分析化学实验教学改革实践

王宏 陈浩 陈志飞 吴康兵 聂进

(华中科技大学化学与化工学院 湖北武汉 430074)

1 问题的提出

化学是一门理论与实验并重的学科，实验教学是学生学习科学知识、训练实验技能、开展科学研究、探索科学奥秘的重要方式。分析化学实验是化学专业的重要基础课程，它既可以培养学生严谨、认真和实事求是的科学态度，又可以锻炼学生观察、分析、判断问题的能力和精密、细致进行科学研究的技能。国内很多高校在通过优化实验教学内容以提高学生综合素质和实际工作能力方面进行了探索和改革，如增加设计实验及强调三阶段教学模式及三层次教学模式[1-2]、研究性学习[3-4]及双任务教学等[5]。

分析化学是一门实践性很强的学科。在实际分析工作中，定量分析过程通常包括采样、样品预处理、分析测定和分析结果处理及评价4个过程。在分析一个实际样品时，分析测定过程所用的时间一般不超过总用时的20%，而样品预处理和数据分析评价却用了近80%的时间，表明这两个过程在整个样品分析中的重要性和复杂性。随着仪器分析大量应用于实际样品的测定，样品的预处理尤显重要。而目前很多高校分析化学实验的训练重点仍放在分析测定过程，而较少涉及样品预处理的训练。在实际分析工作中，对同一个样品的分析测定，可以有多种分析方法供选择。如何根据样品的性质和组成选择合适的分析方法是分析工作者的重要基本功，但在目前的分析实验中，这方面的训练也有所不足。俞汝勤院士在《漫谈分析化学教学改革与课程建设》一文中提到“教授分析化学应该很看重培养学生解决问题的能力”[6]。并提到国际产业界认为分析化学毕业生特别缺乏解决各种实际问题的能力，即学生在学校接受的训练与产业界的要求之间有较大差距。为提高学生解决实际问题的能力，在分析化学实验教学中必须加强这两个环节的训练，以适应产业界对分析化学人才的要求。

基于以上考虑，我们对分析化学实验课程进行了改革，强调基础与应用并重，注重加强基础即规范实验的基本操作，着力加强应用能力的训练，将实际样品的分析纳入分析实验课程，通过样品预处理及分析方法的选择等方面的训练，提高学生解决实际问题的能力。

2 加强基础

解决实际问题的能力必须建立在扎实的基础知识、熟练的基本操作技能基础之上。因此,在课程设计及学时分配上，这一类夯实基本功的实验学时约占总学时的40%，包括分析实验的基本操作和四大滴定的典型实验,旨在培养学生扎实的基本技能和严谨的科学态度并树立“量”的概念。在这一阶段，我们严格规范实验中所涉及的基本操作，首先要求学生通过网上预习系统及规范操作的视频对基本操作进行观摩，在实验课中反复练习。同时，结合具体的实验内容，对实验原始数据记录、数据处理和分析及实验报告撰写的规范化等进行严格训练，并建立了相应的考核标准。通过这一阶段6～7个基础实验的严格训练，学生能够基本掌握定量分析的基本技能和规范操作，为应用能力的提高打下良好的基础。

3 强化应用

在学生具备了基本实验技能的基础上，为提高其解决实际问题的能力，加强对样品预处理和正确选择合适分析方法的能力的训练十分重要。这两方面的训练取决于实验内容设计。为此，我们在分析化学实验中引入食品、药品、环境等贴近实际生活的分析对象，这类实验约占总学时的60%。如甲醛值法测定果蔬汁中的氨基态氮、铁矿石中铁含量的测定、蛋壳中钙镁含量的测定、葡萄糖注射液中葡萄糖含量的测定、茶叶中微量元素的定性鉴定与定量测定、铝箔中铝含量的测定及白酒中总醛量的测定等。这些实际样品的分析必然涉及样品预处理，如低温灰化、沉淀分离等过程；而且很多实际样品中待测组分的含量未知，学生往往需先查资料，了解大致含量范围，然后借助误差理论，确定分析样品的取样量。如甲醛值法测定果蔬汁中的氨基态氮含量，该实验通过酸碱电位滴定的方法评价果蔬中氨基酸含量，实验样品为常见的蔬菜和水果。学生通过匀浆等样品预处理的训练，可以学会如何制备这一类分析样品；根据样品中氨基态氮含量可以学会如何确定样品的取样量。在茶叶中微量元素的鉴定和定量测定实验中，学生首先需要用低温灰化去除茶叶中的有机质，然后采用沉淀分离对钙镁铁铝等离子进行分离。通过这些实验的训练，学生对分析样品进行预处理的能力大大提高，为解决实际问题打下了良好的基础。

分析方法种类繁多，同一种组分的测定往往有多种分析方法，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类也有多种类型，如氧化还原滴定法、酸碱滴定法、络合滴定及直接滴定、反滴定、间接滴定等。因此，正确选用分析测定方法是分析工作者的重要基本功。通常根据准确度要求、待测组分含量范围、待测组分的性质、共存组分的影响及实验室条件等来进行分析方法的选择。在教学实践中，我们发现在实验中加强对分析方法选择的训练，对学生解决实际问题能力的提高颇有益处。因而我们设计了对同一样品中某些组分采用多种分析方法进行分析的实验，以培养学生正确选择分析方法的能力。如多种方法测定蛋壳中钙镁含量实验是通过酸碱滴定、络合滴定、氧化还原滴定3种方法来测定蛋壳中钙镁含量。酸碱滴定是通过测定与钙镁离子结合的碳酸根离子的量来确定钙镁的含量；络合滴定是采用EDTA直接滴定来测定其钙镁含量；而氧化还原滴定是先将钙离子转化为草酸钙沉淀，然后采用高锰酸钾氧化草酸来进行测定。3种方法的原理不同，因而蛋壳样品的预处理方法、取样量、所用的时间及结果准确度和精密度也各异。学生通过这个实验可以掌握控制各类测定方法准确度的关键环节：如酸碱滴定法在保证蛋壳溶解完全的同时要尽量避免盐酸的挥发损失；络合滴定要考虑掩蔽铁铝等干扰离子；高锰酸钾间接测定法要进行均匀沉淀及控制高锰酸钾滴定草酸的酸度、温度、速度等。通过引导学生对不同测定方法的优缺点进行比较，使他们在应用各类分析方法解决实际分析问题方面有深刻的认识。在我们所开设的分析化学实验中，有3种分析样品涉及铁含量测定：铁矿石,茶叶及铁、铝、钙、镁混合阳离子溶液。对于这3种样品中铁含量的测定，很多学生能通过样品中铁含量、干扰的消除等因素选择合适的分析方法。如铁矿石中铁含量测定采用氧化还原滴定方法；茶叶中铁含量测定采用分光光度法；铁、铝、钙、镁混合阳离子中铁含量测定采用络合滴定法。在铝箔中铝含量的测定实验中，学生通过查文献，设计出返滴定法、置换滴定法、沉淀重量法、示差分光光度法等多种实验方法，并对各种方法进行比较，写成小论文进行交流。通过这些实验训练，学生可掌握正确选择分析方法的原则，对提高他们解决实际问题的能力很有帮助。

通过分析化学实验的改革与实践，采用重基础强应用的教学模式，学生解决实际问题的能力得以加强。问卷调查结果表明学生对这种教学模式非常肯定，并对那些与实际生活联系紧密的分析实验兴趣浓厚。在华中科技大学暑期社会实践项目“东湖水水质调查”中，项目组成员(均为化学化工学院大二学生)进行了东湖水质的分析和评价，取得了有意义的结果，项目顺利完成并获好评。

[1] 门瑞芝,张寒琦.高教研究与实践,2001(4):34

[2] 康学军,张建新,许茜,等.大学化学,2005,20(4):20

[3] 王琪，周全法，黄红缨.江苏技术师范学院学报，2001,12(4):88

[4] 崔凤灵，靳建华.大学化学,2008,23(1)：25

[5] 申湘忠.大学化学,2008,22(3):22

[6] 俞汝勤.大学化学,2008,23(5):1