第２９卷第１０期 ２０１５年１０月 化工时刊 Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｔｉｍｅｓ Ｖｏ１．２９，Ｎｏ．１０ Ｏｃｔ．１０．２０１５ ｄｏｉ：１０．１６５９７／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ．１００２—１５４ｘ．２０１５．１０．０１４ 基于案例驱动教学模式的 大学基础化学课程设计 以“配位滴定法＂为例 刘广卿 张长丽 胡耀娟 陈昌云 薛蒙伟 （南京晓庄学院环境科学学院，江苏南京２１Ｉ１７１） 摘要以建构主义理论为指导，采用案例驱动教学模式，对大学基础化学“配位滴定法”课程进行设计；在课的引 入、知识点讲授、思维训练等环节选择不同的案例进行分析；学生在一系列问题的探究之后，自主完成知识体系的构 建，掌握分析问题、解决问题的思路。通过总结性评价和形成性评价相结合的方式评价学生的学习情况。 关键词教学设计大学化学建构主义案例驱动配位滴定法 “建构主义＂指导思想案例驱动 教学模式的确立 大学基础化学是我校大类招生背景下理科大类 定法（６课时）、配位滴定法（５课时）、氧化还原滴定 法（４课时）、沉淀及重量分析法（２课时），前ｌ２课时 较多的以讲授为主，奠定学生滴定分析的基础知识和 浅显的滴定分析思维；后６课时时间短，知识点较多， （包含化学、食品科学、生物、环境工程、地理等专业） 专业类平台课程，授课时间为大学一年级第二学期； 该课程为４２课时，包括无机化学和分析化学两部分。 鉴于我校２０１３年第一次大类招生，分流时几百名学 生仅有ｌ５名学生选择化学专业。因此，本次面向理 科大类四百多名学生开设的大学基础化学，其中一个 重要的教学目标是让学生正确了解化学、明白化学在 需要学生能够掌握学习策略、迁移应用，自主学习。 因此配位滴定法教学过程确定以建构主义理论作为 教学设计的指导思想（图１）。 Ｉ ｆ ｆ Ｈ鬣 ｆ １ ｆ 岔磊息蒜龛ｌ ｆ ｆ ｆ 思维科 大 普 学 案 生 例 创 新 实 设 用 置 性 问 、 题 综 知 识 生活和生产中的重要性、化学知识学习的趣味性，在 专业选择时能够考虑选择化学专业；另外，该课程的 课时是从无机化学和分析化学专业课中划分所得，必 须在规定的时间完成课程的教学内容达到相应的知 识目标。所以本课程的教学需要精心设计，既能体现 化学专业的内涵特点、应用性，引起学生的专业兴趣； 更重要的是提高学习效率，掌握学习策略，并能够迁 移运用，形成学习能力 。 实 验 案 例 合 笥 案 例 发迁 展移 训 练 图１ 教学设计的总体框架 建构主义提倡在教师指导下的、以学习者为中心 的学习。教师作为意义建构的帮助者、促进者，在教 学设计中需创设所学内容“意义建构”的学习情 境 ］。因此，在教学设计中采用案例教学 。即在 教学的不同环节插入相应的案例，创设与所学知识内 容意义建构相关的学习情境，学生通过“协作”和“会 话”对案例进行分析，自主学习、掌握关键的知识点、 大学基础化学化学分析部分的课程安排为数据 分析（４课时）、滴定分析基础知识（２课时）、酸碱滴 收稿日期：２０１５—０９一Ｏ８ 基金项目：国家自然科学基金（Ｎｏ．２ｌ４ＪＤｌ１０６）；江苏省自然科学基金（Ｎｏ．ＢＫ２０１４００９０）；南京晓庄学院校级科研项目（Ｎｏ．２０１３ＮＸＹ０３） 作者简介：刘广卿（１９７９～），男，博士，讲师，从事分析化学相关课程的教学及科研工作，Ｅｍａｉｌ：０５３９１ｉｕｇｕａｎｇｑｉｎｇ＠１６３．ＣＯｉｌ１；通讯作者：张长丽 （１９８０～），女，博士，讲师，从事分析化学相关课程的教学及科研工作，Ｅｍａｌｌ：ｚｈａｎｇｃｌ＠ｎｊｘｚｃ．ｅｄｕ．ｃ“ 一４１— ■墨圆２０１５．Ｖｏ１．２ｇ，Ｎｏ．１０ 教改论坛 部分的重点，引人案例“水硬度的测定”。水分析对 水资源保护、水资源合理开发和利用、水污染处理等 有重要的意义；其中水硬度的测定，实验操作简单，现 象明显，知识点容易掌握和应用。根据拟定的“水硬 度测定”方案流程图（图２），设置思考题引导学生学 自主构建本单元的知识体系、掌握学习策略，最终达 到知识内容“意义建构”的教学目标，能够分析、解决 问题。 ２．１课程引入 习，学生通过“协作学习”和“会话”完成思考题、自主 科普知识，引出定量分析的意义。配位滴定法分 构建单元知识体系，以形成性评价评价学习效果。 析对象大多数为金属离子，以目前众人关注的话题 “健康养生”为引子，科普人体内金属离子的种类、含 量和功能，得出定量分析金属离子浓度的重要性。案 基 指 准 基准浓 厦 如刀 何滴定指 示 例有：（１）成人体内钙离子的含量、分布、功能；体内 物 物计 剂 消条剂 配算 除件 制公 镁 钙含量的测定意义；如何补钙等。（２）铬元素对人体 式 的 有两面性：低价态的铬，能参与糖和脂肪类物质的代 扰 谢作用，并促进人体的发育成长。缺少低价铬，胰岛 素的作用很快下降，严重时可患糖尿病。高价态的铬 图２“水硬度测定”方案流程图 可以干扰很多重要酶的活性，破坏肝、肾的重要功能， ２．２．２需要思考的问题 严重的引起癌症。 分析该案例，学生需要思考以下问题： 有趣的实验案例，激发学生的学习兴趣。授课期 （１）标定ＥＤＴＡ的基准物有哪些，哪一个最合 间，学校正在组织学生申报大学生创新项目，学生存 适，为什么？ 在许多困惑；如什么是科研创新，大一的学生能够完 （２）选择合适的基准物后，如何配制？ 成什么样的创新项目等。课程中以渤海大学学生创 （３）如何根据基准物的质量计算ＥＤＴＡ的浓度？ 新性实验《大学生头发中金属元素含量与其年龄和 金属离子直接滴定的判据 （４）单一金属离子直接滴定的判据是什么？ 性别之间关系的调查分析》为案例 ，让学生了解大 滴定条件 （５）ＥＤＴＡ滴定Ｃａ¨、Ｍｇ¨总量的条件、指示 学生创新并不是解决重大的科学问题，更多的是培养 剂、终点颜色的变化？ 创新思维，应用所学知识分析问题解决问题。该案例 含量计算公式 （６）ＥＤＴＡ滴定ｃａ 的条件、指示剂、终点颜色 实验结果引发学生的学习兴趣、开阔学生创新项目选 的变化？如何消除Ｍｇ“的干扰？ 题思路。引导学生该类分析的关键点是如何定量分 ２．２．３单元知识的构建 析这些金属离子，指导学生首先要了解这些体系中金 通过对这一系列问题的探究，自主完成知识体系 含量¨ 公式 属离子的含量范围，确定采用仪器分析法还是化学分 的构建（图３）。对于待测金属离子，根据金属离子直 析法。当然，这些体系离子的分析应使用仪器分析， 接滴定的判据，判断离子能否被直接滴定；如果能够 如原子吸收分光光度法或电感耦合等离子体质谱法 被直接滴定，如何获得标准的ＥＤＴＡ溶液，选择何种 （ＩＣＰ—ＭＳ）。但是这些仪器测试需要标准溶液作标 指示剂，根据化学计量关系计算测定结果。 准曲线，部分标准溶液浓度的确定采用的分析方法就 是“配位滴定法”。 ２．２知识点讲授 案例的引人，课程顺利的进入知识点的学习环 节。根据滴定法的思路，学习的知识点有配位滴定法 图３单元知识体系的构建 常用滴定剂、滴定条件、指示终点的办法、化学计量关 ２．２．４效果评价 系计算等。 案例分析完，安排一些小练习评价教学效果。以 ２．２．１ 案例设计 选择题和填空题的形式考察金属离子直接滴定的判 讲述完ＥＤＴＡ基本性质后，让学生系统的掌握这 据、金属指示剂的作用原理、标准溶液的配制等知识 一４２一 刘广卿等基于案例驱动教学模式的大…… 点（题目略），设置以下两个计算题 考察学生分析、 计算能力。 题１：称取０．１００ ５ ｇ纯ＣａＣＯ３溶解后，用容量 瓶配成１００．００ ｍＬ溶液。吸取２５．００ ｍＬ，在ｐＨ＝１２ 时，用钙指示剂指示终点，用ＥＤＴＡ标准溶液滴定，用 去２４．９０ ｍＬ。试计算ＥＤＴＡ溶液的浓度。 题２：用０．０１０６ ０ ｍｏｌ・Ｌ ＥＤＴＡ标准溶液滴定 水中钙和镁的含量，取１００．０ ｍＬ水样，以铬黑Ｔ为指 示剂，在ｐＨ＝１０时滴定，消耗ＥＤＴＡ ３１．３０ ｍＬ。另 取一份１００．０ ｍＬ水样，加ＮａＯＨ使呈强碱性，使 Ｍｇ“成Ｍｇ（ＯＨ） 沉淀，用钙指示剂指示终点，继续 用ＥＤＴＡ滴定，消耗ｌ９．２０ ｍＬ。计算：（１）水的总硬 度（以ＣａＣＯ ｍｇ・Ｌ 表示）；（２）水中钙和镁的含量 （以ＣａＣＯ３ ｍｇ・Ｌ 表示） ２．３思维发展训练 在水硬度测定中，学生学习的是分析测试具体内 容。为了进一步培养学生的分析思维，应用所学知识 分析、解决问题的能力，引入案例“女儿村”（来源百 度文库）。 ２．３．１ 案例内容 福建省清流县高坂村从１９６５年起的２Ｏ多年中， 全村只生女婴，成为远近闻名的“女儿村”。然而， １９８９年高坂村人放弃饮用多年的井水，安装上自来 水管，把山泉水引进各家各户，奇迹出现了，村中降生 了男孩。 ２．３．２解题思路 设置以下问题明确解题思路：（１）检索水中哪些 有害物质能对遗传因素产生重大影响？（２）调查该 村附近的工业情况；（３）测定井水、山泉水的所有金 属元素。 文献调研：检索水中哪些有害物质能 对遗传因素产生重大影响 实地考察：调查该村附近的工业情况 实地分析：测定井水、山泉水的所有 金属元素及其含量 图４“女儿村”案例分析图 指导学生，查阅资料。镉在人体内聚集到一定浓 度，不但会导致“痛痛病”，还会破坏男性生殖系统， 造成精子数量和活动能力降低，其中带Ｙ染色体的 精子的活力受到的影响更大，其成活率比含有Ｘ染 ２０１５．Ｖｏ１．２９，Ｎｏ．１０ 蜀圆 色体的精子要低，而带有Ｙ染色体的精子与卵子结 合才能孕育为男孩。至此，导致“女儿村”原因被找 出。 给出了当年有关科研部门实地考察的结果：该村 附近有个大的旧镉矿，村民们饮用井水中含镉量较 高。 实验测定井水和自来水中Ｃｄ２ 的含量。把井水 和自来水看作Ｃｄ¨单一离子体系，ｃｄ 与ＥＤＴＡ形 成配合物的稳定常数为ｌ６．４６，根据国家饮用水标准 Ｃｄ“含量低于０．００５ ｍｇ・Ｌ （４．４ Ｘ １０～ｍｏｌ・ Ｌ ），满足单一金属离子准确滴定的条件１ｇ（ｃＭＫ— ＭＹ）＞／６ ５ Ｊ，可以用ＥＤＴＡ直接滴定。以铬黑Ｔ为指 示剂，ｐＨ＝１０的条件下，用ＥＤＴＡ滴定Ｃｄ２ ，根据滴 定的ＥＤＴＡ的浓度和体积计算出试样中Ｃｄ“的含 量。另外，告诉学生，井水和自来水都属于混合体系， 其中Ｃｄ２＋的含量属于痕量分析，测定易受共存离子 干扰；对于痕量分析，则是由于化学分析法的检测限 达不到测定的要求而不能应用。。 文献调研、实地考察与实验测定三者的结论相吻 合，的解决问题；建立了科学解决问题的思维。 ２．４教学评价方案 采用形成性评价和总结性评价 方案相结合对 教学效果进行评价，评价内容主要围绕三个方面：自 主学习能力；协作学习过程中作出的贡献；是否达到 意义建构的要求。设计出使学生不感到任何压力、乐 意去进行，又能客观地、确切地反映出每个学生学习 效果的评价方法。 在整个教学过程中，设计多个形成性评价的环 节，包括课堂和课间的小练习，在各种体系离子定量 分析的教学过程中对学生学习策略迁移能力的评价。 总结性评价方式为“作业：将身边出现的问题作为案 例，采用分析化学中的分析方法解决问题”；几位同 学为一个小组协作完成一份分析报告和一份ｐｐｔ文 档，并进行５—７分钟的口头报告，该作业的评价方式 见表１。２周后，学生进行口头汇报本组作业情况。 课外跟踪作业完成过程，每个小组组长进行详细分 工，每位同学都积极参与资料的收集、分析方案的讨 论、分析报告的撰写、ｐｐｔ制作、１３头汇报等工作。综 合性得分情况见表１，８组同学在案例内容方面得分 相差不多，每个小组能够按照要求将所选案例描述清 楚；而在ｐｐｔ制作与１：３头汇报体现出差异，这也体现 ．． ——４３．－－—— 盈蟹圆２０１５．Ｖｏ１．２９，Ｎｏ．１０ 教改论坛 动探索，应用所学的知识，通过协作学习，不断的概 括、提炼，形成深层的知识和思维建构，达到对当前所 出学生个体的基础差异；善于组织、发挥每位同学优 势的小组最终获得较好的分数。 该评价方案使学生对自己感兴趣的分析对象，主 学知识的意义建构的目的。 表１案例分析评价表 １Ｊ］Ｊ １Ｊ １Ｊ］Ｊ 日绪塞适 案例驱动建构理论指导教学模式虽然增加了任 京：人民教育出版社，１９９４． 何克抗．建构主义的教学模式、教学方法与教学设计 ［Ｊ］．北京师范大学学报（社会科学版），１９９７，０５：７４～ ８１． 课教师的工作量，除了备课还需要备学生，有时课堂 上会因为一些学生的想法而争论，课后遇到好学的同 学继续“纠缠”；就是在这样反复的师生互动、问题的 耿瑁．化学案例教学初探［Ｊ］．化学教育，２００１，０４：１０～ １１＋３０． 蔡艳荣，黄宏志，张婷婷等．大学生头发中金属元素含 解决、分析方法的完善，大大提高了学生的学习兴趣； 在完成总结性评价作业时，增强了学习的主动性，更 好地学会了如何去发现问题、思考问题并且寻找解决 问题的方法。 参考文献 量与其年龄和性别之间关系的调查分析［Ｊ］．理化检验 （化学分册），２０１ｌ，０１：１０４～１０５＋１１３． 华东理工大学分析化学教研组等．分析化学［Ｍ］．第六 版．北京：高等教育出版社，２００９． 邓海山．基于真实情境下问题探究的分析化学课程设 计——以“一元弱酸、弱碱及多元酸碱的滴定”为例 ［Ｊ］．大学化学，２０１３，０４：２４—２７， ［１］ 施良方．学习论：学习心理学的理论与原理［Ｍ］．北 工信部将对含化工等１３个行业９２１项标准进行修订 工信部近日印发２０１５年第三批行业标准制修订计划，共安排项目计划９２１项，其中制定６９９项，修订２２２项。 这些标准制修订计划涉及化工、石化、建材、钢铁、有色、机械、汽车等１３个行业，包括产品类标准８４０项，工程建设标准６６ 项，节能与综合利用标准１５项。 ～４４～
