分光光度法测铁实验教学方法的探索与实践

周磊 杜登学

摘 要：文章作者对邻二氮杂菲分光光度法测铁实验教学中存在的问题进行了分析，结合学校实际教学条件和要求，在教学方法上采取了针对性改进措施。通过采用分段式教学、建立工作曲线模板、利用线性回归曲线获得待测组分含量等方法的联合应用，提高了实验的教学效果。

關键词：分光光度法;实验教学;方法改进

在化学实验中，有一类实验项目是利用分光光度法测定组分含量，铁是常见的被测组分，邻二氮杂菲是测铁的常用显色剂。根据实验学时和要求的不同，邻二氮杂菲分光光度法测铁实验基本上分为两种类型：基本型（学时较少）和综合设计提高型（学时较多）。针对该实验教学的研究报道，大多集中在实验条件优化选择及综合实验设计研究等方面，而对基本型实验传统教学方法的改进挖掘方面报道较少。本文以齐鲁工业大学（以下简称“我校”）针对大一学生开设的基本型实验“邻二氮杂菲分光光度法测铁”为例，结合实验教学中出现的一些具体问题，对传统实验教学方法进行了经验总结和深入思考，提出了相应的改进方案并付诸实践。

一、实验原理简介和常规教学方法

本实验基本原理：分光光度法定量测定组分含量的依据是朗伯-比尔定律（Lambert-Beer law）。实验过程简介：先配制一系列已知准确浓度（C）的铁标准溶液（标准系列），在给定条件下，用分光光度计测定标准系列所对应的吸光度值（A）;然后以A为纵坐标，以C为横坐标，即可绘制出A～C工作曲线（标准曲线），理论上A～C曲线应为一条直线（线性相关系数R=1）;在同样的实验条件下，测定待测溶液的吸光度Ax， 用工作曲线法进行数据处理，即可获得待测溶液中的铁含量Cx。

任课教师指导邻二氮杂菲分光光度法测铁实验时，采取的常规教学方法往往是：教师先行讲解（介绍实验原理、实验步骤、注意事项以及分光光度计的使用等），然后学生根据实验内容分组开展实验。因光度计数量有限，一般2～3人一组，每班约20组轮流使用分光光度计。实验结束，学生获得吸光度原始数据后离开实验室，课后各自独立处理原始数据，绘制工作曲线并给出待测组分含量，在规定时间内完成实验报告并交给指导老师批阅。

二、常规实验教学方法中存在的问题

教师在指导实验和批阅报告时，发现上述教学方法存在一些弊端和不足，主要表现为以下三点：

（1）部分学生听课效率不高，对所用主要仪器分光光度计的使用方法的部分要点经常遗忘。这是因为，本实验涉及的内容较多，教师讲解的时间较长，学生注意力易分散。另外，学生是第一次使用分光光度计，有些学生听完教师的讲解，再配制好标准系列溶液，等到开始使用光度计时，已经忘记了前面指导教师讲过的仪器的正确使用方法。出现这种“部分忘却”的情况也实属正常，因为这符合著名的如图1所示的“艾宾浩斯遗忘曲线（Ebbinghaus Forgetting Curve）”。但造成的后果就是教师不得不再次强调和重复讲解，明显影响了实验效率，增加了教师的工作量。

（2）学生在课堂实验中，对所得工作曲线的线性好坏不易做到心中有数。因为课堂时间比较宝贵，一般来说，实验课结束后，学生才会进行数据处理并绘制工作曲线。若工作曲线线性欠佳，会导致未知液测定结果也会不准确，但由于学生已经离开了实验室而无法补救，这样就不能达成实验的既定目标。为了避免工作曲线线性欠佳，个别学生甚至会“微调”实验数据，对这种严重违反实事求是原则的情况，教师一经发现，都需要对学生进行严肃教育并督促其改正。

（3）同一组原始数据，不同学生绘制出的工作曲线不尽相同，得到的测定结果也有较大差别，不具有唯一性。由于分组实验的缘故，同组的2～3位学生共用同一组原始数据，但在利用这些数据绘制工作曲线时，由于实验误差是客观存在的，所以这些数据所对应的实验点不可能全都恰好落在工作曲线这条直线上。实际情况是，有些实验点位于工作曲线的上方，有些则位于工作曲线的下方，而有一些可能刚好落在工作曲线上。不同的学生在利用坐标纸绘图时，因为选择实验点的分布情况以及作图技巧等因素的影响，导致即使是同一组数据，同组学生绘制出来的工作曲线也各不相同。这样一来，利用所绘曲线得到的未知液测定结果就有差异，而这种差异实际上是由于绘图不当造成的。

三、改进教学方法

（一）采用分段式讲解，提高学习效率

在学生预习的基础上，指导教师先介绍实验原理、实验步骤，并对注意事项重点讲解，在讲授过程中适时提问以集中学生注意力，时间控制在不超过25分钟。因为研究发现大脑集中精力的时间最多只有25分钟，对成年人而言，学习20～30分钟后休息10分钟，效果较佳。教师讲解完上述内容后，学生立即开始实验。当某个小组的学生率先完成铁标准系列溶液的配制时，其他各组学生也已接近完成溶液的配制。此时教师再把学生召集起来专门介绍分光光度计的使用，讲完后对重点步骤再强调一遍以加深印象。经实践验证，这段时间一般不会超过20分钟，大脑仍处于精力集中的时间范围内。由于2～3人一组，学生之间还可以互相补漏提醒，所以以组为单位的整体记忆效果更佳。实践结果也表明各组学生能够顺利掌握仪器的使用，不但提高了实验效率，也避免了指导教师反复讲解，减轻了教师的工作量。

（二）利用工作曲线模板当场验证其线性好坏

针对上述第二个问题的解决办法是：实验室配备计算机，教师用 Excel软件绘制出工作曲线模板，供学生现场核对实验数据的线性好坏。以我校开设的实验为例，工作曲线模板如图2所示。图2中的方程是工作曲线的线性回归方程，y是吸光度，x是铁的浓度。R是线性相关系数，其值越接近于1，说明工作曲线的线性愈优。教师可以设置一个实验数据作为合格的标准，比如要求R2>0.995，否则要求其分析原因并补做实验，直至达标方可离开实验室。学生测完溶液后，即可用所得的吸光度原始数据替换工作曲线模板里的相应数据，模板即自动生成新的对应工作曲线。这样一来，学生就能够清楚、直观地看到所得工作曲线的线性好坏，个别线性欠佳的实验点也能一目了然地得以发现。对于欠佳的实验点，要求学生重新测量对应溶液的吸光度或重新配制该份溶液，甚至重配各个点所对应的系列溶液，直至达标。这种建立模板当场验证的教学方法，既避免了个别学生蒙混过关，也能让“线性极佳”的学生有满满的成就感，起到了激励的效果，还让实验更有趣味，一定程度上提高了学生参加课堂实验的积极性。

（三）利用线性回归曲线法计算待测组分含量，可有效提高准确度

利用最小二乘法，同一组原始实验数据所对应的线性回归曲线必定是唯一的，同时也是误差最小的，由线性回归曲线法得到的待测组分含量也必然是唯一确定值，因而提高了测定结果的准确度。同时也让学生认识到实验不但要准确地测量，正确地进行数据处理同样至关重要。本实验中为了避免前面提到的同一组实验数据得出不同的工作曲线和测定结果，采取的改进方法是要求学生把工作曲线绘制成线性回归曲线，给出线性回归方程和R2值。据了解，本校大一学生每人都有智能手机，但只有部分学生拥有计算机。写实验报告绘制工作曲线时，考虑到学生经济条件不同可以适当灵活处理，计算机绘图和坐标纸绘图可以二选一，这也体现了以学生为本和弹性要求的原则。其中采用坐标纸描点绘图的学生，允许其参考在实验室里用手机拍下的线性回归方程，并提示学生按照线性回归曲线的特点，工作曲线必过坐标点（），其中，分别表示x的平均值和y的平均值。

四、结语

针对“分光光度法测铁”实验中出现的三个问题，分别进行了有针对性的改进：

（1）部分学生听课效率较低，对所用主要仪器分光光度计的使用记忆不够牢固。教师采取分段式讲解的办法，能够克服上述困难，有效减轻师生的负担。

（2）学生在课堂实验中，对所得工作曲线的线性好坏难以做到心中有数。解决办法是，在实验室内配备1～2台计算机，教师提前用Excel软件绘制出工作曲线模板，学生即可现场随时核对实验数据的线性好坏。

（3）同一组原始数据，不同学生绘制出的工作曲线不尽相同，得到的测定结果有较大差别。解决方法是，利用最小二乘法的原理，采取线性回归曲线法作图，则测量结果具有唯一性，误差最小，测定准确度得以提高。

我校邻二氮杂菲分光光度法测铁实验的教学方法经过上述改进后，教学效果明显提高。本教学改进方案对其他与光度法测铁原理类似的教学实验也有一定的启发和借鉴意义。

参考文献：

[1]李丝红，郭幼红.邻二氮菲分光光度法测定微量铁实验探讨[J].海峡药学，2013，25（8）：82-85.

[2]秦 岩.邻二氮菲分光光度法测定微量铁实验的改进[J].沈阳医学院学报，2008（1）：44-45.