戴宗 肖小華 胡玉玲 凌連生 謝天堯 朱芳 鄒小勇 李攻科 陳六平

(中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院 廣東廣州 510275)

線性掃描伏安法測定廢水中鎘離子的實驗是我院本科三年級上學(xué)期開設(shè)的電分析化學(xué)實驗，其目的是使學(xué)生：1) 掌握線性掃描伏安法的基本原理和基本方法；2) 掌握線性掃描伏安法的實際應(yīng)用過程；3) 通過進(jìn)一步引導(dǎo)，使學(xué)生了解該方法的特點以及與其他儀器分析方法的不同之處，包括：原子發(fā)射、原子吸收、質(zhì)譜、離子色譜等。通過該實驗，不僅能鞏固和提高學(xué)生對基礎(chǔ)原理和基本技能的掌握，同時還能將學(xué)生所學(xué)的知識應(yīng)用于實際，培養(yǎng)他們分析問題、解決問題和實際應(yīng)用的能力。

在以往的實驗教學(xué)中，通常是由實驗教師提前制備好汞膜電極。在實驗過程中，學(xué)生只需配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，在組裝好電解池后，直接利用教師制備的汞膜電極進(jìn)行測定。這種教學(xué)方式雖然保證了實驗的成功率，但容易給學(xué)生造成“儀器分析實驗就是配溶液”的錯覺，難以體現(xiàn)儀器分析的特點。更重要的是，由于指導(dǎo)教師過于追求實驗的成功率，在實驗教學(xué)中過多為學(xué)生“代勞”，大大降低了實驗挑戰(zhàn)性，減弱了實驗特點，難以引起學(xué)生的興趣，也達(dá)不到加深儀器分析理論的理解和理論聯(lián)系實際的目的。

為了加深學(xué)生對該實驗的理解和提高學(xué)生的實驗技能，經(jīng)過近兩年的實踐探索，本教學(xué)小組對該實驗進(jìn)行了大幅度的改革。主要是加強(qiáng)對學(xué)生實驗過程的訓(xùn)練，以提高學(xué)生的自主性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

本實驗修改后，具體實驗過程如下：用金盤電極為基底電極制備汞膜電極(金基汞膜電極)；配制一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，利用線性掃描伏安法，在同一根汞膜電極上分別測定標(biāo)準(zhǔn)溶液，并制作標(biāo)準(zhǔn)曲線；再利用上述汞膜電極測定廢水樣品，用標(biāo)準(zhǔn)曲線法獲得該樣品中鎘離子的濃度。

圖1 線性掃描伏安法的4種典型響應(yīng)

在實驗中，金基汞膜電極的制備雖不是實驗的知識要點，但卻是決定實驗成敗的關(guān)鍵。在制備汞膜電極過程中，金盤電極的拋光、黏汞的速度、汞膜電極的清洗和保存等步驟如操作不當(dāng)，均會影響實驗的響應(yīng)，進(jìn)而影響實驗結(jié)果。圖1為4種典型的實驗響應(yīng)，A為理想的線性掃描伏安響應(yīng)，電流達(dá)到極大值后迅速降低，在某一刻達(dá)到平衡，電流恒定；B與A峰形相似，表現(xiàn)出半峰，但峰尾隨電位的負(fù)移而快速升高，體現(xiàn)出明顯的析氫干擾；C為臺階狀峰形，且峰電位負(fù)移；D中無法判斷峰形。這些不同的實驗現(xiàn)象是由汞膜電極的制備狀態(tài)所決定的，并直接與電化學(xué)理論中的許多基本概念相關(guān)，如可逆反應(yīng)、準(zhǔn)可逆反應(yīng)、不可逆反應(yīng)、異相電子轉(zhuǎn)移速率和擴(kuò)散控制等。這些概念在本實驗中雖未作要求，但若能結(jié)合實驗現(xiàn)象對這些概念進(jìn)行介紹和解釋，對加深實驗的理解甚至對整個電分析化學(xué)知識的掌握均有幫助。

因此，我們在該實驗的教學(xué)中改變了以往的教學(xué)方式，要求學(xué)生自己制備汞膜電極。在實驗前，先詳細(xì)講解汞膜電極的制備要求和要點；在實驗過程中，針對學(xué)生的實驗現(xiàn)象，解釋導(dǎo)致不同結(jié)果的原因，并適時引入所涉及的電化學(xué)概念加以解釋，最后再次強(qiáng)調(diào)實驗的關(guān)鍵點，并與學(xué)生共同討論改進(jìn)的方法，要求實驗失敗的學(xué)生及時重復(fù)實驗。

我們總結(jié)了06級化學(xué)學(xué)院376位本科生的實驗結(jié)果，在最初的幾次實驗中，每次實驗的4 組學(xué)生中會有1～2組的實驗現(xiàn)象介于C與D之間，另2組的實驗結(jié)果也未達(dá)到正常響應(yīng)。通過教師和學(xué)生共同對實驗結(jié)果進(jìn)行比較，對異?，F(xiàn)象及產(chǎn)生原因及時分析，學(xué)生普遍對實驗的基本原理、方法，以及相關(guān)的基本概念、基礎(chǔ)知識等有較好的掌握。重做實驗的學(xué)生在看到自己通過努力改善了實驗結(jié)果，也增強(qiáng)了對實驗的信心和興趣，加深了對該實驗的印象。雖然開始學(xué)生用自制的汞膜電極不易獲得很好的實驗結(jié)果，甚至?xí)霈F(xiàn)重做實驗的情況，且實驗時間會延長，但指導(dǎo)教師只要把握實驗的成功率，則每次實驗中多數(shù)小組都能有較好結(jié)果，而且在無形中引入了競爭機(jī)制，能激勵學(xué)生在課前認(rèn)真預(yù)習(xí)，尋找制備金基汞膜電極的方法和要點以及影響實驗結(jié)果的各種因素等。

由于儀器分析實驗是采取大循環(huán)方式，通過學(xué)生的口耳相傳，學(xué)生們對該實驗普遍有很高的期待，實驗準(zhǔn)備充分、過程細(xì)致，重做實驗的組數(shù)越來越少，結(jié)果也越來越好，實驗所需的時間也大大縮短。在學(xué)期末對這376位學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，該實驗獲得了較好的評價。學(xué)生認(rèn)為：“這個實驗很有意思”，“電極的制備比較難，有挑戰(zhàn)性”，“從這個實驗學(xué)到了很多知識”。基本達(dá)到了提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識的目的。

經(jīng)過對該實驗的探討和改革，我們認(rèn)為：實驗教學(xué)應(yīng)始終堅持以學(xué)生為中心、以教師為主導(dǎo)的指導(dǎo)思想。學(xué)生主動學(xué)習(xí)是提高實驗教學(xué)質(zhì)量的根本[1]；要盡量讓學(xué)生動手，積極引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生對實驗的興趣；在實驗教學(xué)過程中，應(yīng)允許適度的“失敗”，讓學(xué)生有機(jī)會體驗“嘗試—失敗—思考—再選擇—再實驗”，經(jīng)歷這一完整的科學(xué)研究過程[2]，以提高實驗的趣味性和挑戰(zhàn)性，鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，培育學(xué)生的創(chuàng)新意識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲芯?。?dāng)然，在實驗中若重做組數(shù)太多，會打擊學(xué)生對實驗的信心，并導(dǎo)致“做不出來也無所謂”的消極情緒。只有在每次實驗中，學(xué)生的實驗結(jié)果產(chǎn)生明顯對照，才會激起他們的興趣，使他們在實驗時會更加認(rèn)真，對實驗過程的印象也能更深刻。

總之，在儀器分析實驗課中，強(qiáng)化學(xué)生能力的培養(yǎng)是實驗教學(xué)的根本[3]。不僅要使學(xué)生掌握儀器分析方法的基本原理和操作技能，而且要提高學(xué)生運用知識分析、解決問題的綜合能力。這才是儀器分析實驗課的教學(xué)目的，是我們努力的方向。

[1] 張培敏，陳恒武，郭偉強(qiáng)，等.大學(xué)化學(xué)，2007，22(2):10

[2] 馬志玲，黃濱，鄒小勇，等.大學(xué)化學(xué)，2003，18(5):15

[3] 趙慧.內(nèi)蒙古石油化工，2002，28:129