高中拓展课开展传统化学分析和现代仪器分析的比较教学

陆晨刚（上海市上海中学　上海　200143）

高中拓展课开展传统化学分析和现代仪器分析的比较教学

陆晨刚
（上海市上海中学上海200143）

摘要：文章以铜锌合金中铜含量的测定、茶叶中铜浸出率的测定两个定量实验为例，利用传统化学分析和现代仪器分析的比较教学，使学生不仅能够熟练掌握传统化学分析技能，而且能够理解现代分析仪器的工作原理、熟悉现代分析实验开展的过程，切实解决身边的问题。

关键词：传统化学分析；现代仪器分析；高中化学；比较教学

中图分类号：

文章编号：1008-0546（2015）05-0056-03G633．8

文献标识码：B

随着网络信息的蓬勃发展，“原子吸收”、“紫外分光光度”、“气相色谱”、“核磁共振”等现代仪器分析中的名词对于在化学学科上充满兴趣的高中学生来说早就不能算是陌生的名词了。但是跟200多年之前比，我国中学化学实验的仪器没有多大的变化［1］。化学实验在高中学生的印象中就是瓶瓶罐罐里的液体倒来倒去，观察颜色变化和沉淀生成，有时候甚至还会造成人身伤害。

高中化学拓展课的教学能不能引入现代仪器分析的课程和相关的实验教学？高中学生能否很好地接受分析化学中现代仪器分析的工作原理和实验开展流程？2008年我校建立了现代分析化学实验室和环境工程实验室，并配备了如：原子吸收光谱仪、气相色谱－质谱联用仪、高效液相色谱仪、紫外可见光分光光度计等多台现代分析仪器，为上述两个问题提供了肯定的答案。这几年中，笔者开展的原子吸收光谱实验探究课程已经完成了如“茶水中Pb、Cd等重金属离子含量的测定”、“头发中Zn、Cu等元素含量的测定”等二十多个探究性实验。然而在课余之时，笔者又在思考：这些现代仪器分析课程的开展是否又会使学生走入另一个误区：传统化学分析已经没落了，已经没有任何用武之地了呢？

于是笔者在高中拓展课上尝试了传统化学分析和现代仪器分析比较教学的探索，并且在教学内容、教学过程和实验探究等环节中根据课时量和学生的情况作了相应的变化和调整，具体过程如下：

一、课程教学变化

1．教学内容的同类项合并

高中化学拓展课课时不多（每周2＋1共3课时），如果对各种分析方法均作详细讲解，课时很紧。因此对教学内容进行整合，课堂教学主要讲授基本原理、基本方法，同时注意与高中化学知识点衔接，并且注意“合并同类项”。如：将传统化学分析中的酸碱滴定、EDTA络合滴定、氧化还原滴定等传统滴定方法的教学内容合并，对这些滴定的原理、滴定曲线、影响因素等共性知识作统一讲解，兼顾联想和对比相互之间的不同点。而现代仪器分析的每一种方法在原理和操作步骤也有类似的地方，用简单、概括性的语言归纳各种分析方法的基本原理和操作步骤，并以表格逐条对比的形式展现给学生，使学生更快地掌握现代仪器分析的流程和规律。

2．教学方法的多样性

在课堂上和课堂外积极开展多样化的教学方法，由讲授、讨论、案例教学、小组教学、独立学习等共同构成完整的教学体系。如：以案例“茶水中Pb含量的测定”激发学生探究兴趣；将学生分组，分别选择不同的现代仪器分析方法进行课外自学，培养学生分析问题和解决问题的能力；形成完整实验思路后以小组为单位在课堂上展现给其他小组，充分锻炼学生的表达能力和交流能力；实验完成后鼓励学生发表自己的观点，进行组内或整个课堂的讨论，使学生充分认识到实验中可能存在的问题，并学会用理论知识解决实际问题；整个过程中教师以组织者和引导者的身份参与并做最终总结，从而提高课堂教学效率。

3．实验教学的分阶段

整个拓展课程中实验教学分为两个阶段：基础性

实验阶段、探究性实验阶段。基础性实验阶段对学生进行各种化学分析的基本操作和实验技能培训，教师要加强实验过程的检查与监督，及时检查每个学生的实验完成情况，获得真实的反馈信息，判断其是否达到规定的要求，以便在第二阶段中进行相应的调整，力争达到预期目的。探究性实验是在学生已经掌握了基本实验技能的基础上，由教师或学生本人提出一个实际的问题，由学生自行查阅相关文献，设计实验方法和实验步骤来独立完成实验，并对实验结果进行汇报。由易到难、由简至烦的开展探究性实验可以培养学生的综合实验能力、科学探究精神和科研创新能力。

二、实验设计思路

传统化学分析和现代仪器分析是构成分析化学的两大支柱［2］。从学科系统性、完整性出发，融会贯通传统化学分析和现代仪器分析的知识有利于学生获得分析化学的全面知识，也有利于学生对这两种分析方法形成客观公正的认识和评价。

基于上述考虑，笔者在本次比较教学的摸索中设定了两个定量实验：（1）铜锌合金中铜含量的测定；（2）茶叶中铜浸出率的测定。将学生分为3组，分别用传统化学分析：间接碘量法、紫外可见光分光光度法和火焰原子吸收光谱法测定。通过样品的预处理程序、实验操作和仪器调试、定量结果三个方面来比较传统化学分析和现代仪器分析方法之间的优缺点。

1．铜锌合金中铜含量的测定（铜含量60－70%）

表1　间接碘量法［3］（实验小组一）

表2　紫外可见光分光光度法［4］（实验小组二）

讨论：间接碘量法测得的铜含量偏高的可能原因是铜合金中含少量Fe，在和KI反应时，Fe3＋也会氧化I－为I2。后经火焰原子吸收光谱法鉴定，确实含有1．08%的Fe。

小结：对常量组分的测定传统化学分析和现代仪器分析都可以准确的测定，且准确性好，精度高。但无论在前期准备中还是在后期的标准曲线绘制中，无论是紫外可见光分光光度法还是火焰原子吸收光谱法均需依赖最基本的样品处理和稀释定容的传统化学定量方法来完成，且对比起来，仪器分析法设备复杂，价格昂贵，调试维修任务重，难以进行普及。因此，传统化学分析法并未成为昔日黄花，仍然有自己的用武之地。

表3　火焰原子吸收光谱法（实验小组三）

2．茶叶中铜浸出率的测定（微量铜）

分别配制龙井绿茶、红茶两种茶水样品。方法如下［5］：精确称取1．000 g茶叶于100 mL小烧杯中，加入50 mL 100℃超纯水浸泡10 min，过滤出茶水，并定容至50 mL，备用。

三、结论

表4　紫外／可见光分光光度法（实验小组二）

表5　火焰原子吸收光谱法（实验小组三）

传统化学分析实验可使学生确立严格的“量”的概念，培养认真、细致的工作作风和实事求是的科学态度，在学生科学素质的培养上起着重要的作用。Charles M等人［6－7］特别强调了传统化学分析的重要性：一些样品的分析必须用传统化学分析法来完成，现代仪器分析不可能取而代之；现代仪器分析及其他领域所用的标样必须用传统化学分析法来鉴定。

现代仪器分析实验则可使学生充分地感受、体验现代化学实验在分子、原子水平上开展的微观研究。学生对于现代仪器分析原理和实验方法的掌握也全面地提高了他们的科学素养和科学精神，有利于培养他们的创新意识和革新精神。

因此，通过拓展课上的实验教学将两种分析方法进行比较教学，使学生在充分感受到现代仪器分析的高效、精确、现代化的基础上，对传统化学分析也有一个客观的认识和评价，两者在进行化学分析的时候应当互相配合，相辅相成，同时在整个学习和探究过程中感受到时代的进步、科技的发展，从而培养学生的创新意识，提高学生的科学素养和科学精神。

参考文献

［1］吴俊明．关于化学实验教学现代化的几个问题［J］．化学教学，2013，（10）：3

［2］杨先鸣．分析化学实验教学改革及发展趋势［J］．滁州学院学报，2010，12（5）：122

［3］合质金化学分析方法．中华人民共和国标准GB／T 15259．3－2009

［4］马晓贝，张丽萍等．茶水中铜含量分析方法研究［J］．分析测试，2008，（04）：75

［5］徐洁，叶芝祥等．茶叶中重金属浸出规律的研究［J］．化学分析计量，2007，16（01）：24

［6］Charles M，BeckⅡ．Classical analysis：a look at the past，present，and future［J］．Analytical Chemistry．1991，63 （20）：995－996

［7］Charles M，BeckⅡ．Classical analysis：a look at the past，present，and future［J］．Analytical Chemistry．1994，66 （04）：225

doi：10.3969／j．issn．1008－0546．2015．05．019