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        討論式教學(xué)法在容量分析教學(xué)中的具體運用

        2015-10-21 21:35:50劉凱辜英舉但梅
        課程教育研究 2015年10期

        劉凱 辜英舉 但梅

        【摘要】根據(jù)容量分析的知識特點和要求,采用部分討論的形式開展教學(xué),以活躍學(xué)生的思維,加深對相關(guān)知識的理解,發(fā)揮他們的主觀能動性。

        【關(guān)鍵詞】討論式教學(xué)法 容量分析 酸堿滴定法 沉淀滴定法

        【中圖分類號】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089(2015)10-0163-02

        容量分析又稱滴定分析,內(nèi)容包括在四大平衡基礎(chǔ)上建立起來的酸堿滴定法、絡(luò)合滴定法、氧化還原滴定法和沉淀滴定法[1]。領(lǐng)會和掌握其原理和方法,對于化學(xué)專業(yè)的學(xué)生來講具有至關(guān)重要的意義和價值。與滴定分析概論相比,這部分內(nèi)容涉及的原理、方法和關(guān)系要復(fù)雜的多,對于國內(nèi)多數(shù)高校的大一學(xué)生而言,不宜以全討論的形式展開教學(xué)。為此,我們確定了以講授法為主、討論式教學(xué)法為輔的教學(xué)方法,即在教學(xué)過程中,圍繞知識體系和教學(xué)大綱要求,甄選出一部分內(nèi)容展開討論,以活躍學(xué)生思維,加深對相關(guān)知識的理解和認(rèn)識。在選擇和確定討論內(nèi)容時,我們主要強調(diào)以下三項原則:

        一、討論內(nèi)容應(yīng)有利于學(xué)生對重點知識的認(rèn)識和掌握

        教學(xué)的目的在于使學(xué)生掌握相應(yīng)的認(rèn)知目標(biāo),討論式教學(xué)應(yīng)該緊扣教材的重點和難點進(jìn)行設(shè)計,以利于學(xué)生對目標(biāo)的認(rèn)識和掌握。以分布分?jǐn)?shù)為例,它是容量分析最為重要的參數(shù)之一,是開啟溶液中各型體平衡濃度問題的一把鑰匙。為了促進(jìn)學(xué)生對該參數(shù)的理解和應(yīng)用,我們在介紹了其定義、作用和計算關(guān)系之后,向?qū)W生提出了這樣兩個思考題:①堿性物質(zhì)的分布分?jǐn)?shù)該怎樣處理?②分別將含有相同物質(zhì)的量的醋酸、醋酸鈉溶液的體積和pH值調(diào)至相同,二溶液中醋酸根離子的數(shù)量是否相同?若不同,誰多誰少?對問題①,一般資料都只介紹了弱酸及各解離型體分布分?jǐn)?shù)的處理方法,堿性物質(zhì)則未提及;通過小組討論,學(xué)生們了解到有兩種不同的處理方法,一是按解離平衡通過[OH-]和Kb處理,二是將堿性物質(zhì)視為酸解離出的型體仍按酸性物質(zhì)的方法處理。這樣不僅可以使學(xué)生對分布分?jǐn)?shù)的處理方法更加熟悉,增加處理方法的選擇性,還可拓展思維,對酸堿性物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系及規(guī)律有了更加深刻的認(rèn)識。對問題②,由于學(xué)生初步接觸分布分?jǐn)?shù),尚不習(xí)慣按其方法處理這類實際問題,從討論情況看,多數(shù)同學(xué)還是按照一般化學(xué)平衡關(guān)系或電荷平衡的方法去分析,容易掉入“誰多誰少”的陷進(jìn)。其實,該問題用電荷平衡去處理是行不通的,因為它沒有指明用什么物質(zhì)及多少量去調(diào)節(jié)溶液的pH值,無法建立電荷平衡關(guān)系。而如果采用分布分?jǐn)?shù),通過分布分?jǐn)?shù)與平衡濃度的關(guān)系去分析,就不難得出正確的結(jié)論。通過問題②的討論,可以讓同學(xué)們充分認(rèn)識到分布分?jǐn)?shù)在處理濃度關(guān)系時的巨大作用,為后繼的學(xué)習(xí)創(chuàng)造了有利的條件。

        二、討論內(nèi)容應(yīng)有利于各知識體系之間的融會貫通

        化學(xué)是一門綜合性很強的學(xué)科,各知識板塊相互交聯(lián)和滲透,共同推動學(xué)科的進(jìn)步和發(fā)展。這就要求入學(xué)者不僅要掌握各板塊的基礎(chǔ)知識,更重要的是利用這些基礎(chǔ)知識跨板塊解決不同的實際問題,即綜合運用知識的能力。為此,我們在沉淀滴定的教學(xué)過程中,根據(jù)教學(xué)進(jìn)度陸續(xù)提出了以下4個思考題:①為什么莫爾法的適宜酸度以pH=6.50~10.50為宜?依據(jù)何在?②為什么AgI、AgSCN要強烈吸附I-和SCN-,而AgCl、AgBr、AgCN對Cl-、Br-、CN-的吸附作用則要弱得多?③能否用莫爾法直接測定Ag+?④莫爾法不能測SCN-,緣于滴定產(chǎn)物AgSCN對SCN-有強烈的吸附作用。而佛爾哈德法的滴定產(chǎn)物同樣是AgSCN,為什么卻可以用來測定SCN-?在問題①中,既要涉及到AgOH的沉淀平衡,又要考慮到CrO42-和Cr2O72-的轉(zhuǎn)化問題,且有些數(shù)據(jù)需要查閱各種資料,同時還要參考顏色的干擾等綜合性的因素,對于大一的學(xué)生,具有一定的挑戰(zhàn)性和較強的分析思考價值。對問題②,需要將微粒之間的相互作用力——尤其是色散力考慮進(jìn)去,因此,對一價負(fù)離子來講,離子半徑及變形性是吸附作用大小的決定性因素,學(xué)生通過分析和查閱資料,不難找到正確答案。而問題④與問題②是類似的,但需要學(xué)生明確兩個方面的問題,一是溶液環(huán)境不同,吸附的對象也就不同(莫爾法中沉淀的吸附對象是SCN-,佛爾哈德法中沉淀的吸附對象是Ag+);二是正離子的變形性比負(fù)離子要小。以上分析和討論,需要學(xué)生將無機化學(xué)的基礎(chǔ)知識與分析化學(xué)的實踐應(yīng)用有機的結(jié)合起來,既能鞏固舊有知識,又能學(xué)到運用知識解決實際問題的手段和方法,可謂一舉兩得。

        三、討論內(nèi)容應(yīng)有利于學(xué)生發(fā)散思維的訓(xùn)練和應(yīng)用

        當(dāng)今教育非常強調(diào)對受教育者創(chuàng)新能力的培養(yǎng),美國心理學(xué)家吉爾福特認(rèn)為:發(fā)散思維是創(chuàng)造思維的核心,代表一個人的創(chuàng)造能力[2]。大一的學(xué)生,剛從中學(xué)階段的應(yīng)試教育中擺脫出來,這方面的能力較為欠缺,因此,利用討論式教學(xué)的機會,有意識的進(jìn)行發(fā)散思維的培養(yǎng)和訓(xùn)練,就顯得非常重要了。為了達(dá)到這一目的,我們以學(xué)科或?qū)嵺`要求為依據(jù),擬定了一些開放性或顛覆性的問題給學(xué)生思考,以拓展其思維。

        例如,在酸堿滴定的教學(xué)中,講到兩性物質(zhì)[H+]的計算時,我們以質(zhì)子平衡為基礎(chǔ),推導(dǎo)出了一個能用于各類兩性物質(zhì)的計算通式(忽略二級及以下解離)

        H■=■

        在介紹了該關(guān)系式的應(yīng)用之后,我們提出了一個問題讓學(xué)生討論:該關(guān)系式有什么特點和重要意義?從特點看,某些細(xì)心的同學(xué)可以發(fā)現(xiàn)該關(guān)系式的分子對應(yīng)的是弱酸[H+]的計算關(guān)系,分母對應(yīng)的是弱堿[OH-]的計算關(guān)系,整個關(guān)系式其實是將弱酸和弱堿的處理方法融為一體了。關(guān)于它的重要意義,同學(xué)們一般難以考慮周全,對此可以適當(dāng)提示:該關(guān)系式除了能夠用于各類兩性物質(zhì)[H+]的計算以外,還有沒有其它作用?能不能計算其它酸堿性物質(zhì)的[H+]?經(jīng)過分析和思考,多數(shù)同學(xué)能夠發(fā)現(xiàn)該關(guān)系式可以用來計算弱酸和弱堿的[H+],也有少數(shù)思路開闊的同學(xué)能夠發(fā)現(xiàn)該關(guān)系式可以用來計算強酸和強堿的[H+],這就意味著該關(guān)系式是所有酸堿性物質(zhì)在不考慮二級及以下解離的條件下[H+]的計算通式!討論到這里,如果同學(xué)們沒有更深入的認(rèn)識或發(fā)現(xiàn),教師可以進(jìn)一步提示:在兩性物質(zhì)的溶液中,如果增加一種強酸,計算關(guān)系又怎樣?增加弱酸呢?增加強堿呢?增加弱堿呢?學(xué)生根據(jù)質(zhì)子平衡關(guān)系,可以發(fā)現(xiàn)在兩性物質(zhì)的溶液中,增加一種強酸,溶液[H+]的計算只需要在該通式的分子中增加一項{[H+]c酸}即可;而增加一種弱酸,只需要在該通式的分子中增加一項{Ka[弱酸]}即可。反過來,如果增加的是一種強堿,則只需在通式的分母中增加一項{[OH-]c堿}即可;若增加一種弱堿,只需在該通式的分母中增加一項{Kb[弱堿]}即可。這樣一來,就使一些復(fù)雜的酸堿體系[H+]的計算問題變得比較有規(guī)律和簡單了。

        又如,在氧化還原滴定中,我們向?qū)W生介紹了對稱性氧化還原滴定φsp的計算關(guān)系以后,不失時機地向?qū)W生提出:不對稱性氧化還原滴定φsp又該怎樣處理?以拓展他們的思維。為了便于檢驗同學(xué)們的討論結(jié)果,我們將滴定反應(yīng)的形式作了統(tǒng)一規(guī)定

        aO1+bR2 = cR1+dO2

        并且要求結(jié)果內(nèi)只應(yīng)含有一種物質(zhì)即R1的濃度cR1。在本題的分析中,容易出錯的是電極反應(yīng)的書寫,教師可以適當(dāng)提示同學(xué)們應(yīng)按實際的滴定反應(yīng)方向和關(guān)系配置和處理系數(shù)。由于本題對大一的學(xué)生來講難度較大,我們給予他們思考的時間也相對較長,分值也相對較大,以激發(fā)他們討論的積極性。再如沉淀滴定中,按照相應(yīng)原理,莫爾法是不能用來直接滴定未知Ag+溶液的,但我們給學(xué)生提出的問題是“能否用莫爾法直接測定Ag+?”(見沉淀滴定思考題③)這里我們將“直接滴定”改為了“直接測定”,雖然只是一字之差,但后者所包含的操作條件和方式卻更為靈活。同學(xué)們?nèi)绻蛔屑?xì)琢磨,容易掉入否定的陷阱。實際上,操作時只要倒過來,將NaCl標(biāo)準(zhǔn)溶液置于錐形瓶中,將未知的Ag+溶液裝在滴定管內(nèi),即可直接測定[Ag+]。這就需要學(xué)生具備一定的發(fā)散思維能力,才能得到這種相對于一般教材而言具有一定顛覆性的結(jié)論。

        經(jīng)過上述分析討論,學(xué)生們逐漸打開了思維的禁錮,審視事物的角度和視野均得到了較大的張揚,學(xué)習(xí)氛圍也日趨活躍,在學(xué)術(shù)上不時冒出一些新的觀點和想法。比如在沉淀滴定中,就有一些學(xué)生經(jīng)分析后指出:用佛爾哈德法測SCN-時,根本不用返滴定法,只需將未知的SCN-溶液裝在滴定管中,標(biāo)準(zhǔn)的Ag+溶液置于錐形瓶內(nèi),直接滴定即可。這種情況,在用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行教學(xué)時期是不可想象的。

        至于討論式教學(xué)的具體組織形式、成績的評定及學(xué)生的反饋意見,已在有關(guān)文獻(xiàn)中作了詳細(xì)介紹[3],這里不再繁述。

        總之,在容量分析的教學(xué)中,根據(jù)知識體系和教學(xué)大綱要求,精選出一部分內(nèi)容展開討論式教學(xué),不僅可以使學(xué)生更好的理解和掌握相應(yīng)知識,還可以拓展學(xué)生思維,掌握分析問題和解決問題的思路和方法,并培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。

        參考文獻(xiàn):

        [1]華中師大,陜西師大,東北師大,等.分析化學(xué):上冊[M].第四版.北京:高等教育出版社,2011:117-301.

        [2]楊福能. 新課程數(shù)學(xué)教學(xué)中必須加強發(fā)散思維的培養(yǎng)[J].教育界,2013,118(22):151-152.

        [3]劉凱,盧茂健,殷艷.討論式教學(xué)法在滴定分析概論教學(xué)中的具體應(yīng)用[J].課程教育研究,2013,10下旬刊:36-37.

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