鄭韻英，張海燕，尹艷鎮(zhèn)

(欽州學(xué)院　石油與化工學(xué)院，廣西　欽州　535099)

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模塊化教學(xué)模式背景下硫酸亞鐵銨的制備

鄭韻英，張海燕，尹艷鎮(zhèn)

(欽州學(xué)院石油與化工學(xué)院，廣西欽州535099)

硫酸亞鐵按的制備是大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有代表性的實(shí)驗(yàn)，在傳統(tǒng)的教學(xué)方式下，按照課本內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通常會(huì)存在環(huán)境污染、產(chǎn)品質(zhì)量低等問(wèn)題。將模塊化思想融入課堂教學(xué)，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)驗(yàn)證，有效解決實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題，真正實(shí)施教師為輔，學(xué)生為主的教學(xué)課堂。

模塊化教學(xué)；硫酸亞鐵銨；制備

模塊化教學(xué)思想最早源于1869年哈佛大學(xué)實(shí)施的課程選修課[1]。模塊化教學(xué)思想賦予了學(xué)生自主選擇權(quán)，讓教學(xué)課堂的導(dǎo)向更注重于學(xué)生為主，教師為輔，實(shí)現(xiàn)教師不再掌控教學(xué)的過(guò)程[2]。模塊化是解決復(fù)雜問(wèn)題的一個(gè)可能的有效方法，其本質(zhì)在于對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的功能性分解[3]。一個(gè)模塊是一個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)的自我控制且獨(dú)立的單元，是教師在教學(xué)過(guò)程中為了學(xué)生達(dá)到規(guī)定的學(xué)習(xí)目標(biāo)而設(shè)計(jì)的一個(gè)包含有學(xué)生可以自己做選擇、自己安排學(xué)習(xí)的特定主題。模塊化教學(xué)法(NES)，是20世紀(jì)70年代初由國(guó)際勞工組織研究開發(fā)出來(lái)的以現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)為主，以技能培訓(xùn)為核心的一種教學(xué)模式[4]。模塊化教學(xué)讓學(xué)生擁有充分的學(xué)習(xí)自主權(quán)，學(xué)生可以自行管理自己的學(xué)習(xí)，教師演變?yōu)閷W(xué)生的學(xué)習(xí)伙伴。在模塊化教學(xué)背景下，將課堂有效分解，充分發(fā)揮學(xué)生的自主性，同時(shí)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，使課堂教學(xué)更加有效。

基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作是無(wú)機(jī)及分析化學(xué)模塊必須掌握的一項(xiàng)技能，而硫酸亞鐵銨的制備實(shí)驗(yàn)涵蓋了加熱、溶解、過(guò)濾、蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶、水浴加熱、減壓抽濾和產(chǎn)品鑒定等基本操作內(nèi)容，南京大學(xué)《無(wú)機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)》編寫組[5]、蔣毅民[6]等將其列入基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，大連理工大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教研室[7]、北京師范大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教研室等[8]等編寫組將其歸納為綜合設(shè)計(jì)性和研究性實(shí)驗(yàn)部分，可見硫酸亞鐵銨的制備實(shí)驗(yàn)具有基礎(chǔ)操作知識(shí)的同時(shí)也涉及綜合設(shè)計(jì)的理念，是較典型的大學(xué)實(shí)驗(yàn)。為了讓學(xué)生充分利用課堂時(shí)間掌握必須的實(shí)驗(yàn)技能，本文在模塊化教學(xué)模式背景下，通過(guò)發(fā)揮學(xué)生的自主性順利完成硫酸亞鐵銨的制備實(shí)驗(yàn)，得到高質(zhì)量的硫酸亞鐵銨產(chǎn)品，建立可行的綠色制備方案。

一、原硫酸亞鐵銨的制備

(一)原實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

在處理過(guò)的燒杯(洗凈的鐵屑)中倒入15 ml 3mol/l H2SO4，蓋上表面皿，放在事先設(shè)置好溫度的水浴鍋上加熱(在通風(fēng)條件下進(jìn)行)，調(diào)節(jié)溫度，使其保持在70-80℃，等到溶液中沒(méi)氣泡冒出，證明反應(yīng)已經(jīng)完成(反應(yīng)過(guò)程中加入一定適量的去離子水，用來(lái)填補(bǔ)實(shí)驗(yàn)所蒸發(fā)的水分)。趁熱抽濾，把所有濾液倒進(jìn)標(biāo)有50ml刻度的蒸發(fā)皿中，在去離子水的作用下把殘?jiān)M(jìn)行洗滌，用濾紙吸干后稱量，最后算出實(shí)驗(yàn)反應(yīng)的鐵屑的質(zhì)量。

(二)實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題

1. 由于實(shí)驗(yàn)原料鐵屑不純，含有碳、硫、磷、硅等雜質(zhì)，在硫酸的作用下會(huì)生成H2S、PH3等有毒氣體，即使是在通風(fēng)的條件下，反應(yīng)逸出的具有刺激性的氣味也充滿整個(gè)實(shí)驗(yàn)室，需要過(guò)一段時(shí)間才能散去。致使實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)聞到刺激性氣味，直接影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)程，更甚者影響實(shí)驗(yàn)者的身體健康。

2. 實(shí)驗(yàn)裝置所需儀器是燒杯，而燒杯口是敞開的，雖在反應(yīng)的過(guò)程中上面蓋上了表面皿，但也難免水分被蒸發(fā)而損失，需要學(xué)生及時(shí)補(bǔ)充水分，不及時(shí)補(bǔ)充水分的，燒杯內(nèi)壁產(chǎn)生有白色晶體，影響產(chǎn)物質(zhì)量及產(chǎn)率。

3. 整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置難免會(huì)與外界的空氣接通。在高溫環(huán)境下，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的硫酸亞鐵會(huì)與空氣中的氧氣接觸，部分Fe2+被氧化為Fe3+，降低硫酸亞鐵銨的產(chǎn)率。反應(yīng)產(chǎn)物不理想，出現(xiàn)黃色溶液或成塊黑狀物[9]。

二、模塊化教學(xué)模式下硫酸亞鐵銨的制備

運(yùn)用模塊化教學(xué)理念，在原實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)分解的基礎(chǔ)上詳見圖1，引導(dǎo)學(xué)生分析課本實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題及實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)，運(yùn)用現(xiàn)有知識(shí)，自主開發(fā)研究出硫酸亞鐵銨制備的實(shí)驗(yàn)方案。然后經(jīng)過(guò)總結(jié)，學(xué)生得到該制備實(shí)驗(yàn)可以從實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)溫度兩個(gè)因素入手解決問(wèn)題。學(xué)生在課堂上現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)了裝置和溫度探討。

圖1　模塊化教學(xué)模式下硫酸亞鐵銨制備實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)分解

(一)實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)

方案一 ：學(xué)生根據(jù)尾氣有毒，污染環(huán)境，影響師生健康方面入手，有65%的學(xué)生將燒杯改成錐形瓶，錐形瓶連著尾氣處理裝置，采用簡(jiǎn)單的玻璃漏斗倒扣在堿性洗液上，防止倒吸。實(shí)驗(yàn)裝置見圖2。

圖2　方案一實(shí)驗(yàn)裝置

反應(yīng)體系為封閉體系，反應(yīng)生成的有毒氣體被洗液吸收，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染。由于實(shí)驗(yàn)裝置中的空氣沒(méi)有與外界空氣相接通，反應(yīng)生成的硫酸亞鐵溶液不會(huì)與空氣中的氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)。該裝置很好地解決了反應(yīng)尾氣逸出問(wèn)題。但是時(shí)間和溫度控制不好，會(huì)析出白色晶體。學(xué)生經(jīng)過(guò)分析得知這是由于反應(yīng)會(huì)不斷地消耗水和蒸發(fā)水分，使反應(yīng)體系中的水缺失，從而析出白色晶體FeSO4。

方案二：課堂上有15%的學(xué)生將燒杯改成錐形瓶，錐形瓶連著尾氣處理裝置同時(shí)連接滴液漏斗，滴液漏斗中加入無(wú)氧去離子水，通過(guò)控制閥門流速，及時(shí)補(bǔ)充反應(yīng)體系流失的水分。實(shí)驗(yàn)裝置見圖3。

方案二實(shí)驗(yàn)裝置不但可以解決尾氣逸出問(wèn)題，還可以有效地解決了在反應(yīng)過(guò)程中水分損失的難題，而且分液漏斗裝置可以勻速加入水分，保證反應(yīng)的平穩(wěn)。

(二)實(shí)驗(yàn)溫度的探討

在原實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，學(xué)生已經(jīng)分析得知反應(yīng)的溫度控制對(duì)結(jié)果的影響也是很大的，因此在實(shí)驗(yàn)裝置得到解決后，學(xué)生以團(tuán)隊(duì)形式，集思廣益，快速著手探討反應(yīng)溫度的控制。在一般的化學(xué)反應(yīng)中，通常實(shí)驗(yàn)溫度提升10℃，該反應(yīng)的反應(yīng)速率就為原溫度的反應(yīng)速率的2-4倍?？梢娞岣邷囟瓤梢钥s短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，但鐵屑與稀硫酸反應(yīng)時(shí)，溫度太高就會(huì)使整個(gè)反應(yīng)劇烈，且反應(yīng)產(chǎn)物中的Fe2+容易被氧化成 Fe3+，王銳[8]對(duì)硫酸亞鐵銨制備實(shí)驗(yàn)的探討時(shí)得到溫度高于80℃時(shí)，F(xiàn)e2+被氧化為Fe3+的程度越明顯，從而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)較低。但是溫度太低，實(shí)驗(yàn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不利于實(shí)驗(yàn)完成。教材[6]中要求溫度控制在70-80℃，為了得到最佳的反應(yīng)溫度，學(xué)生運(yùn)用圖3實(shí)驗(yàn)裝置，分別設(shè)置不同的溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)從而找出適宜溫度，結(jié)果見表1。

表1　在不同溫度下鐵屑與稀硫酸的反應(yīng)情況

從表1中可以看出溫度不同，硫酸亞鐵的質(zhì)量也不相同。硫酸亞鐵的產(chǎn)量不是隨溫度的升高而升高的。在65-75℃時(shí)硫酸亞鐵銨的產(chǎn)率量也隨溫度升高而升高。溫度超過(guò)75℃之后，產(chǎn)品產(chǎn)量隨溫度升高而開始降低。主要是因?yàn)闇囟雀?，二價(jià)鐵會(huì)被氧化成三價(jià)鐵從而變成雜質(zhì)。因此得出鐵屑與稀硫酸反應(yīng)的適宜溫度為75℃。

(三)對(duì)比實(shí)驗(yàn)

稱取3份等質(zhì)量的鐵屑進(jìn)行洗滌，同樣用量筒量取等體積15ml 3mol/l 的稀硫酸，調(diào)節(jié)水浴鍋溫度為75℃，其他條件相同的情況下，分別采用原實(shí)驗(yàn)裝置與改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置圖2、圖3進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。對(duì)比硫酸亞鐵銨反應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束反應(yīng)時(shí)間、產(chǎn)品顏色、產(chǎn)率等，結(jié)果見表2。

表2　對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表2可以看出采用改進(jìn)后的裝置和最佳實(shí)驗(yàn)溫度下，用原實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)制備硫酸亞鐵銨時(shí)，完成實(shí)驗(yàn)的時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品顏色不理想，產(chǎn)品含量低。采用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置后，實(shí)驗(yàn)時(shí)間縮短，產(chǎn)品的質(zhì)量、色澤及產(chǎn)率均較為理想。

三、 總結(jié)

在模塊化的教學(xué)理念下，將課堂教學(xué)設(shè)計(jì)為學(xué)生自主學(xué)習(xí)模式，教師通過(guò)引導(dǎo)，提出問(wèn)題，學(xué)生通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，找出問(wèn)題，分析問(wèn)題，最后解決問(wèn)題，從而很好地掌握了教學(xué)內(nèi)容。就硫酸亞鐵銨的制備實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，以往，教師都是把課本內(nèi)容進(jìn)行講解，梳理，然后讓學(xué)生直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題，但是因?yàn)闀r(shí)間的關(guān)系，學(xué)生往往就避重就輕，將實(shí)驗(yàn)完成即可。現(xiàn)在，在課程模塊化的背景下，將學(xué)習(xí)自主權(quán)交給學(xué)生，學(xué)生會(huì)根據(jù)課本理論知識(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，然后努力分析問(wèn)題，最終解決問(wèn)題。教學(xué)效果不但有很大的提高，學(xué)生的思維能力、創(chuàng)新能力也得到很好的培養(yǎng)。

(責(zé)任編輯：夏璐)

[1]DOCHY F J. Modularization and Student Learning in Modular Instruction in Relation with Prior Knowledge[R].Heerlen：Open University，Centre for Educational Technology and Innovation，1989.

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[3]李靖華. 模塊化的多學(xué)科方法論思考[J].科研管理，2007，28(2)：124-130.

[4]胡洋，蘇琳. 應(yīng)用型本科計(jì)算機(jī)專業(yè)模塊化教學(xué)課程體系建設(shè)的實(shí)踐[J].中國(guó)成人教育，2008(3)：142-143.

[5]南京大學(xué)《無(wú)機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)》編寫組.無(wú)機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京：高等教育出版社，2006：70.

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Preparation of Ammonium Ferrous Sulfate under the Modular Teaching mode

ZHENG Yun-ying，ZHANG Hai-yan，YIN Yan-zhen

(College of petroleum and Chemical Engineering，Qinzhou University，Qinzhou 535099，China)

Preparation of ammonium ferrous sulfate was representative experiment of inorganic chemistry experiments in university，with the traditional teaching methods，according to the content of the textbook，usually the experiments being problems of environmental pollution and low quality of products. The modular thinking into the classroom teaching，the students according to the experimental problems，independent design experiments，and than by test and verify，effectively solve the problems in the experiment，really implement supplemented by teachers，and the mainly by students in classroom teaching.

modular teaching;ammonium ferrous sulfate;preparation

O63

A

1671-9719(2016)5-0069-03

鄭韻英(1983-)，女，廣西北海人，實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)室管理。

2016-03-06

2016-03-29

廣西高等教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目“地方高校轉(zhuǎn)型背景下以能力為導(dǎo)向的化工專業(yè)課程模塊化研究與建設(shè)——以欽州學(xué)院為例”(2015JGA364)；廣西高等教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目“地方本科院校轉(zhuǎn)型發(fā)展背景下北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)石油化工類應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式探索與實(shí)踐”(2014JGA240)。