仪器分析“教学做”一体化教学设计和实践

来源:用户上传      作者:

　　高职教育重在培养学生的操作技能，而科学合理的教学模式是提高教育教学质量的重要保证，“任务驱动，‘教学做’一体化教学模式”是基于建构主义教学理论的教学模式，以学生为主体、教师为主导、任务为主线，实现在做中学，在做中教，教学做合一，“做”既是“教”的载体，又是“学”的载体，教师通过“做”来教学生，学生通过“做”来学习和掌握知识与技能。
　　 仪器分析课程是工业分析技术、食品营养与检测等专业的一门专业核心课程，该课程重点培养学生使用现代分析仪器，具备从事仪器分析所必备的素质、知识与技能，传统的讲授法教学已不能适应高职学生。在日常教学过程中，笔者不断探索、研究、改革，并将“任务驱动，‘教学做’一体化教学模式”应用于本课程，取得了较好的教学效果。现以“分光光度法测定微量铁”教学内容为例进行剖析研究。
　　 一、整体设计
　　 “分光光度法测定微量铁”是仪器分析课程的一个经典实验，通过该实验的训练，学生能够再次熟悉可见分光光度计的基本操作，加深对显色反应的理解，理解最大吸收波长的意义，并能将标准曲线定量分析方法应用到实际样品测定中，同时还能训练学生的计算能力。
　　 本实验需根据仪器台套数和学生人数分组完成，一般每 20 人一个学习小组，两人一台可见分光光度计，整个任务需 6 学时，共完成最大吸收波长的绘制、标准曲线的绘制、未知液的测定等3个子任务，具体教学组织安排如表1所示。
　　 二、教学方案的具体实施
　　 （一）问题引导、课堂引入
　　 教师首先明确本次实验课的任务是测定水样中微量铁的含量，然后提出问题“如何测定微量铁离子”，根据预习情况，教师可运用“头脑风暴法”引导学生展开讨论和小组汇报，教师利用多媒体进行总结，比较化学分析法、可见分光光度法、原子吸收光谱法、ICP-AES法等各种方法的优缺点，如表2所示。最后从被测物质的浓度和准确度以及经济成本方面考虑，优先选择分光光度法，很自然地引出本次实验课的教学内容“分光光度法测定水中微量铁”。
　　 （二） 实施任务1：最大吸收波长的绘制
　　 1.提出任务，要求学生通过实验确定显色络合物的最大吸收波长。
　　 2.教师讲授。教师在“教学做”一体化教室利用多媒体讲解显色溶液的配制方法和吸收曲线的绘制方法，强调各种试剂在显色反应中的作用，试剂的加入顺序以及空白溶液的配制方法等，与理论知识相结合，让学生理解试剂空白的作用，即消除各种试剂对吸光度的影响，使吸光度仅与被测离子有关。讲解吸收曲线的绘制时，利用多媒体展示Fe2+-邻二氮菲络合物的吸收光谱，学生对谱线有大概的认识，并知道络合物的最大吸收波长在510nm附近，这对后面的学生实验也有一定的帮助。
　　 3.教师演示，学生提问。演示操作过程中，教师要强调注意事项，如移液管的正确使用、试剂空白与显色溶液要同步配制、比色皿使用要规范等。演示过程中，教师可提出一些问题，或引导学生提出问题并解答，如怎样用5mL移液管准确移取2mL铁标准溶液？缓冲溶液能否用量筒移取？为什么在最大吸收波长附近测定的数据偏多？邻二氮菲显色剂加入1mL是否可行？还原剂是否可用盐酸羟胺代替？溶剂空白、试剂空白、试液空白有何区别？等等。通过这一环节，打开学生思维，便于学生能够灵活应对实验过程中出现的问题。
　　 4.学生实验，教师指导。学生按照分组独立完成实验，教师针对学生实验过程中出现的问题及时给予纠正。如有的学生光度计操作不正确，波长更换之后没有调零就开始测定，有的学生没有按顺序加入试剂，还有的学生移取溶液操作不规范等。
　　 5.学生绘图，确定最大吸收波长。学生根据数据在坐标纸上以波长为横坐标、吸光度为纵坐标绘图，绘图的难点在于坐标轴位置的选取、坐标比例的设置，有的学生画图时没有画成平滑的曲线而是折线，教师要及时纠正。
　　 6.教师点评，理论提升。任务完成后，教师针对实验中出现的典型问题进行通报，避免其他学生再犯类似错误，这对其他学生来说也是一个好的学习机会。同时针对实验过程中涉及的显色反应、吸收曲线、最大吸收波长等知识点进行复习，如让学生计算该显色反应的摩尔吸光系数，加深对摩尔吸光系数和灵敏度的理解，起到“用理论来指导实验，用实验来验证理论”的作用，学生结合自己动手做过的实验，加深了对理论知识的理解。
　　 （三）实施任务2：标准曲线的绘制
　　 1.提出任务，要求学生绘制铁的标准曲线。
　　 2.教师讲授。教师在“教学做”一体化教室利用多媒体讲解标准曲线定量分析方法和标准曲线的绘制方法，讲解标准曲线法时要和单点比较法结合起来，让学生理解两种方法的优缺点，并会根据不同任务要求合理选择一种方法。教师讲解标准曲线的绘制时，可利用多媒体展示几个以往学生制作的存在典型问题的标准曲线，如画成折线、斜率太小、拟合不合要求等，并要求学生在曲线上标明曲线的相应信息，如标准曲线的名称、坐标分度和单位、测量条件（仪器型号、入射光波长、吸收池厚度、参比液名称）以及制作日期和制作者姓名等。
　　 3.教师演示，学生提问。教师着重强调标准溶液的移取，让学生明白标准溶液的移取对标准曲线的绘制起关键作用，必须要一丝不苟、精益求精，可采取提问的方式巩固一下移液管的使用要点，如手拿移液管的姿势，移液前的洗涤、润洗，外壁溶液擦拭、放液操作，剩余液体的处理，管尖残留溶液的处理等等。演示过程中，有些学生可能会提出一些问题，如为什么要使用最大吸收波长作为测定波长？标准溶液浓度如何计算？等等。教师可利用一个显色溶液现场测定，让学生理解選择最大吸收波长处测定不仅可以得到较高的灵敏度，还能获得较高的准确度。
　　 4.学生实验，教师指导。学生根据实验方法完成标准溶液的配制和吸光度的测定，教师及时纠正存在的问题，如有的学生没有批次完成实验，即显色溶液逐一配制，这样既浪费时间，又不准确;有的学生容量瓶的操作不规范，还没定容，就开始摇匀操作;还有的学生测定时先测高浓度显色溶液，后测低浓度显色溶液。 　　 5.学生绘图。绘图前浓度的计算对高职学生来说是难点，必须反复讲、反复练，要求学生理解C1V1=C2V2公式并在铁标液浓度计算中加以应用，这样能起到事半功倍的效果;绘制标准曲线时，要对“坐标比例不当、坐标轴上数据的有效数字不正确、工作曲线绘制成折线”等经常出现的问题逐一强调。
　　 6.教师点评，理论提升。针对出现的典型问题，教师在课堂上统一强调，引起全体学生注意，同时针对本任务涉及的“标准曲线定量分析方法”知识点，教师分析梳理，归纳总结，如工作曲线应定期校准，如果实验条件变动（如更换标准溶液、所用试剂重新配制、仪器经过修理、更换光源等情况），工作曲线应重新绘制。
　　 （四）实施任务3：未知液的测定
　　 1.教师提出任务，测定未知液的浓度。
　　 2.教师讲授。在多媒体教室讲解未知液的显色方法和未知液浓度的计算方法。显色方法与标准溶液一样，可以略讲或不讲;根据以往的教学经验，未知液浓度计算对学生来说是难点，教师讲解时，先教学生能够在标准曲线上看图，会根据浓度查吸光度，也会根据吸光度查浓度，在此基础上，再根据稀释倍数计算原未知液的浓度。
　　 3.学生实验，教师指导。在教师的指导下，学生完成样品测定任务，平行测定三份。实验过程中有些学生提出：是否可以与标准溶液共用同一个空白？这说明学生在动脑思考问题，笔者及时给予了口头鼓励。还有的学生提出未知液为什么移取2.00mL，而不是其他体积？这些都是好的问题，这时候教师要引导学生思考什么是分析方法的线性范围，实验过程中吸光度超过线性范围应该怎样处理。通过互动，不仅解决了疑难问题，还让学生体会到解决问题的快乐。
　　 4.学生处理数据，教师指导。学生通过标准曲线查出对应的浓度时，教师要对常出现的浓度有效数字保留不正确问题统一强调，原未知液浓度的换算，虽然已经讲过，但仍有部分学生不会计算，可先让学生套用C1V1=C2V2这个公式，再慢慢消化吸收。
　　 5.教师点评，理论提升。这一任务涉及的理论知识主要为吸光度范围的选择，要让学生学会控制移取溶液的体积使得未知液的吸光度落在0.2～0.8范围内，尽可能减小误差。
　　 （五）讨论和总结
　　 实验结束后，要专门留出时间对本实验的过程、相关理论知识点进行提炼总结，提高课堂教学效果。
　　 1.实验步骤总结
　　 教师带领学生共同总结本实验的过程，并利用多媒体进行展示，如图1所示。
　　 2.实验过程问题讨论
　　 ①标准溶液制备
　　 教师提出问题：为什么要先配制 1mg·mL-1 铁标液，然后再稀释得到10μg·mL-1，而不直接配制？学生讨论，代表发言;教师解读相关国家标准，当标准溶液的浓度低于 0.1mg·mL-1 时，应先配成比使用的浓度高1～3 個数量级的浓溶液作为储备液，然后再稀释。
　　 ②显色过程
　　 教师引导学生提出问题，在铁标准液和试液中加入邻二氮菲、抗坏血酸与醋酸钠溶液的作用分别是什么？教师通过提问，考查学生的掌握程度，并补充完整。
　　 ③测量过程
　　 教师或学生提出问题：本实验能否在紫外可见光度计上测定？
　　 学生讨论，代表发言，教师总结，可见分光光度计测定的是有颜色的物质，本实验是把无色的微量三价铁转变为有色的络合物。紫外可见分光光度计不仅能够测定对紫外光有吸收的物质，也可测定有颜色的物质，教师强调紫外和可见光区使用的比色皿不同，可见光区用玻璃比色皿，紫外区要使用石英比色皿。
　　 三、教学评价
　　 本课程配套有课程组编写的《仪器分析实训指导书》，书中列出了对本项目的考核评分表，如表3所示，教学过程中，学生可以根据评分表中的考核内容确认自己的操作是否正确，存在问题有哪些，教师根据评分表对学生实验的完成情况进行打分，作为平时成绩考核的一部分。
　　 四、体会与总结
　　 基于任务驱动的“教学做”一体化教学设计，笔者认为要重视以下几个方面：一是采用任务驱动教学法，任务的选择与设计是关键， 要精心选择和设计教学任务。任务要有代表性，与理论知识要有很好地联系，能够适应学生已具备的知识水平和能力，具有一定的深度和广度。各任务之间还要有一定的内在联系，一环扣一环，前一个任务完成之后才能进行后一个任务，各任务的设置都是围绕着本节课的大任务展开的。二是“教学做”一体化教学模式的顺利实施需要配套硬件的支持，其中“教学做”一体化教室就是基本条件，这就要求实训室不仅要有专业仪器设备，还要有多媒体设备。另外仪器台套数要充足，学校要增加仪器设备投入，保障实践教学的顺利开展。三是“教学做”一体化教学模式，对教师的要求较高，教师是整个项目的“总导演”，不仅要精心设计整个教学过程，督促学生完成各个任务，还要善于走到学生中间去，与学生交流、讨论，及时解决学生遇到的各种问题。
　　 （本文系济源职业技术学院青年骨干教师资助项目）（责编  李亚婷）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15161723.htm