分析化学滴定实验课中的操作问题、成因及完善思路

　　《分析化学实验》是《分析化学》理论课上册的配套课程，是化学学科各专业的必修基础课，更是一门独立的实践性很强的学科.通过该课程的学习，使学生加深对分析化学基础理论、基本知识的理解，正确和较熟练地掌握相关实验技能和基本操作，培养学生通过正确观察实验现象进行分析判断、逻辑推理和得出正确结论的能力；树立严格的“量”的概念；正确记录和处理实验数据、表达实验结果的能力.

　　《分析化学实验》的授课对象一般是化学各专业一年级下学期的学生.在其开设的内容中，酸碱滴定、络合滴定和氧化还原滴定的理论与方法在实际生产生活中的应用极为广泛，是教学的重点和难点.定量分析滴定实验，其过程看似简单，但每一步操作的微小差别都可能极大地影响测定结果的精密度和准确度.笔者在承担本课程的多年教学中发现，历届学生在实验中均表现出对实验原理理解不到位、过程不熟练、操作不规范甚至操作错误、实验结果表达不科学或表达错误等问题.让笔者困惑的是每届学生均重复着同样的问题，这些也是笔者一直想致力解决的问题.对于实验课的教学，笔者认为，对学生在各环节存在的经常性、普遍性问题进行收集整理、分析归类，寻找产生问题的原因，有针对性地改进和完善教学各环节，是避免学生犯错的有效方法，对于提高实验教学质量和完成教学目标也具有重要的现实意义.

　　本文结合笔者自身教学实践，采用课堂跟踪调查的方法对学生在完成分析化学滴定实验中存在的经常性、普遍性问题进行信息采集、问题统计与分析.调查对象是西南大学化学化工学院（以下称“我院”）2012级化学教育、化学类、化学工程与工艺三个专业共367名学生.实验内容包括NaOH,HCl和EDTA溶液的标定、间接碘量法测定葡萄糖的含量和硫酸铵肥料中氮含量的测定.本文主要以实验“0.02mol/L EDTA溶液的标定”为例，其所用基准物质是CaCO3,指示剂是钙指示剂，要求每位学生独立完成，平行测定三份.

　　1 分析化学滴定实验中学生常见问题
　　
　　滴定实验的关键操作包括称量（准确称取和粗略称取）、溶样、无损定量转移、定容、移液、滴定手法和速度控制、滴定终点的判断等.各环节应按要求进行规范操作,才能确保获取的原始数据的正确性.此外，还应对数据进行正确处理，对测定结果进行正确表达，并高质量完成实验报告的撰写.在实际教学中，老师会讲解实验原理、步骤、数据记录及结果处理等，提示关键操作并进行实验演示.但多年的教学实践发现，学生仍会出现各种各样的问题.本文对学生实验进行课堂跟踪时，主要从称量、无损定量转移、滴定及实验报告撰写四方面进行问题收集和分析.

　　1.1 称量
　　滴定实验中，准确称量要求用递减称量法在0.1mg灵敏度的分析天平上完成.在一次称量的操作中转移被称量物是决定称量是否准确的关键一步；对于初学者也是较难的一步，很难转移一次就达到所需量；教学中要求学生至少在3次转移中完成一次称量.课堂跟踪发现，学生存在的主要问题有：药品取用常有洒落；往接收器中转移被称量物时，称量瓶口不正对操作者眼睛；当接收器为锥形瓶时，因瓶口很小，称量瓶盖粘附的被称量物在敲击时容易洒落到瓶外，致使称量不准；读数时，称量瓶盖放置一边、或称量瓶不置于天平托盘中间；称量完成，药品、试剂及器具等不归位，特别是基准物质，不注意防潮和防污染.其中最突出的问题是，学生不能较准确判断每次敲击倾出的量，又喜欢偷懒，常常导致多称；然后随便冲洗，不关注是否洗干净、也不用蒸馏水润洗就重新称量.

　　1.2 溶样、无损定量转移、定容及移液
　　溶样、无损定量转移、定容及移液是滴定实验中必不可少、联系密切的最基本操作，也是固体试样或基准物质溶液配制须经历的步骤.学生常见问题有：

　　1）溶样时，搅拌方式不恰当导致烧杯壁或玻棒上端残留有固体颗粒，使得被称量物不能全部溶解，转移溶液时，操作不仔细溶液外洒，或润洗次数不够.这些不规范操作均不能达到无损定量转移的要求，致使溶液浓度产生误差.

　　2）定容时，学生将容量瓶置于桌面，采用蹲或弯腰等姿势进行操作，导致溶液定容不准；或直接用洗瓶添加蒸馏水，导致溶液超刻度线；定容后振荡方式不正确或振荡时间不够，导致溶液浓度不均.

　　3）准确移取溶液时的手式不正确；不用操作液润洗移液管；或润洗但移液管尖端残留的蒸馏水不处理，直接带入容量瓶；吸取溶液后将超出所需量的多余部分放出时，人不直立，或蹲或弯腰.放出溶液时，锥形瓶置于桌面，任溶液从移液管随意流出；放完后迅速拿开，不停留，不靠掉移液管尖端的溶液.常见学生操作如图1（a）.【图1】

　　
　　1.3 滴定
　　滴定环节的主要问题是滴定操作、滴定速度控制以及滴定管读数三方面.

　　操作酸管时，学生最突出的问题是活塞常常外移松动而漏液.操作碱管时，直接捏压玻璃珠，导致溶液流出不畅、或空气进入玻璃管尖端；停止滴定时，学生会突然松开手指，胶皮管带动玻璃尖管晃动，尖端的溶液会滴落到锥形瓶外.这些问题均会导致消耗的溶液体积读数严重不准确.

　　滴定过程中，学生求急心切，将溶液“成线”放入锥形瓶，不注意控制速度（图1（b））。时常学生不处理滴落到锥形瓶壁上的溶液，导致其不能参与反应而引起体积误差；滴定时关注的重点不是锥形瓶，而是滴定管中溶液体积的变化，一不小心就滴过量；接近终点时，不进行逐滴或半滴操作导致滴定过量；终点的颜色不能准确判断，如以酚酞为指示剂标定NaOH的浓度时，学生的终点颜色会出现紫色或红色.

　　我院滴定实验使用的是±0.01mL灵敏度、量程为50mL的滴定管，读数操作必不可少，体积的准确读取直接关系到测定结果的准确度.但很多学生不能认识其重要性，读数很随意.最突出的问题是，滴定管夹在滴定架上，踮脚或弯腰读数；读取体积时只读到0.1mL（图2（a））；滴定前不将初始体积定位到0.00mL左右；平行测定时，直接在前一次消耗的体积后接着下一次滴定（图2（b））。

　　1.4 实验报告撰写
　　实验报告是对整个分析过程的最终呈现，是处理原始数据和表达测定结果的载体，是评价实验过程和测定结果好坏以及评判学生成绩的重要依据.我院该课程的实验报告内容包括实验目的、实验内容、实验原理、实验记录及结果处理、问题讨论.前三部分内容是抄写，问题讨论是开放性内容，而“实验记录及结果处理”部分却是体现学生在数据记录与处理、结果计算、表格设计等方面的个人认知和判断能力，所以历届学生在这部分的问题最突出.本文将其归纳为表格设计、原始数据记录、结果计算三方面.

　　1.4.1 表格设计
　　学生的主要问题有两点：首先，表格不美观.如随手画线，表格线歪歪扭扭；或空格预留空间太小，填写内容时密密麻麻，模糊不清.其次，表格不合理.如重要的原始数据不入表格，如称取的基准物质或被测试样的质量；不设计平均值栏或偏差栏，也不计算，或计算但不入表格，而是在表外列出详细计算过程；每一个物理量如质量、体积、浓度等不注明单位，或在数字后带单位，或什么也不写（图2（a）和图2（c））。【图2】

　　
　　1.4.2 原始数据记录
　　原始数据记录是整个实验中非常重要的一步，其规范性和正确性决定计算结果是否正确.记录时要求数据本身及其有效位数的保留均要正确.调查发现，部分学生对于每个实验重要的原始数据有哪些、应该如何正确记录没有清晰的认识.常见问题有：不用实验记录本，而是在书的一角或一张小纸片上随意记录，常导致数据丢失.对于有效数字的位数，问题较多的是滴定管的体积数记录.0.01mL灵敏度的滴定管，记录体积时有效数字位数少计，如初始体积记为0mL,滴定剂消耗的体积只记至0.1mL（图2（b）和图2（c））。

　　1.4.3 结果计算
　　根据记录的原始数据进行计算是得到实验测定结果的唯一途径.学生计算的平均值和相应的偏差分别反应其结果的准确度和精密度，是判定其成绩的主要依据.常见学生问题是：不列出计算公式；或列出但公式抄写错误；或公式正确但计算错误；或不按有效数字运算规则进行正确的位数保留.如EDTA溶液的标定，根据CaCO3的称量范围和消耗的EDTA体积范围，计算的EDTA的准确浓度应该保留四位有效数字.图2（c）是一位学生的计算结果，只有3位有效数字.还有学生的计算结果表达不科学，如EDTA的浓度表达为21.82×10-3或20.75×10-3mol/L等.

　　本文对我院2012级367名学生撰写“EDTA的标定”实验报告时，在“数据记录及结果处理”部分出现的问题进行了分类统计，结果见图3.可见，学生在有效数字位数的正确表达、表格设计、结果计算及数据记录等方面均存在不同程度的问题或错误.【图3】

　　
　　2 分析化学滴定实验学生常见问题分析
　　
　　历届学生这些经常性、普遍性问题，产生的原因从根本上讲，是源于目前学生普遍存在急功近利、不重过程只重结果的浮躁心理和做事不安心、不踏实，缺乏正确的目标价值观.

　　总体而言，学生态度不够端正，对实验课的不重视贯穿整个实验，表现为课前不预习，或预习很不充分，对实验原理和关键步骤似是而非；实验过程随意、马虎；完成实验报告不认真仔细.

　　由于教学内容多为验证性实验，方案是现成的.突出问题是学生在实验进行环节对老师的依赖很强，缺乏足够的积极性和主动性.教学方法上一般采取老师讲、学生听、然后实验的单向式教学模式.老师讲授实验内容、演示关键操作、提醒注意事项时，学生不主动做笔记、或做了笔记但归纳不出要点；实验过程照方抓药、不加思考，对判断不准或与描述不符的实验现象，不主动寻求老师的帮助和解答；对实验中由于过失而出现的异常情况听之任之，不积极予以纠正，如滴定过程中酸管漏液时随便糊弄几下就继续实验，而不是重新开始；对老师的要求、指导和提出的解决办法不予理睬，老师在场一个样，背后又是另一个样.

　　实验中另一突出问题是学生对准确的“量”的概念认识模糊.如准确称取基准物质时尽可能称至给定范围的上限，一不小心就称过量；又如加入指示剂时尽量多加，导致终点时溶液颜色过深而不易观察.此外学生对有效数字位数的多少认识不到位，导致记录数据和计算时随意取舍.

　　撰写实验报告时，学生常常分不清哪些内容需要重点突出和表达，致使表格设计方面存在问题；由于粗心大意导致公式抄写错误或计算错误；计算结果的有效数字位数不按运算规则而是随意取舍；对多次平行测定的意义理解不到位；对平均值、相对平均偏差、相对极差等基本概念、计算目的及其大小差异的认识模糊.

　　3 分析化学滴定实验教学改进建议
　　
　　针对我院历届学生存在的普遍性问题及原因分析，结合该课程特点，本文对进一步改进滴定实验的教学提出一些建议，希望学生能将各项要求转化为实验中的自觉行动.

　　老师在教学中力争创设有效的实验教学情境，可用生产生活中的实例充分强调该课程的重要性，以进一步唤起学生的重视，转变学习态度，提升学习兴趣；或以前述突出问题为引入，提醒学生思考.引导他们结合自身专业特点，有侧重点地学习.并对学生的各项要求、操作规范、注意事项进行课前详细说明，或张贴在实验室凸显位置，或印成小册子供学生阅读.

　　教学条件允许时，适当协调分析化学理论课和实验课的教学安排，有利于学生充分领会实验原理，熟悉实验关键环节.要求学生预习时充分结合理论课相关内容，列出实验流程图、数据记录表格等，理清思路，找到实验重难点；并将学生预习情况纳入判定成绩的依据之一.除讲解本次实验内容外，评讲学生在前一次实验及实验报告中存在的问题尤为重要.提示学生充分了解自身问题所在，有效避免错误的再次发生.此外，要反复强调准确的“量”的概念及对实验结果准确度的影响，加深学生的认识和把握，使他们主动克服实验中“量”的随意性.

　　老师进行课堂巡视是及时发现学生在各环节存在的问题并予以纠正的有效手段.对于学生操作不熟练和不规范的，要加强个别指导和反复训练.培养学生养成良好的实验习惯，使他们最大限度避免因粗心、马虎等引起的过失性错误.

　　注重评价内容的全面性，对学生在“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度价值观”三方面的表现进行全面评价，使他们充分重视实验预习、实验过程及数据处理与报告撰写的每个环节.对于免费师范生的教学，尤其应予以关注.

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