引导文教学法在《分析化学》教学中的应用案例

发布日期：2015-04-15 11:31:31   来源：    文章访问次数：次

       摘要：“我校生活饮用水的硬度是否符合国家标准？”这一问题涉及《分析化学》中的配位滴定法等知识点。笔者尝试在教学中运用引导文教学法引导学生解决问题，旨在使学生在一系列层层递进的问题引导下，利用已学知识，通过自身钻研、团队合作等方式逐渐深入最终解决问题。
       关键词：引导文教学法；分析化学；应用
       案例：我校生活饮用水的硬度是否符合国家标准？
       第一部分  教学设计 
       【教学班级】2009级粮食工程大专班
       【学情分析】
       （1）学生已完成对配位滴定法知识点的学习，具备一定的理论基础。
       （2）学生已熟悉滴定操作技术，具备一定的实践操作能力。
      【教学目标】
      （1）熟悉水硬度的相关知识，掌握EDTA标准溶液的配制和标定方法以及金属指示剂的应用条件和终点颜色变化。
      （2）学生通过上网、查阅书籍等途径收集资料，培养其借助媒介独立自主地获取信息的能力。
      （3）学生以小组的形式进行分工合作、解决问题，培养其团队协作精神、与人交流的能力，以及分析、解决问题的能力。
      （4）学生通过回答问题，锻炼其语言表达能力。
      （5）学生亲自动手设计、实施方案，检验学生对专业知识的掌握情况，培养学生对专业知识的综合运用能力以及实践动手操作能力。
      【教学内容】 见引导文
      【教学过程】
       引导、呈现、解决引导问题（1、2、3、4、5）    学生讨论制定测定水硬度的简案     课后学生通过查阅书籍收集资料制定测定水硬度的详案     学生根据方案进行实施    师生共同评价。

教 学 环 节	教 师 活 动	学 生 活 动	设 计 意 图	时间安排
引言	教师讲解	学生听讲、讨论	由现实生活引出课题	6分钟
什么是水的硬度？	教师提问并总结	学生合作回答问题	培养学生查找资料获取信息、解决问题的能力	5分钟
水的硬度分为哪几类？	教师提问并总结	学生合作回答问题	培养学生查找资料获取信息、解决问题的能力	5分钟
什么是硬水、软水？	教师提问并总结	学生合作回答问题	培养学生查找资料获取信息、解决问题的能力	5分钟
水的硬度如何表示?	教师提问并总结	学生合作回答问题	培养学生查找资料获取信息、解决问题的能力	5分钟
我国现行生活饮用水硬度的国家标准是什么?	教师提问并总结	学生合作回答问题	培养学生查找资料获取信息、解决问题的能力	5分钟
请制订一个测定我校水硬度的方案？	教师巡视，给予指导	学生合作讨论并发言	培养学生对专业知识的综合运用能力、团队合作意识以及语言表达能力	30分钟
讨论修改方案	教师巡视，给予指导	学生讨论，小组代表阐述方案	培养学生对专业知识的综合运用能力、团队合作意识以及语言表达能力	30分钟
实施方案	教师指导学生进行实践操作	学生以小组为单位进行实践操作，实施方案	培养学生的团队合作意识及实践动手操作能力	3小时
我校生活饮用水的硬度是多少？	教师提问并总结	各组代表回答问题	培养学生的语言表达能力	10分钟
我校生活饮用水的硬度是否符合国家标准？	教师提问并总结	各组代表回答问题	培养学生的分析、判断能力	10分钟

 
        引导文：
      【引言】         多年来，北京市房山区拱辰街道东羊庄村居民一直反映自来水硬度过高，烧出的水水垢特别多。抽取水样并由北京市自来水集团水质监测中心进行检测，结果显示，该水样的硬度为每升含碳酸钙524毫克（超标），属硬水，不符合饮用水标准，不宜饮用。
      【确定主题】
       我校生活饮用水的硬度是否符合国家标准。
      【学习目标】
       通过本次内容的学习，学生学会借助媒介独立自主地获取信息，以小组的形式进行研讨、解决问题。培养学生的团队协作精神，锻炼学生的专业技能、语言表达能力以及分析、解决问题的能力。
分组：结合学生的实际情况，我把全班学生分成5组，每组4～6人。
      【引导问题】
       （1）什么是水的硬度？
       （2）水的硬度分为哪几类？
       （3）什么是硬水、软水？
       （4）水的硬度如何表示?
       （5）我国现行生活饮用水硬度的国家标准是什么?
       （6）请制订一个测定我校水硬度的方案？
       （7）讨论修改方案。
       （8）实施方案。
       （9）我校生活饮用水的硬度是多少？
       （10）我校生活饮用水的硬度是否符合国家标准？
      【信息来源】
       （1)《分析化学》教材。
       （2)网站。
       第二部分  教学实施
       一、获取信息
       师：在房山居民饮用水硬度超标事件中，我们看到饮用水硬度超标给日常生活带来不便。那么，什么是水的硬度？
       生：水的硬度，最初是指水沉淀肥皂的能力，水中所含的钙、镁离子是使肥皂沉淀的主要原因。由钙离子形成的硬度叫做钙硬度；由镁离子形成的硬度叫做镁硬度。全部水的硬度是指水中除碱金属以外的金属离子浓度的总和。
      师：水的硬度分为哪几类？
生：水的硬度有暂时硬度和永久硬度之分，暂时硬度是指通过加热能以碳酸盐形式沉淀下来的钙、镁离子，即指在水中以碳酸氢盐形式存在的钙、镁离子。通过加热煮沸，暂时硬水变成了软水。永久硬度指加热后不能沉淀下来的钙、镁离子，如在水中以硫酸盐、氯化物等形式存在的钙镁离子。
      师：什么是硬水、软水？
生：天然水中常溶有各种钙盐和镁盐，因此含有Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-、CO₃^2-、Cl^-、SO₄^2-等，通常把只含有少量或不含Ca²⁺、Mg²⁺的水称为软水，把含Ca²⁺、Mg²⁺较多的水称为硬水。
      师：水的硬度如何表示?
      生1：由于Ca²⁺、Mg²⁺含量远比其它金属离子含量高，所以水的硬度通常是以Ca²⁺、Mg²⁺总量表示。
      生2：水的硬度是把Ca²⁺、Mg²⁺总量折合成CaO或CaCO₃的量来表示，各国对水硬度的表示方法不同。我国通常是以每升水中含CaO或CaCO₃的毫克数（mg/L）表示。
      生3：也有用含CaCO₃的物质的量浓度来表示的，单位取mmol/L。
      生4：还有用“度”表示的，即每升水中含10mgCaO为1度。
      师：我国现行生活饮用水硬度的国家标准是什么?是哪年修订的？
      生：我国现行生活饮用水的国家标准是由2006年制订并于2007年7月1日实施的GB5749—2006《生活饮用水卫生标准》，其中，规定饮用水硬度的指标及限值为：450mg/L（以碳酸钙计）。这是我国21年来首次对1985年发布的GB5749-85《生活饮用水卫生标准》进行修订。
       二、制定计划
      师：我校生活饮用水的硬度是多少？请制定一个测定水硬度的方案。
      生1：用EDTA作为标准溶液。
      生2：用铬黑T作为指示剂。
      生3：溶液由酒红色变成纯蓝色为终点。
……
       现以第一组为例，呈现他们的方案。
       准确秤取100mL水样，加入氨性缓冲溶液，调节pH为10，以铬黑T为指示剂，用EDTA标准溶液滴定至溶液由酒红色变成纯蓝色为终点，记下消耗EDTA的体积。根据公式计算水的总硬度。

样

      总硬度（ppm）=  
      师：如何制备EDTA标准溶液？
      生1：用金属锌进行标定。
      生2：还可以用铜、氧化锌、和纯碳酸钙等物质进行标定。
      师： 制备好的EDTA标准溶液一般贮存在玻璃瓶中还是塑料瓶中呢？
      生：塑料瓶中，若贮存在玻璃瓶中，则可能溶解玻璃中的钙生成CaY而使浓度逐渐降低。
      师：EDTA标准溶液的浓度一般配置成是多少呢？
      生：0.02 mol/L或0.05mol/L。
      师：各组设计的方案思路是正确的，但是太笼统，不够具体，有待进一步细化，课后请同学们查找相关分析化学教材或者上网等方式收集资料，把方案进一步完善。
      三、作出决定
师生共同对第一组的方案进行了修改，现以第一组为例，呈现他们修改、完善后的方案。
     1．配制250mL0.02mol/L EDTA溶液
计算配制250mL0.02mol/L EDTA溶液所需的EDTA的质量。按量秤取倒入400 mL烧杯中，加入200 mL蒸馏水，加热溶解，待溶液冷却后转移至塑料瓶中，稀释至250mL，充分摇匀。
     2．配制100mL 0.02mol/L Zn²⁺标准溶液
准确秤取配制100mL 0.02 mol/L Zn²⁺标准溶液所需的金属锌。放入150 mL烧杯中，盖上表面皿沿着烧杯嘴逐滴加入1：2HCl，待Zn完全溶解后，以少量蒸馏水冲洗表面皿，然后定量转移至100mL容量瓶中，加水稀释到刻度，摇匀。
    3．EDTA溶液的标定及浓度计算
用移液管准确移取10.00 mL Zn²⁺标准溶液于250 mL锥形瓶中，用约20 mL蒸馏水稀释，逐滴加入1：1氨水至刚出现浑浊，再加入10 mLNH₃-NH₄Cl缓冲溶液和两滴铬黑T指示剂，用待标定的EDTA溶液滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色，记下消耗EDTA的体积V_EDTA。平行测定两次，根据公式1计算出EDTA的实际浓度。
C_EDTA=  = （公式1）
    4．水的总硬度的测定
用滴定管准确移取50.00 mL水样于250 mL锥形瓶中，加入5mLpH=10的NH₃-NH₄Cl缓冲溶液，加入两滴铬黑T指示剂，用已知浓度的EDTA标准溶液滴定到溶液由酒红色变成纯蓝色为终点，记下消耗EDTA的体积（V₁）。平行测定两次，根据公式2计算水的总硬度。
 

样

总硬度（ppm）=  （公式2）
      四、实施计划
        1．配制250mL0.02mol/L EDTA溶液
用百分之一电子天平称取1.81gEDTA倒入400 mL烧杯中，加入200 mL蒸馏水，加热溶解，待溶液冷却后转移至塑料瓶中，稀释至250mL，充分摇匀。                
       2．配制100mL 0.02mol/L Zn²⁺标准溶液
用全自动电光分析天平称取0.1366g金属锌放入150 mL烧杯中，盖上表面皿沿着烧杯嘴逐滴加入1：2HCl，待Zn完全溶解后，以少量蒸馏水冲洗表面皿，然后定量转移至100 mL容量瓶中，加水稀释到刻度，摇匀。
       3．EDTA溶液的标定及浓度计算
用移液管准确移取10.00 mL Zn²⁺标准溶液于250 mL锥形瓶中，用约20 mL蒸馏水稀释，逐滴加入1：1氨水至刚出现浑浊，再加入10 mLNH₃-NH₄Cl缓冲溶液和两滴铬黑T指示剂，用待标定的EDTA溶液滴定至溶液由酒红色变成纯蓝色，消耗EDTA的体积为10.02mL（两次测定的平均值）。根据公式1计算出EDTA的实际浓度为0.01895 mol/L。
C_EDTA=  = （公式1）
      4．水的总硬度的测定
用滴定管准确移取50.00 mL水样于250 mL锥形瓶中，加入5mLpH=10的NH₃-NH₄Cl缓冲溶液，加入2滴铬黑T指示剂，用浓度为0.01895mol/L EDTA标准溶液滴定到溶液由酒红色变为纯蓝色，消耗EDTA的体积（V₁）为5.36mL（两次测定的平均值）。根据公式2计算出水的总硬度值为203.32mg/L。

样

     总硬度（ppm）=  （公式2）
          师：我校生活饮用水的硬度是多少？
         生1（第1组）：经测定，我校生活引用水的总硬度为203.32mg/L（以碳酸钙计）。
         生2（第2组）：经测定，我校生活引用水的总硬度为208.45mg/L（以碳酸钙计），小于国家标准450mg/L（以碳酸钙计），故符合国家标准。
……
         师：我校生活饮用水的硬度是否符合国家标准？
        生1（第1组）：我校生活引用水的总硬度（203.32mg/L）符合国家标准。
        生2（第2组）：我校生活引用水的总硬度（208.45mg/L）符合国家标准。
……
             五、检查与评价
             教师和学员之间以互动式交流的方式评估学员的学习效果。

组号	组长组 织能力 10%	组员参 与程度 10%	课堂纪律 15%	方案设计的合理性、操作的规范性及结果的合理性 30%	答案准确性 20%	语言表达能力 15%	总分

 

组号	组员	服从工作分配 （10%）	工作主动性 （15%）	合作意识 （20%）	课堂纪律 （15%）	回答问题的数量和质量 （20%）	总分
备注：每项得分需要说明理由，要本着公平公正的原则，所给分数尽量不要完全相同。

 

组号	姓名	服从工作分配 （10%）	工作的主动性 （15%）	合作意识 （20%）	课堂纪律 （15%）	回答问题的 数量和质量 （20%）	总分

 
 

组号	小组成绩	组员加分
	＜60分	每位组员减20分
	60～69	每位组员加1分
	70～79	每位组员加5分
	80～89	每位组员加10分
	90～100	每位组员加20分

姓名	组员成绩（zc）	组员平时成绩加（减）分
	＜60分	每位组员减7分
	60～69	每位组员加1分
	70～79	每位组员加3分
	80～89	每位组员加5分
	90～100	每位组员加7分
备注：zc=50%h + 50% z - ×20%

 
       第三部分  反思讨论
       1．古人云：“学起于思，思源于疑。”笔者根据教材内容，结合学生的自身条件，合理地创设一定的问题情境，即北京房山逾千户居民饮用水硬度超标事件，在教材和学生心里之间创造一种不协调，把学生引入一种与问题有关的情境中，引起学生的认知冲突，进而激发学生的认知兴趣和求知欲。这样，学生就会自觉地把注意力集中到学习中去，产生较好的教学效果。例如，在本次教学中，我没有将水硬度的相关知识直接以讲授的形式教给学生，而是先把学生引入到北京房山逾千户居民饮用水硬度超标事件中来，并设置一系列相关的问题链。学生在这种情境下表现出了浓厚的兴趣，一些平时表现不够积极的同学也能积极主动地参与进来，为教学的进一步进行奠定了基础。
        2. 施教之功，贵在引导。教学过程中，从查阅资料获取信息、制定计划、作出决定、实施计划到检查、评价，学生都以主人翁的身份直接参与，笔者只是起到一种点拨、引导的作用。例如，在制定计划时，各个小组先制定出方案，然后，教师在此基础上及时指出有待进一步完善的地方。体现以学生为中心的教学理念，有利于培养学生分析、解决问题的能力。
        3．在教学中，笔者先向学生展示引导问题，然后学生按照引导文查阅文献资料、结合实际分析问题、进行科学实验解决问题。例如，（问题5）我国现行生活饮用水硬度的国家标准是什么?学生通过上网查找资料生活饮用水卫生标准得以解决。学生通过查找书籍作出测定生活饮用水硬度的方案，然后通过做实验最终得出结果。通过这种方式进行教学，能够培养学生借助媒介独立自主地获取、处理加工信息的能力，有利于提高他们的自学能力。在教学中，教师要根据学生的实际情况向其提供获取信息的途径，以避免他们少走弯路或者全班同学都不知从何下手，挫伤积极性。
       4．考虑到学生之间的个体差异，笔者在教学中设置了一系列难度参差不齐的问题，例如，第1到第4个问题难度较小，后面的问题难度较大。这样就适应了不同层次学生的需要，使不同层次的学生都有能力去解决问题，充分挖掘每位各个层次学生的潜能，最大限度地调动学生学习的积极性和主动性。在设计引导问题时，要注意引导问题的全面、准确和适宜性。教师要充分挖掘教材内涵，充分了解学生的个性特点；用准确的语言，提出适宜学生学习的能涵盖教材所有知识点的引导问题，充分发挥引导问题的引导作用。
       5．在本次教学过程中，进行分组教学，即以小组为单位解决问题，有利于培养学生的组织能力、分工协调能力和团队合作精神。在分组时要注意好、中、差的合理搭配，组长要有一定的组织、协调能力。
       6．在实施计划阶段，学生根据自己设计的方案，亲自动手操作实施，用配位滴定法的理论知识去指导实践，有利于培养学生对专业知识的应用能力以及锻炼学生对天平的使用、滴定操作等实践动手能力。在这个阶段，老师一方面要组织好学生，避免出现混乱局面，另一方面要及时、耐心、细致地进行辅导，对于个别多次出现操作失败的小组及时给予鼓劲、树立信心并帮助找出问题。
 

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