1、 Univ.Chem.2023,38(2),7176 71 收稿：2022-06-07；录用：2022-08-16；网络发表：2022-08-25*通讯作者，Email: 教学研究与改革 doi:10.3866/PKU.DXHX202206011 面向无机材料专业的案例式分析化学教学探索与实践面向无机材料专业的案例式分析化学教学探索与实践 王丛*，孙晓婷，周文婷，袁小航 石家庄理工职业学院机械工程系，石家庄 050000 摘要：摘要：化学分析在建筑材料试验检测中发挥着重要的作用，因此学好分析化学对无机非金属材料工程专业的学生来讲十分必要。本文探索了面向无机非金属材料工程专业的案例式分析化学教学
2、模式，将化学分析在建筑材料试验检测中的应用案例融入课程中，促进专业基础课程和专业的有效衔接；通过采取对比法和联想法等多种教学设计，引导学生积极参与到课程中来，加深学生对理论知识的理解，增强学生对分析化学在本专业中实用性和必要性的认识，做到因材施教和因需施教。关键词：关键词：分析化学；建筑材料试验检测；无机非金属材料工程；案例设计 中图分类号：中图分类号：G642.0；O6 Exploration and Practice of Case-Based Analytical Chemistry Teaching in Inorganic Materials Specialty Cong Wang*
3、,Xiaoting Sun,Wenting Zhou,Xiaohang Yuan Department of Mechanical Engineering,Shijiazhuang Institute of Technology,Shijiazhuang 050000,China.Abstract:Chemical analysis plays an important role in the testing and inspection of construction materials,thus it is necessary for students of inorganic nonme
4、tallic materials engineering to understand analytical chemistry well.In this article,a case-based analytical chemistry teaching mode for inorganic nonmetallic materials engineering majors is introduced,wherein application cases of chemical analysis in construction materials testing are integrated in
5、to the course,and an effective connection is made between the basic courses and the majors.Through a variety of teaching designs,such as comparative and associative methods,students are encouraged to participate actively in the course to deepen their understanding of theoretical knowledge,enhance th
6、eir understanding of the practicality and necessity of analytical chemistry in the major,and learn according to the material and needs.Key Words:Analytical chemistry;Construction materials testing and inspection;Inorganic non-metallic materials engineering;Cases design 1 引言引言 无机非金属材料工程专业是传统工科，该专业主要学
7、习和研究的内容就是水泥基复合材料及其制品，所涉及的主要原料有：水泥、粗细骨料、混凝土外加剂、矿质材料等建筑材料。这些建筑材料的质量是保证建筑工程质量的物质基础，在建筑材料质量和性能的评估过程中，化学分析方法具有不可替代的作用13。这要得益于化学分析法具有操作简单、耗时短、便于实行等优点。因此，对于无机非金属材料工程专业的学生来说，学习分析化学的重点是要学习一些化学分析的原理和方法，以实现最终在建筑材料性能试验检测方面的应用。72 大 学 化 学 Vol.38目前我们的分析化学教材是面向多个专业编制的，包括生物类、化学类、环境类、医学类、材料类等多个本科专业，书中介绍的知识点基础性强，应用示例普
8、适性强，而与学生所学专业的工程实践结合力度不够。比如，在讲解酸碱滴定法时，会介绍氢氧化钠(NaOH)和碳酸氢钠(Na2CO3)混合碱含量的分析；介绍配位滴定法时，会讲解水中钙离子(Ca2+)、镁离子(Mg2+)含量的分析。这些经典案例能很好地展示理论的应用，但是对于某些专业的学生来说，这些案例缺乏一定的有效性和针对性。同时，学生在初入大学时，缺少专业概念和工程概念，对于专业基础课程中的理论知识如何做到学以致用会产生一些迷茫和疑惑，难以做到分门别类、有的放矢的高效学习。而在大四进行专业课学习时，大部分学生对这些基础理论知识会产生不同程度的遗忘，难以建立相关知识点之间的联系，更多的是对试验操作步骤
9、死记硬背，而不去深究试验方法背后的原理。长此以往，学生逐渐失去主动学习的兴趣，变成以能通过考试、拿到学分为目的功利化学习46。结合无机非金属材料工程专业特点，本文介绍了在分析化学教学过程中，可以融入到课程中的一些化学分析在建筑材料检测中的贴近专业、实用性强的应用案例，并对教学方法进行了探索。通过这些案例的展示，使学生深刻理解理论在实践中的具体应用，锻炼学生运用专业学科知识解决实际问题的能力，增强学生的专业认同感、自豪感和使命感，旨在培养具备一定专业素质的工程型人才。2 分析化学专业案例教学方法探索分析化学专业案例教学方法探索 2.1 教学背景与教学思路教学背景与教学思路 化学分析法是一种经典的
10、分析方法，在检测过程中无需专门的仪器，检测方法容易理解和操作，受时间、地点的限制少，分析准确度和精密度较高，相对误差可以控制在0.1%0.2%，且化学分析方法成本较低。因此，一些小型的工厂、建筑工地、中小学校也都组建有自己的化学分析实验室。正是由于化学分析如此的“接地气”，也使得化学分析在建筑材料试验检测中得到了广泛的应用。甚至有专门规定了水泥化学检测方法的国家标准GB/T 1762017水泥化学分析方法7，详细介绍了水泥多种组分的化学检测方法；类似的有关化学分析方法检测标准还有GB/T 146842011建筑用砂8、GB/T 80772000混凝土外加剂匀质性试验方法9和JTG E30200
11、5水泥及水泥混凝土试验规程10等。这些试验方法的核心原理就是分析化学所讲的知识点，但是分析化学教材中所介绍的教学案例范围更大，学生在将分析化学知识点与专业实际应用相结合时，容易产生困惑，甚至找不到方向。这就要求教师在给无机非金属材料工程专业学生的授课过程中注重应用型和工程化教学，比如，在讲解沉淀滴定法时，通常会介绍几种根据人名命名的常用方法：莫尔法、佛尔哈德法、法扬司法等，学生难免会有浅尝辄止的感觉，会产生疑问：这些方法是怎么跟专业应用相结合的呢？这时，教师可以进一步地将GB/T 146842011建筑用砂中关于集料氯化物含量测定的试验融入讲解中7，这个试验采用的就是莫尔法。以这样一个符合专业
12、特点的案例来讲解生涩难懂的理论知识，不仅会让学生对这些知识点有更深刻的理解，激发学生的专业热情，同时引导学生提前了解国家标准，培养学生的工程伦理意识。2.2 教学案例设计和多样化的教学方法教学案例设计和多样化的教学方法 分析化学专业案例化教学可以与多种教学方法相结合，比如联想教学法、对比教学法，同时组织学生对案例进行分析讨论，达到有效理解概念、掌握规律的目的。2.2.1 氧化还原滴定法案例设计氧化还原滴定法案例设计 氧化还原滴定法是以氧化还原反应为基础的滴定分析方法，应用十分广泛，可以测定无机物和有机物，也有若干不同的滴定方式。氧化还原滴定法通常按照滴定剂的名称来命名其分类，比如高锰酸钾法、重
13、铬酸钾法、碘量法、间接碘量法、溴酸钾法、钒酸盐法和硫酸铈法。以碘量法为例，在教材案例讲解完毕的基础上，可以引入采用碘量法测定水泥中硫化物含量的No.2 doi:10.3866/PKU.DXHX202206011 73试验7案例。这是一种非常规测定硫化物的碘量法，试验中用的滴定剂是KIO3，不是常规的滴定剂KI和单质碘(化学反应式见表1)。使用这种碘量法可以让学生初步掌握不同的滴定剂在测试硫化物中的应用，学会具体问题具体分析。接下来以布置作业的形式引导学生查资料自学：在使用碘量法测定水中硫化物含量时的试验步骤和所用试剂有哪些，这些跟测定水泥中的硫化物含量有什么不同？通过比较学习学生会发现，测定水
14、中硫化物含量时使用的滴定剂是标准碘溶液，然后用NaS2O3对过量碘溶液进行返滴定，淀粉作为指示剂。这时可以抛出接下来的问题为什么同样测定硫化物的含量，所用的方法却不相同？学生继续带着问题去查资料，就会了解碘标准溶液滴定适用于测定含硫量(质量分数)w 0.01%的试样，对含硫量w 0.01%的试样最好用KIO3标准溶液滴定，因为它比碘溶液稳定，且灵敏度稍高。此外，通过了解碘量法测定水泥中硫化物含量的试验也会掌握在课堂上很容易忽略的一个知识点，那就是间接碘量法指示剂加入的时间问题。即考虑到终点滞后的影响，淀粉指示剂是在临近终点加入的。这样，利用碘量法灵活多样的应用案例，通过讲解自学讲解思考这样循循
15、善诱、层层递进的教学方式，让学生可以从多个角度逐步深刻地理解碘量法，及时找到课堂所学知识在实际生活中的映射，既拓宽了课程的知识面，又可使学生感受到学习的理论知识在本专业领域中实实在在的应用，具体设计思路如图1所示。此外还可以通过联想教学法将专业案例的讲解融入到教学中，使相关联的课程产生互动。比如，碘量法用于检测胶粘剂中游离甲醛(HCHO)的含量、利用铜还原-直接滴定法测定外加剂中还原糖含量这两个试验，教师可以通过留作业的形式，先组织学生查资料进行自学，然后开展翻转课堂讨论或小组研讨，让学生将得到的信息进行整理和分享。切入点就设置为分析化学与有机化学、分析化学与无机化学的交叉知识点是如何在这些试
16、验中体现。这样把一门课程的知识点放到知识系统中教给学生，加强学科渗透，使学生在掌握目前所学课程的同时，也加深了对以往课程的理解，充分调动学生的表现欲望，发挥其主体作用，提升发散思维和系统把握知识的能力，逐步建立完整的知识体系。表表1 化学分析在建筑材料试验检测中的应用实例化学分析在建筑材料试验检测中的应用实例 滴定分析方法 建筑材料试验项目 滴定反应 酸碱滴定法 外加剂氨释放量测定11 3244424242NH+H SO=NH HSO2NaOH+H SO=Na SO+2H O 水泥净浆氧化钙含量测定 222CaO+2HCl=CaCl+H ONaOH+HCl=NaCl+H O配位滴定法 水泥净浆氧化钙含量测定 Ca2+Y4=CaY2(Y4为EDTA酸根)氧化还原滴定法 水泥净浆氧化钙含量测定 2+224242424422422+42422Ca+C O=CaC OCaC O+H SO=CaSO+H C O2MnO+5C O=2Mn+10CO+8H O-水泥中硫化物的测定 23242242223324625H S+8KIO=4K SO+4I+H SO+4H O6Na S O+KIO+6HCl
