分析化学理论与实验课程结合教学的改革思路

尚晓娜，韩 生，晏金灿， 唐意红， 张素霞， 蔺华林， 李原婷

(上海应用技术大学化学与环境工程学院，上海 201418)

分析化学在20世纪初以四大平衡理论的建立为基础迅猛发展，后兴起的仪器分析渗透于众多研究领域，如生物、制药、食品科学、环境等，形成了一套理论体系[1]。分析化学是化学学科的一个重要分支，也是一门基础性较强，同时具有一定专业性、前沿性的课程。分析化学课程与分析化学实验课程是分析化学的两大基础课程[2]。分析化学课程重点讲解基本原理和分析方法，目的是提高学生正确判断和表达分析结果的能力；学会根据实际情况和要求选择合适的分析方法，从而拥有解决问题的初步能力，为从事化学、化工、环保等相关领域的工作储备实验技能。而分析化学实验课程一门重要专业基础必修实验课程，目的是使学生在实验过程中加深对理论知识的理解，同时将所学理论知识灵活运用于实验设计和操作中，培养严谨、细致的实验操作习惯和实事求是的科学态度，提高分析、解决实际问题的能力。近年来，在教育改革的背景下，分析化学的理论与实验课程已高度统一。掌握分析化学的基本原理和测定方法；树立严格的量的概念，养成严肃认真，实事求是科学态度，理论与实验、实践相结合；培养解决问题的能力是分析化学理论与实验课程所秉持的学习方法。对于两者的关系认知，也有不少文章做出了分析和总结。

1 分析化学理论与实验课程关联性浅析

分析化学是各类化学操作的基础，其教学质量的高低主要取决于教学模式的适应性。各类教学模式因人而异、因时而异、因地而异，需及时调整才能提高其适应性。教育强调地是理论与实践相结合[3]，分析化学这门课程教学也不例外，其基础课程包含了理论课程与实验课程。理论课程偏重基础理论的认知，而实验课程侧重理论知识的实践过程与结果分析。由此看来，实验课程是理论课程的论证和延伸，而理论最初也是在实验过程中被发现和总结而产生的[4]。因此，两者相辅相成，不存在孰轻孰重的问题。但从高校授课安排来看，多数情况下是一个先理论授课、后实验教学的顺序，其原因在于有了理论基础的指导，实验设计才能更科学、实验操作才能更简便[5]。也有不少文章倡导理论结合实验，实验结合理论开展教学的授课方式[6-8]。这种理论与实践相结合的理念也大大提高了教学质量，但在分析化学理论与实验课程结合开展过程中仍存在一些细节问题。本文就理论与实验结合教学过程中出现的问题以及如何解决现有问题，结合各种具体的意见，进行了详细地阐述，以求为未来分析化学课程的发展提供新思路。

2 分析化学理论与实验课程存在的问题

随着教育改革的深化，分析化学课程的教育教学方式不断改进，使教师教学与学生学习的效率极大地提高。但过程中也不乏问题的存在，通过实践总结和师生交流等途径，我们还是发现分析化学理论课程与实验课程结合教学的过程中，存在以下三个方面的细节问题，而这三个方面的问题也存在关联性，具体如下：

1)理论课程与实验课程授课书面内容关联性较强，但实际教学过程中因各种原因较难呼应。例如，在华东理工大学和四川大学编写的《分析化学》(第七版)理论课程中，第二章的误差及分析数据的统计处理学习可对应用于实验课程中第一节实验数据的采集处理及称量操作练习，以加强有效数字判定等的应用记忆，但可能因为课表安排等原因，实验课程可能先于理论课程，或者两者间的时间间隔太长，以致于学生不能牢记理论知识，在实验中手忙脚乱、机械应付；2)不同教师拥有各自特色的教学方式，传授的教学内容在基础教学的基础上，其传输与延伸内容各有不同。因此，不同教师教授同内容的理论与实验课程，由于互不了解内容与授课方式，可能会造成学生思维转换困难，从而影响理论知识与实验内容的有效结合与理解记忆；3)学生难以将理论所学，灵活应用于实验内容，更难以实践创新。除去学生出于仅完成规定任务等原因而主观的抗拒开拓思路外，还有一个主要原因是理论基础不扎实，学生大部分时间疲于完成基本教学考核指标，掌握规定的授课内容，没有过多精力投入创新，甚至在应试心理的驱动下，单就理论与实验的知识串联也做不到，而是停留在短暂的机械记忆水平。例如，实验课中氢氧化钠(NaOH)溶液的配制和标定，学生是否会提出为什么不直接配制准确浓度的NaOH溶液而是通过标定计算浓度，是否会回忆起理论课滴定分析中讲到的NaOH固体标准物质在称量时易吸收空气中二氧化碳和水分，引起称量误差，进一步地，是否会记起可直接配制标准溶液的物质应具备的三个条件等等。针对以上三点问题，下文对应提出了教学改革的三点思路。

3 教学改革新思路

3.1 理论与实验无缝衔接，强化记忆

目前，以高校课程教材编写内容以及课时安排来看，分析化学理论与分析化学实验教学内容已经得到很大程度的统一，包括先学习误差及分析数据的统计处理，后进行实验数据的采集处理及称量操作练习；先掌握滴定分析中标准溶液的浓度表示方法及配制方法理论，后进行滴定操作练习及酸碱溶液浓度比较以及NaOH溶液的配制和标定；先进行酸碱滴定法的理论学习，再进行硫酸铵肥料的分析测定，以巩固酸碱滴定操作等。而实际教学过程中理论与实验课程内容难以呼应的一个重要原因是，两者的教学间隔时间较长，这往往是由课时调整造成的。课时调整原因包括因教师或学生课时冲突、因教室或仪器冲突(混合有机溶剂的气相色谱分析所用到的色谱数量有限，不足以供一个教学班使用，从而需要分批进行)、因突发事件调停课(例如新冠疫情的错峰开学措施，致使线上理论课程早于需线下操作的实验课程)等。其解决方法是，秉承先理论后实验教学的理念，使学生在抽象理解该课程内容的基础上，在理论知识的记忆还未消退的时间段内，将抽象无序转变为形象有序的操作过程是记忆的关键。关于记忆消退时间的把握，要根据实际教学过程反复摸索并准确把握，不同学生、不同课程内容、不同时间段均可能造成差异。因此，提倡理论与实验教学的时间间隔愈短愈好，例如，理论学习后现场开展实验应用操作，或者次日进行实验教学。如因上述在内的各种原因无法及时衔接同内容的理论与实验课程，可在理论课程结束后，中间穿插有助于知识点巩固的课后作业，例如，书面上的问答题和实验预习内容，也可以是师生交流群中授课教师梳理发布的知识群公告以及抢答加分题(如，加分可计算加入课堂表现或课后作业分值中)等等。

3.2 实行理论与实验配套同教师的办法，便于了解学生

近年来，高考人数不断增加，高校招生名额也随之扩增。虽然各大高校也在扩招教师，但远达不到“一对一”教学(注：此处，一对一指的是一位教师面向同批学生开设一套课程，包含理论课程与其相关的实验课程)。例如，将分析化学理论课程分为A、B、C三个递进层次，分析化学实验课程也对应分为A、B、C，那么理论A对应实验A，以此类推。另外，教师往往身兼数职，如教学、科研等校内外其他事务，这使得很多授课教师无法同时开展理论与实验课程，即使同开两门课程，或因时间或教室(实验室)冲突，不得不错峰开课，从而导致上述3.1小节提到的理论与实验间隔时间拉长，降低学习效率。其中，所提到的教室或实验室分配问题也是除教师资源充足与否的另一个普遍存在的问题。因为，给每位教师或每个教学班配套固定的教室和实验室是基本不能实现的，这种一一分配极易造成资源浪费，尤其是对分析化学这种基础课程，选课人数居高，意味着课程重复性大。因此，要求教师面向同批学生同时开设理论与实验课程不论是在自身还是在外界条件上都是有一定困难的。虽然无法保证所有教师同时开展理论与实验教学，但可以集中资源，尽可能提高以这种方式开课的比例。至于这种方案主要实施的目标对象如何选择的问题仍具有一定困难。首先，教学资历较深的授课教师较为了解学生的思维方式，知晓何种教学方式更适合大部分学生，且对理论与实验课程内容了然于心，可以轻松切换和串联知识内容，适合这种理论与实验配套教学方式；其次，新进教师虽对课程不熟，在知识切换与联系方面较为困难，但新教师大多具有活力，更能体会学生处境，且精力相对集中，思维相对活跃，能更快适应一种新的教学模式，抗拒的可能性较小。新老教师在实施新的教学方案方面各有长短，而条件限制又不可能使所有教师转换到该教学模式，况且这种教学方式还只是一种新思路，并不能保证完全有成效。因此，建议募集志愿新老教师，以同等比例，在相同或同等教学条件下，以这种理论与实验课程结合的新的教学模式，开展示范教学工作。正如分析化学所要求的，示范教学需连续开展多次，以便降低数据误差，提高精确度，便于对比，得出科学性结论。

3.3 及时复现，引导知识串烧

分析化学的学习对于经过高考严格遴选的大学生来说并不困难，因为分析化学并非是新学科，而是化学的一个重要分支。因此，对于有一定化学基础的他们来说，完全有能力较快地掌握分析化学的授课内容。但问题是，学过的知识，尤其是新知识，如果得不到及时反复的巩固，不久就会被遗忘，这就是所谓的“学得快，忘得快”。因此，授课教师在课上课余需要及时复现之前学过的知识或者经常引导学生去思考之前有困惑的问题，并结合新的知识点，使学过的和在学的、甚至是要学的反复重现，强化记忆，最终将短暂的知识记忆通过科学地重复提示牢牢的印在大脑中并最终转变为长期记忆。更甚至，每次都会有新的领悟和收获，这就是所谓的创新起源。针对如何及时复现，巩固记忆，引导知识串烧，本文提出以下几种方案供参考：

(1)鼓励学生理论与实验结合

正如上述3.1章节强调的，理论基础知识的学习和掌握，是为了最终能应用于实验，更好地设计、实施、分析实验并得出结论。学习过程中，往往有学生将理论与实验内容分开进行，时间花费很多，却没有得到预期结果。这种剥离式的学习方法使抽象的理论脱离了可形象化的实践转化，不利于掌握知识点及其实际应用的意义，也不利于形成高效学习方法和培养创新能力。因此，教师在授课过程中，有必要及时提供理论和实验内容的关联点，在每次记忆消退前(如上述3.2小节所提)，强化以及深化课程内容的关联性，如NaOH溶液的配制实验，采用的是间接法，原因是NaOH固体试剂具有吸湿和吸收二氧化碳的特性，引起称量误差，而这不符合理论课所学的直接配制标准溶液的三大条件之一，而准确的配制方法是先配成近似浓度，再用其基准物来确定其浓度，这个过程称为标定，基准物的四大条件中选用摩尔质量大的决定了我们在实验过程采用邻苯二甲酸氢钾而不是二水合草酸作为基准物，最后在公式计算的过程中还可以穿插有效数字(运算规则等)的巩固。在这个过程中理论与实验反复切换，知识不断向上延伸，最终形成一个知识树的形式。

(2)引导方式建议灵活多样

灵活多样的教学方式具体分为但不限于：第一，小测验，测验虽然方法老套，但其持久不衰的原因正是其有效。学生往往有应试心理，为顺利通过考试，大部分会复习巩固学过的知识，也可能在此过程中发现问题，提出问题，教师应该配合及时给予指导来解决问题。虽然从学生角度来说，该方法较为被动，但结果往往最有效。同时，测验结束并不意味着结束，授课教师应及时总结学生在学习和掌握程度的问题，制定出相应对策，使学生牢记、活用；第二，趣味展现教学内容，包含色彩提供的视觉刺激，虽然色彩对人的视觉刺激会随年龄的增长等因素减弱，但鲜艳多彩的幻灯片画面，甚至是不喜欢的颜色，均能引起人们的注意。或者添加符合该年龄段的图片和小视频，图片可以加深印象(例如，标准溶液的直接配制和间接配制步骤对比，可用图片加箭头的方式取代文字描述，称量至溶解至定容可用天平、烧杯加玻璃棒、容量瓶的图片代替)，而小视频使学生从注视静态文字的疲惫中解脱出来(例如，滴定过程中指示剂颜色的变化，滴定终点的肉眼确定可在播放小视频时形象地指出)，得到短暂的放松，提高学习兴趣、轻松掌握知识。第三，接力测试比赛，用现场口述接力的形式取代笔试测试，从被动的回答转变为主动的思考，是一个真正的学习串烧游戏。即授课教师给出一个知识点，例如误差的概念并给出简短解释，之后由学生接力延伸出知识内容，例如误差分类中的系统误差可存在于滴定实验中的刻度读取和滴定终点颜色深浅的判断，属于人员误差，再接下来可以是四大滴定及其终点的理论判断依据等类似知识树的构建。教师在引导过程中，需要给予积极参与的学生以奖励，平时分的加分等，鼓励学生踊跃参与，调动积极性，提高记忆效率和灵活运用能力，也可以锻炼学生们的表达、互动能力。

4 结 语

分析化学理论与实验课程是化学学科的必修课程，在化学学科本身及其他研究领域都发挥着显著作用。为提高教学质量，深化教学改革在分析化学课堂持续不断地进行。提出分析化学课程中存在的问题，给出转变教学观念的新思路以及如何解决问题和实施教育改革已经成为当下教育领域的重点话题。本文总结凝练出分析化学课程中存在的三大问题，其根本在于理论课程如何与实验课程有效结合，以提高教学和学习效率。针对三大教学与学习过程中的问题，提出了理论与实验无缝衔接，理论与实验配套同教师，及时复现、引导知识串烧的解决方案，并通过举例的方式对提出的思路给出了具体解释。