化学分析模块化教学改革探究

夏阿林

（邵阳学院食品与化学工程学院，湖南邵阳 422000）

化学分析模块化教学改革探究

夏阿林

（邵阳学院食品与化学工程学院，湖南邵阳 422000）

针对化学分析教学改革，使用模块化教学方法，对化学分析内容进行有目标的模块化结构设计，以如何实现滴定或沉淀操作这一时间序列为主线，以解决问题为基本模块，将所有知识点内容归于各需要解决的问题基本模块，通过逐渐解决这些基本模块，激发学生的主观能动性，提高学生分析和解决问题的能力，从而达到教学目的。

化学分析；模块化教学；教学改革

分析化学是研究物质的组成、状态和结构，并获取化学信息的一门科学。分析化学的发展与生命科学、信息科学、材料科学、能源科学以及资源与环境科学等发展都是息息相关的。[1]其应用几乎涵盖所有科学技术研究领域，常常被比喻为科技的眼睛。在关乎生命、健康、食品和环境等关键问题上，分析化学能协助解决问题，并为相关决策提供信息依据，肩负着重大的社会与道义职责。[2]化学分析是分析化学的基础，是以物质的化学反应及其计量关系来确定被测定组分和含量的分析方法，又称为经典分析方法，为分析化学基础课的两大支柱之一。[3]

然而目前的化学分析教学常常面临着两个问题。一是教材比较陈旧，结构趋于零散，知识点多而散乱。教师经常无法在有限的学时内讲解完所有的知识点。学生也普遍反映化学分析内容公式多而难以记忆，难以理解。有时各滴定分析之间内容容易混淆，每节课学完后不知有什么用，好像背离了“定量分析”的初衷。各分析方法之间似乎有联系，但不知道联系在哪里。繁杂零散的知识点使学生茫然失措，失去了目标，找不到主线将这些知识点链接起来。二是教学方式大多采用传统方式：教师台上讲，学生台下听。这样就造成了教师难以跳出按教材内容顺序授课的惯性。学生由于只是听，时时处于被动学习状态，对于培养学生的思维和实践能力并没有起到较大的促进作用，这样就使学生养成了学习的惰性。

一、模块化教学方法

模块化教学起源于20世纪70年代，由国际劳工组织（ILO）首先提出，称为“模块式技能培训”，英文表达为“Modules of Employable Skills”，即MES模式。该培训方法的主要内容是现场教学，核心内容为技能培训，基本模块是由岗位任务来确定，主线是完成某种实际的职业岗位工作的程序。这种模块化技能培训是以职业岗位需求为体系的一种新的培训模式，是对以学科为系统的传统培训模式的一种突破。我国在20世纪80年代末引进了这种培训模式，最初被国内职业教育中心借鉴，后逐渐在高校教育教学中被关注。

模块化教学在我国经过30多年的发展，已经形成了一种完整的、有中国特色的教学模式。它是以经过重新“组装”的教学模块作为一个教学实施单元，并以这个教学实施单元为中心进行组织教学。模块化教学通过打乱参考教材原有的既定章节，依据教学知识点集成模块化要求以及教学过程中的基本环节，分解打包知识结构，按多元目标来系统划分课程结构与教学内容。其核心在于将原来参考教材或内容的课程结构划分成多个基本教学模块，相关的知识教学模块由相互交叉渗透的教学内容组成，通过对整体结构的优化，让每一模块都起到相对独立的作用，并有机整合成一个完整的教学系统。[4]

模块化教学不仅突破了参考教材对教学的约束，也打破了传统“填鸭式”教学的惯性教学思维。教学手段不再局限于传统机械授课式教学，还可以穿插案例式、诱导式、探究式和比较式等教学手段。这种以模块化教学为主，其他教学为辅的复合式教学，有利于激发学生的自主性和参与性，培养与形成创新思维，也有利于打破目前在课堂教学中教师和学生都过度依赖参考教材的惯性与惰性思维。模块化教学以知识单元模块为教学基础，通过对零散的课程结构与教学内容知识点进行有机整合和再加工，并对不同知识单元模块进行嫁接，[5]在教学过程中，逐渐培养学生对知识集成模块化学习的思维习惯，激发学生积极学习的主观能动性。

二、模块化结构设计

化学分析包括四大滴定分析（酸碱滴定分析法、络合滴定分析法、氧化还原滴定分析法和沉淀滴定分析法）和重量分析。本课程具有高度的综合性和较强的实践性。在课堂教学全过程中，如果按照参考教材的内容进行顺序授课，则难以用某一理论分析主线将各个章节内容串接起来，同时也会使得各部分的教学内容彼此离散割裂，导致学生容易混淆各相似知识点内容，知识结构也会混乱不堪，难以达到化学分析的教学目的。现使用模块化教学法，以如何实现滴定或沉淀操作为主线，以解决问题为基本模块，将教学内容全部模块化，对相关的知识教学模块进行优化整合，构成一个完整的有机体，教学模块化结构图如图1所示。每一个相对独立的基本模块都具有各自的功能目标。通过对各教学模块以不同的教学方式加以组织链接，构成一套完整的教学研究体系。

图1 化学分析教学模块化结构设计

在教学过程中，应注意对每一模块的核心进行重点讲授，使学生能够了解和熟悉模块的基本理论及目的，逐渐培养学生系统分析问题的能力，从而避免在有限的学时内，教师讲得浅，学生学得不入门，教师讲得深入，学时又不够，而且学生也听得云里雾里，知识点之间难以用相应主线来连贯。

三、模块化教学设计及实施

在化学分析的课堂教学中，如果依照参考教材进行顺序授课，那么对知识点的学习就会显得散乱，学生容易对相似知识点产生记忆混淆。即使将教学内容模块化结构设计后，如果没有合理的教学设计和实施方案也难以弄清各模块之间的关系，并将其有机组织起来。这就需要教师合理地去设计教什么（课程、内容等）和怎么教（组织、方法、传媒的使用等）。本人对化学分析教学以如何实现滴定或沉淀操作这一时间序列为主线，以解决问题为基本模块，将所有知识点内容归于各需要解决的问题基本模块，通过逐渐解决这些问题，最终实现化学分析的定量分析。

在模块化教学前，首先，要让学生明白学习化学分析的目的是什么。这个看似简单的问题，实际上包含了我们为什么要学化学分析，弄明白了，才有学习的动力。对于回答这个问题，我们可以采用启发式教学方式，让学生弄明白。化学分析实质就是采用化学分析方法对分析体系中的组分进行定性定量分析，主要是定量分析。而要实现定量分析，就要知道物质的化学反应及其计量关系，即滴定反应或沉淀（气化或电解等）反应。所以，第一步就要弄清楚这些反应和相关理论，归为基本理论模块。第二步，要实现分析体系的定量分析，在滴定或沉淀操作前需解决几个问题。首先要进行可行性判断。（能不能滴定？沉淀能否达到称重要求？）如果不可行，后面步骤就不需要再进行下去了。如果可行，就可通过化学计量关系获取定量计算公式。对于滴定分析，就是计算化学计量点浓度，从而获得突跃范围。再就是如何判断反应终点。对于滴定反应，就是通过选择指示剂来判断终点，而指示剂是通过参考突跃范围来选择的；对于沉淀反应，就是合适选择沉淀剂，沉淀完全。最后一步就是滴定或沉淀操作了。通过条件控制，减少误差，获得理想的定量结果。结合实际案例分析，使得学生对于所学知识有何用、如何用，都有着深刻的认识。

下面以滴定分析内容教学为例，按时间主线，阐述如何组织教学内容和实施模块化教学。当然，对于重量分析也类似，就不再重复阐述了。图2为滴定分析的教学设计框图。图中可见，滴定分析的理论教学，实际上是解决滴定前的三个问题模块：可行性判断、化学计量点浓度的计算和指示剂的选择。而这三个问题的核心就是选择合适指示剂来判断反应终点。因为当分析体系和滴定反应定下来后，关键是反应终点的判断，也就是选择合适的指示剂，让误差最小。

图2 滴定分析的教学设计框图

1.基础理论模块

这一模块是滴定的基础性知识。在这一模块里，主要由两个子模块构成：一是滴定分析概述，二是平衡理论。滴定分析法概述主要讲授滴定反应，如酸碱反应、络合反应、氧化还原反应和沉淀反应，当然还包括酸碱、络合剂、氧化剂和沉淀剂等。平衡理论主要讲授酸碱平衡、络合平衡、氧化还原平衡、沉淀平衡、物料平衡、电荷平衡、质子平衡以及相应平衡常数、分布分数等。学生通过这一模块的学习，为后续模块学习打下坚实的基础。

2.可行性判断模块

这一模块主要讲授终点误差内容，同时通过误差分析，获得可行性滴定判别式。如酸碱滴定中，能不能准确滴定的判别式为cKa≥10-8，能不能分步滴定的判别式为c1K1/c2K2＞10-5。该模块在滴定分析中很重要，如果不满足判别式，说明对分析体系滴定会有较大误差，不能使用该方法滴定，后面步骤也就不需要再操作了。

3.化学计量点浓度计算模块

这一模块主要讲授滴定原理和浓度计算。滴定原理模块主要包括四大滴定规律和滴定突跃范围等内容。浓度计算模块主要包括各种滴定条件下平衡时待测离子浓度的计算，当然包括化学计量点时待测离子浓度的计算。通过计算化学计量点前后±0.1%时待测离子浓度变化范围获得突跃范围。突跃范围是选择指示剂的基本依据。显然，最理想的指示剂应当恰好在化学计量点时变色，但凡在突跃范围内变色的指示剂，都可保证其滴定终点误差在±0.1%内。

4.指示剂选择模块

该模块主要讲授指示剂作用原理和指示剂如何选择。指示剂作用原理模块主要包括理论变色原理、理论变色点和变色范围、与实际变色点的关系、指示剂的用量和影响因素等内容。指示剂如何选择模块包括如何利用突跃范围选择指示剂、自身指示剂和专属指示剂选择等。

5.滴定操作模块

当指示剂选择好后，就可以进行滴定操作了。滴定操作模块包括条件控制模块和案例分析模块。为了在滴定过程中控制误差于允许范围内，就需要控制好滴定条件，如酸碱滴定过程中需考虑二氧化碳影响，络合滴定过程中酸度的控制等等。案例分析模块主要选择结合实际应用、学生容易关注的社会热点问题，与四大滴定分析和重量分析相关的案例进行讲解等。如：以“三聚氰胺”事件，讲解凯氏定氮法（酸碱滴定）；以“太湖蓝藻”事件，讲解化学需氧量（COD）检测（氧化还原滴定）；以饮用水检测指标中的硬度指标，讲解钙镁检测（络合滴定）；等等。这一模块讲解很重要，通过案例分析，既可引起学生对化学分析的学习兴趣，明白学有所用，也可检验学生对所学知识掌握的真实水平，同时在教学过程中，可以有效地培养学生分析问题和解决问题的能力。

通过对化学分析的模块化教学改革，可以培养学生学习化学分析的浓厚兴趣，从而使学生能从原先的被动学习转化为主动自觉学习。特别是通过本次教学改革，学生在学习过程中不断思考，逐渐养成了模块化思维的习惯，对创新思维的培养也起到促进作用。在课堂教学中，让学生不断学习如何去发现问题并解决问题，这样既调动了学生的学习积极性和主观能动性，又拓宽了他们的知识视野，同时分析与解决问题的能力也会得到长足的提高。当然在今后的教学中还需进一步深化教学理念，完善模块化教学，并从教学模式、教学内容和教学方法等方面进行全面探讨和改革，随着教学改革深化，逐渐提高学生的创新素质和创性能力。

[1]湖南大学化学化工学院组编.分析化学（第三版）[M].北京：科学出版社，2016.

[2]俞汝勤.分析化学教学：学科基础定位及某些相关问题刍议[J].中国大学教学，2016（9）：8-13．

[3]武汉大学.分析化学（上册）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]王素玉，刘桦.模块化教学的应用设计与实践[J].山东工业大学学报（社会科学版），2000，（5）：78-81.

[5]刘明远.模块化教学模式在经济学教学中的应用[J].重庆科技学院学报（社会科学版），2014，（4）:165-167.

夏阿林（1974—），男，湖南邵阳人，邵阳学院食品与化学工程学院，高级工程师，研究方向为化学计量学。

责任编辑李杰杰