi Normal University,Yuxi Yunnan 653100,China)

·教育教學(xué)·

對立體關(guān)聯(lián)性的分析化學(xué)導(dǎo)學(xué)方法

林 洪

(玉溪師范學(xué)院 資源環(huán)境學(xué)院化學(xué)系,云南 玉溪 653100)

對立體;關(guān)聯(lián)性;分析化學(xué);導(dǎo)學(xué)方法

運(yùn)用對立統(tǒng)一的辯證規(guī)律,闡釋分析化學(xué)各知識點(diǎn)的相互關(guān)聯(lián)性,為學(xué)生指明相關(guān)知識遷移與衍生的途徑和方法,有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力與學(xué)習(xí)能力,對其學(xué)好分析化學(xué)知識有良好的促進(jìn)作用.

在分析化學(xué)課程中,有許多重要的基本概念和原理之間具有較強(qiáng)的邏輯關(guān)聯(lián)性,如縱向的推導(dǎo)衍變關(guān)系,橫向的對比印證關(guān)系,尤其是課程體系中的對立統(tǒng)一關(guān)系,如理論與實(shí)踐、基礎(chǔ)與前沿、現(xiàn)象與本質(zhì)、整體與部分,以及共性與個(gè)性等關(guān)系體現(xiàn)得尤為突出[1].基于上述矛盾關(guān)系,本文以唯物辯證的方法論為指導(dǎo),從六個(gè)方面來分析對立體諸要素及其相互作用,在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生將對立體的關(guān)聯(lián)性滲透到去粗取精,由此及彼,由表及里的思維活動中,把學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橥评砗团袛嗟姆绞?旨在為學(xué)生指明知識遷移與衍生的途徑和方法[2],并厘清課程知識之間的邏輯關(guān)聯(lián)性,達(dá)到“為思維而教”的目的[3].

對立與統(tǒng)一對立統(tǒng)一規(guī)律是唯物辯證法的核心,在事物的發(fā)展過程中,矛盾的雙方既對立又統(tǒng)一.雙方互為存在的前提,共處于一個(gè)統(tǒng)一體中,并依據(jù)一定的條件向著對立面轉(zhuǎn)化,它提供了科學(xué)世界觀和一般方法論的指導(dǎo).分析化學(xué)教學(xué)內(nèi)容中也不例外地蘊(yùn)含大量的對立統(tǒng)一體.譬如,酸與堿、氧化劑與還原劑、絡(luò)合物的中心離子與配體,形成沉淀的陽離子和陰離子均為對立物,它們均統(tǒng)一于相應(yīng)的溶液平衡中,這四對對立物之間的反應(yīng)是建立滴定分析法的基礎(chǔ).

在光學(xué)分析法中,涉及到的電磁輻射的性質(zhì)具有波動性和粒子性,其二者是對立體,但又統(tǒng)一于Plank方程式:E=hc/λ.教學(xué)中巧妙地利用對立體的屬性及其關(guān)聯(lián)性,引導(dǎo)學(xué)生從一面可衍生出與之對應(yīng)的另一面.例如,由[H+]離子濃度計(jì)算公式,將Kb換成Ka即可知[OH-]計(jì)算公式;知道系統(tǒng)誤差具有“重現(xiàn)性,單向性和可測性”特點(diǎn),即可知其對立體隨機(jī)誤差的特點(diǎn)“大小不定,時(shí)正時(shí)負(fù),不可測性”.需要注意的是對立體雙方在一定的條件會向著對立面轉(zhuǎn)化,如同樣的HPO2-4,在HPO2-4-H2PO-4共扼酸堿對體系中為堿,而在HPO2-4-HPO3-4體系中則為酸.因此條件的選擇會影響對立體雙方的存在狀態(tài),是影響分析結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵,如原子發(fā)射光譜分析中,當(dāng)被測元素含量高時(shí),會出現(xiàn)自吸現(xiàn)象,影響譜線的強(qiáng)度和形狀,所以應(yīng)該控制被測元素的含量范圍,避免選擇自吸線為分析線.可見,將對立統(tǒng)一規(guī)律滲透到指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的教學(xué)過程中,有利于學(xué)生方法論和遷移性思維的培養(yǎng),達(dá)到舉一反三,觸類旁通的目的.

理論與實(shí)踐分析化學(xué)是從實(shí)踐中產(chǎn)生的,又反過來為實(shí)踐服務(wù),并在實(shí)踐中得到檢驗(yàn)、證明和發(fā)展,是理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的學(xué)科.顯然,學(xué)生動手實(shí)驗(yàn)是該對立體統(tǒng)一關(guān)聯(lián)的最直接的方式.在理論課教學(xué)中同樣可創(chuàng)設(shè)展示與主題相關(guān)的一個(gè)真實(shí)分析情景,構(gòu)建理論與實(shí)踐聯(lián)通的橋梁,將枯燥的理論滲透到實(shí)際的分析情景中理解,以解決實(shí)際分析問題的應(yīng)用性視角來引導(dǎo)理論學(xué)習(xí)[4].例如在重量分析法教學(xué)中可先展示經(jīng)典的鋇含量測定工作流程:試樣稱重→溶解→沉淀(熱稀H2SO4)→BaSO4沉淀(沉淀形式)→陳化、過濾、洗滌→轉(zhuǎn)移到恒重的坩堝→碳化、灰化、灼燒、洗滌→稱重BaSO4(稱量形式).以提高準(zhǔn)確度為目的,學(xué)生自然知道沉淀要盡可能完全、純凈、易于過濾和洗滌等要求.從而導(dǎo)出溶解度及其影響因素、沉淀的形成及類型、沉淀純度,沉淀?xiàng)l件、換算因子等理論問題.形成假設(shè)實(shí)踐情景→理論指導(dǎo)→動手實(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)思路.用理論解釋實(shí)驗(yàn)各環(huán)節(jié)應(yīng)注意的細(xì)節(jié),學(xué)生就能輕松應(yīng)對實(shí)驗(yàn)中遇到的各種問題.因此,以直觀的實(shí)踐問題滲透到理論學(xué)習(xí),可將枯燥的理論問題激活,培養(yǎng)學(xué)生推理、判斷及應(yīng)用思維能力.

基礎(chǔ)與前沿前沿和基礎(chǔ)知識有著密切的聯(lián)系,通過兩種方式滲透其關(guān)聯(lián)性.一種方式是教師闡釋前沿是在什么樣的驅(qū)動力下從基礎(chǔ)原理發(fā)展而來.例如,現(xiàn)代伏安(極譜)方法如單掃描、交流、方波、脈沖極譜法是在克服經(jīng)典極譜法固有的靈敏度低和受前放電物質(zhì)干擾大的不足,從改變施加電壓方式和掃描速率等儀器方面的角度來達(dá)到減少充電電流、增大電解電流提高信噪比的.催化極譜法、配合物吸附波法和溶出伏安法是從提高溶液的有效利用率角度來提高靈敏度的.這樣的方式可使學(xué)生明晰分析方法的發(fā)展動因,喚醒其求知欲.另一種方式把相關(guān)基礎(chǔ)知識點(diǎn)融入到教師的科研成果中,借助前沿促進(jìn)學(xué)生理解基礎(chǔ)知識.循環(huán)伏安法是基本的一種電化學(xué)研究方法,將該知識點(diǎn)融入到本人的研究成果“硫瑾結(jié)合MoSI納米線自組裝修飾金電極對DNA的電化學(xué)放大檢測”中來理解其應(yīng)用,學(xué)生很容易理解該方法不僅可以用來判斷電極反應(yīng)的可逆性,定量測量電子轉(zhuǎn)移數(shù)和擴(kuò)散系數(shù),也是納米修飾電極的表征與電荷傳輸過程研究的必不可少的重要手段.不僅鞏固基本方法的應(yīng)用,而且讓學(xué)生了解了納米尺度上的生物電分析是當(dāng)今電分析科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn).基礎(chǔ)與前沿的融和突出了基礎(chǔ)的重要性及在科研中的應(yīng)用,使學(xué)生了解課程基本原理與學(xué)科最新發(fā)展的聯(lián)系,感覺前沿、熱點(diǎn)并不是觸不可及,從而增強(qiáng)其專業(yè)自信.

現(xiàn)象與本質(zhì)本質(zhì)和現(xiàn)象互為事物的里表,本質(zhì)決定現(xiàn)象,現(xiàn)象體現(xiàn)本質(zhì),二者的互相依存和統(tǒng)一性,決定了科學(xué)研究的可能性.二者作為思維形式,具有重要的方法論意義.教學(xué)中可采用兩種方式滲透,一是透過現(xiàn)象把握其本質(zhì),通過溶液顏色的改變、沉淀的生成與溶解等外部特征可以定性鑒定試樣中是否含有某些離子.從色譜流出曲線這一現(xiàn)象可判斷試樣中所含組分的最少個(gè)數(shù),從色譜峰間距和峰寬現(xiàn)象,可對色譜柱的分離效能進(jìn)行評價(jià).當(dāng)然,有時(shí)現(xiàn)象也會歪曲地反映客觀本質(zhì),這就需要控制實(shí)驗(yàn)條件,排除假象干擾,如在光度分析中,如果標(biāo)準(zhǔn)曲線出現(xiàn)了對比爾定律的偏離,就要逐一解決溶液、單色光等問題;原子光譜法中要進(jìn)行背景校正、空白實(shí)驗(yàn)等均是為了使得符合本質(zhì)的真相出現(xiàn).第二種方法是通過本質(zhì)預(yù)測現(xiàn)象.如為了使滴定分析所消耗的標(biāo)準(zhǔn)溶液體積在一個(gè)符合準(zhǔn)確度的預(yù)估計(jì)范圍,需要依據(jù)化學(xué)反應(yīng)及其計(jì)量關(guān)系,求出配制標(biāo)準(zhǔn)溶液所需大致用量;在±0.1%誤差范圍內(nèi),從可行性判據(jù)csp Ka≥10-8可預(yù)測某一弱酸能否被準(zhǔn)確滴定;O2、N2、Cl2等這樣同核分子,可預(yù)知振動時(shí)其沒有偶極距的變化,無紅外吸收.同理,有時(shí)從本質(zhì)也會作出預(yù)測的偏差,教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生查明原因.如CO2振動自由度為4,在紅外譜圖上可能會出現(xiàn)4個(gè)吸收峰,但實(shí)際上只出現(xiàn)667 cm-1和2 349 cm-1兩個(gè)吸收峰.從紅外吸收產(chǎn)生的條件啟發(fā)學(xué)生分析原因,就能輕松理解CO2對稱伸縮振動偶極距變化為零,不產(chǎn)生吸收,面內(nèi)變性和面外變形振動的吸收頻率一致發(fā)生兼并,圖譜上只出現(xiàn)兩個(gè)基頻吸收峰.可見,現(xiàn)象與本質(zhì)相互滲透的思維方式,有利于對原理的透徹理解,為發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題提供有效的思維方法.

整體與部分 一切事物都是由各個(gè)部分構(gòu)成的有機(jī)聯(lián)系整體,整體與部分相互影響,局部離不開整體,整體高于局部,發(fā)揮著主導(dǎo)作用.教學(xué)中可采用兩種方式滲透該對立面,一是應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從整體上把握問題,研究部分及其之間的關(guān)系,然后綜合為整體以解決分析問題.例如,無機(jī)離子的系統(tǒng)定性分析可看作整體,試樣外表觀察和準(zhǔn)備,初步試驗(yàn),陽離子分析和陰離子分析,分析結(jié)果判斷等步驟可看作是組成整體的部分.只有每一步驟的試驗(yàn)與判斷準(zhǔn)確,才可能得到對整體分析的正確結(jié)論,即部分決定整體.當(dāng)對結(jié)果做出結(jié)論時(shí),就要把觀察,試驗(yàn),分析得來的信息綜合考慮,信息之間不允許存在矛盾的情況,這又體現(xiàn)了整體的主導(dǎo)地位.二是引導(dǎo)學(xué)生找準(zhǔn)最能帶動和影響整體的核心部分,如溶液平衡中各類Ka、KMY等平衡常數(shù)是滴定原理核心點(diǎn),可與滴定突躍、滴定誤差、指示劑的選擇、準(zhǔn)確滴定條件等重要的滴定理論問題密切關(guān)聯(lián)起來.可見,整體與部分間的關(guān)聯(lián)性導(dǎo)學(xué)能夠形成一種通過分解、解剖的途徑來理解課程內(nèi)容體系,樹立全局觀念,避免靜止、孤立地看問題,有助于綜合與演繹思維能力的培養(yǎng)[5].

共性與個(gè)性 對各種分析方法加于整理,歸類,注重方法之間的聯(lián)系與差異,厘清其共性和個(gè)性,使之融會貫通.可使看起來雜而多的內(nèi)容系統(tǒng)化,條理化,還可以消除知識的混淆和斷層現(xiàn)象.例如,原子吸收光譜法與紫外-可見吸收光譜法的共性是定量基礎(chǔ)均為比爾定律,但在應(yīng)用該定律時(shí)又有區(qū)別,原子吸收法只有采用銳線光源作為激發(fā)光源,以峰值吸收測量代替積分吸收測量,才能使用比爾定律;紫外-可見光譜法是以連續(xù)光源發(fā)出經(jīng)單色器獲得的單色光為激發(fā)光源.通過對共性與個(gè)性的分析,幫助學(xué)生掌握方法之間的聯(lián)系與差異,有利于學(xué)生比較思維習(xí)慣的養(yǎng)成.

總之,利用立體關(guān)聯(lián)性對分析化學(xué)進(jìn)行導(dǎo)學(xué)的方式可有效地啟迪學(xué)生思維,指明知識遷移與衍生的途徑和方法,培養(yǎng)學(xué)生的可持續(xù)學(xué)習(xí)能力.當(dāng)然,除了對立統(tǒng)一規(guī)律外,還可嘗試將質(zhì)量互變、否定之否定等辯證法規(guī)律應(yīng)用于分析化學(xué)教學(xué)實(shí)踐[6].

[1]華中師范大學(xué),陜西師范大學(xué),東北師范大學(xué).分析化學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2001:27-61.

[2]熊川武.反思性教學(xué)[M].上海:華東師范大學(xué)出版社,1999:32-54.

[3]郅庭瑾.為思維而教[M].北京:教育科學(xué)出版社,2007:7-28.

[4]林洪,李海濤,黃齊林,等.突出應(yīng)用性的儀器分析結(jié)構(gòu)體系導(dǎo)學(xué)方法[J].大學(xué)化學(xué),2008,23(4):24.

[5]龍寶新.有效教學(xué)的概念重構(gòu)和理論思考[J].湖南師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)報(bào),2005,4(4):40.

[6]阮慎康.現(xiàn)代化學(xué)的哲學(xué)探討[M].北京:北京大學(xué)出版社,1995:5-23.

The Teaching Method of Analytic Chemistry Based on the Correlation of the Unity of Opposites

the unity of opposites;correlation;analytic chemistry;teaching method

Using the dialectical law of the unity of opposites,the paper interprets the correlation of each knowledge point of analytic chemistry for students and points out the ways of knowledge transference and derivative,which is beneficial to cultivate the students'thinking and learning ability and therefore promotes students'knowledge about analytic chemistry.

LIN Hong

(Department of Chemistry,Resources and Environmental College,Yuxi Normal University,Yuxi Yunnan 653100,China)

O652.1

A

1009-9506(2014)08-0058-03

2014年5月11日

林洪,教授,研究方向:分析化學(xué).