無(wú)機(jī)化學(xué)課案例教學(xué)綜述
時(shí)間:2022-04-27 11:42:00
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無(wú)機(jī)化學(xué)是醫(yī)藥院校的基礎(chǔ)必修課,它不僅為學(xué)生學(xué)習(xí)后繼課程打下必要的自然科學(xué)基礎(chǔ),還對(duì)培養(yǎng)學(xué)生理科素質(zhì)、科學(xué)思維方法和綜合能力具有重要意義。在教學(xué)實(shí)踐中,常常發(fā)現(xiàn)許多學(xué)生覺(jué)得無(wú)機(jī)化學(xué)枯燥無(wú)味,特別是與醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等相關(guān)專業(yè)課相比,無(wú)機(jī)化學(xué)被認(rèn)為是一門較難學(xué)的課程,課程結(jié)束后的補(bǔ)考率也比較高。為此,筆者近年在無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)中引入案例教學(xué),進(jìn)行有益的嘗試與探索。
1案例教學(xué)及其背景
所謂案例教學(xué)是指在教師指導(dǎo)下,把學(xué)生帶入具有一定代表性的典型事件的現(xiàn)場(chǎng),深入角色,再現(xiàn)案例情景,以提高學(xué)生實(shí)際運(yùn)作能力的一種教學(xué)方法。1921年,哈佛大學(xué)法學(xué)院首次將案例方法應(yīng)用于教學(xué)中。這種教學(xué)法強(qiáng)調(diào)在教學(xué)中由學(xué)生參與分析和討論個(gè)別案例,目的是通過(guò)對(duì)案例的認(rèn)識(shí)達(dá)到對(duì)法律規(guī)則的理解。到20世紀(jì)中葉,案例教學(xué)被美國(guó)所有的著名法律學(xué)院采用,并隨后逐漸被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)、心理學(xué)、管理學(xué)等學(xué)科的教學(xué)和研究中,尤其是應(yīng)用于美國(guó)的師范教育和師資培訓(xùn)并取得了很好的教學(xué)效果。目前,案例教學(xué)法已成為美國(guó)各種專業(yè)和職業(yè)教育中的一種重要方法。近年來(lái),國(guó)內(nèi)也有不少教師對(duì)此進(jìn)行了實(shí)踐,并認(rèn)為該教學(xué)法是非常有效的教學(xué)方法。
2無(wú)機(jī)化學(xué)案例教學(xué)步驟及示例
與其他課程類似,無(wú)機(jī)化學(xué)案例教學(xué)的步驟可分為:提供案例,組織討論(包括學(xué)生查閱資料、收集信息),教師評(píng)述,原理分析。與此相對(duì)應(yīng)的學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程應(yīng)是:案例情境,查閱資料、收集信息,分析材料,掌握原理及應(yīng)用。讓受教育者通過(guò)閱讀、分析和思考以及相互間進(jìn)行討論和爭(zhēng)辯,提高思維推理和處理問(wèn)題的能力。所設(shè)計(jì)的教學(xué)過(guò)程應(yīng)以學(xué)生的積極參與為前提,教師不是單純通過(guò)說(shuō)教,而是通過(guò)對(duì)具體事件的討論分析逐漸歸納出知識(shí)脈絡(luò)并解決問(wèn)題。通常采用問(wèn)題式案例來(lái)實(shí)施教學(xué),這些案例主要是來(lái)源于工作或生活實(shí)際,應(yīng)具有如下特點(diǎn):
(1)知識(shí)性:所選案例要具有一定的知識(shí)內(nèi)涵,學(xué)生可從中獲取知識(shí)。案例:某日某醫(yī)院內(nèi)科病房在給一病人靜脈滴注阿莫西林一克拉維酸后,接著滴注乳酸環(huán)丙沙星注射液,當(dāng)這兩種藥物在輸液器中混合后,出現(xiàn)大量微黃色的針狀結(jié)晶沉淀,而輸液瓶中的剩余環(huán)丙沙星注射液仍澄明。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn):阿莫西林.克拉維酸注射液的pH為8.76,當(dāng)pH降低至6.59時(shí)產(chǎn)生渾濁,pH低于4.13即有微黃色的針狀結(jié)晶析出。因此,阿莫西林一克拉維酸注射液與pH較低的藥物環(huán)丙沙星(pH為4.5~5.5)、慶大霉素(pH為4.0~6.0)配伍時(shí)即出現(xiàn)沉淀。滴加NaOH試液可使溶液pH升高后,溶液變?yōu)槌吻?。?wèn)題:①溶液的酸堿性如何劃分?②如何測(cè)定或計(jì)算溶液的pH?③物質(zhì)在溶液中形成沉淀,或沉淀的溶解與什么因素有關(guān)?如何控制?讓學(xué)生對(duì)這些問(wèn)題充分討論后,教師總結(jié):人體的許多生理現(xiàn)象和病理現(xiàn)象與酸堿平衡和沉淀平衡有關(guān)。人體體液酸堿平衡是人體的三大基礎(chǔ)平衡之一。占人體體重70%的體液有一定的酸堿度,并在較窄的范圍內(nèi)保持穩(wěn)定,這種酸堿平衡是維持人體生命活動(dòng)的重要基礎(chǔ)。如果這一平衡被破壞,就會(huì)影響生命的正常活動(dòng),發(fā)生酸中毒或堿中毒并導(dǎo)致各種疾病。臨床上常用乳酸鈉糾正代謝性酸中毒,用氯化銨治療堿中毒。藥物的制備、分析和藥理作用研究也常常涉及酸堿反應(yīng)和沉淀反應(yīng)。許多藥物本身就是酸或堿。為保證臨床用藥的安全性及有效性,應(yīng)注意不同藥物溶液的pH差異,避免因藥物溶液pH改變?cè)斐傻牟涣己蠊?/p>
(2)典型性:所選案例要能夠說(shuō)明一類或一組事件,經(jīng)典、典型。案例:實(shí)驗(yàn)室中所用的鉻酸洗液是重鉻酸鉀飽和溶液和濃硫酸的混合物,是一種棕紅色的強(qiáng)氧化劑,常用于洗滌化學(xué)玻璃器皿,以除去器壁上附著的油污層。洗液經(jīng)使用后,將由棕紅色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榘稻G色,若全部變?yōu)榘稻G色,表明洗液已失效。大量使用鉻酸洗液容易造成環(huán)境污染,現(xiàn)在鉻酸洗液已逐漸被其他洗滌劑所替代。問(wèn)題:①鉻酸洗液的洗滌原理是什么?②為什么說(shuō)鉻酸洗液若全部變?yōu)榘稻G色,表明洗液已失效?③根據(jù)已學(xué)習(xí)過(guò)的P區(qū)元素的知識(shí),從常見(jiàn)的化學(xué)試劑中選擇合適的洗液代用品,并說(shuō)明理由。教師分析總結(jié):配制洗液時(shí),將濃H:S0與K2Cr20混合,有CrO紅色針狀晶體析出。洗液實(shí)際上是利用CrO的強(qiáng)氧化性及H:s0的強(qiáng)酸性,當(dāng)洗液由棕紅色轉(zhuǎn)變?yōu)樽鼗虬稻G色時(shí),表明大部分cr(Ⅵ)已轉(zhuǎn)化為cr(1I),洗液基本失效。若全部變?yōu)榘稻G色,表明洗液已完全失效。由于鉻(VI)污染環(huán)境,是致癌物質(zhì),因此目前已很少使用。作為該洗液的代用品,可選王水,其組成為(濃硝酸):V(濃鹽酸)=1:3。
(3)針對(duì)性和啟發(fā)性:這類案例必須與教學(xué)內(nèi)容一致,這也是正確分析案例的保證;通過(guò)分析案例啟發(fā)學(xué)生思維。案例:FeSO-7H:O為綠色晶體,俗稱綠礬。它是一種重要的亞鐵鹽,醫(yī)藥上作內(nèi)服藥劑治療缺鐵性貧血;在農(nóng)業(yè)上用作殺菌劑,可防治小麥等農(nóng)作物的病害;工業(yè)上用于制造藍(lán)色墨水以及防腐劑和媒染劑。人們常常發(fā)現(xiàn)久置的亞鐵鹽溶液中會(huì)有棕色的堿式鹽沉淀生成,因此通常使用時(shí)需新鮮配制;配制時(shí)需加適量的酸以及少量單質(zhì)鐵或其他抗氧化劑。問(wèn)題:①使用一定濃度的亞鐵鹽溶液為什么需要新鮮配制?②配制亞鐵鹽溶液時(shí),為什么需加適量的酸以及少量單質(zhì)鐵或其他還原劑?它們起什么作用?可否用硝酸來(lái)配制亞鐵鹽溶液?③FeSO•7HO以及其他的亞鐵鹽固體應(yīng)當(dāng)如何保存?教師引導(dǎo)學(xué)生討論、分析所提出的每一個(gè)問(wèn)題,最后總結(jié)歸納亞鐵及其鹽的重要性質(zhì)。
(4)趣味性:可調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。案例:金紅石型納米二氧化鈦是一種熱穩(wěn)定性優(yōu)良的抗菌納米復(fù)合環(huán)保涂料,具有抗菌效果好、功效長(zhǎng)、廣譜抗(殺)菌、對(duì)人體及動(dòng)物無(wú)毒性等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明,這種涂料通過(guò)接觸作用對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌24小時(shí)的殺滅率達(dá)到90%以上。因此常被用作醫(yī)院門診、病房的室內(nèi)墻面涂料,起抗菌和降低污染的作用。它的制備方法有多種,常用的方法為:以TiC1、鹽酸為原料,在冰水浴冷卻下將TiC1緩慢滴人蒸餾水中,連續(xù)攪拌,配成一定濃度的水溶液為儲(chǔ)備液,與鹽酸、蒸餾水按一定比例配制混勻后升溫、攪拌,在一定溫度下保溫?cái)?shù)小時(shí),將所得水解產(chǎn)物過(guò)濾、洗滌直至濾液呈中性(即無(wú)C1一),經(jīng)加熱干燥即可制得TiO粉體。在制備過(guò)程中,鹽酸的加入量對(duì)沉淀產(chǎn)物形成金紅石型TiO,有重要影響。問(wèn)題:①你可否寫(xiě)出該制備過(guò)程的主要反應(yīng)式?②制備過(guò)程中,如何檢驗(yàn)濾液呈中性無(wú)cl一離子?③為何加入鹽酸的量對(duì)形成金紅石型TiO有重要影響?分析總結(jié):該制備方法主要是利用TiC1的易水解性,其反應(yīng)式可見(jiàn)教材中相應(yīng)章節(jié)的內(nèi)容。濾液中有無(wú)cl一,可加入AgNO溶液檢驗(yàn)有無(wú)白色沉淀即可。實(shí)驗(yàn)證明,不加鹽酸時(shí),所得水解產(chǎn)物呈膠體沉淀狀態(tài),無(wú)法用普通過(guò)濾方法截留沉淀物;例如1L的反應(yīng)液,當(dāng)加入10mL鹽酸時(shí),產(chǎn)率為52%,加入量為20mL時(shí),產(chǎn)率為94%。但鹽酸的量繼續(xù)增加,則TiO。的收率反而降低。原因是鹽酸(HC1)是TIC14水解反應(yīng)中的生成物,根據(jù)化學(xué)平衡原理可知其在體系中含量過(guò)高,會(huì)抑制水解反應(yīng)進(jìn)行,使產(chǎn)率降低。
(5)實(shí)踐性:與學(xué)生的實(shí)踐需求相吻合,對(duì)學(xué)習(xí)有指導(dǎo)意義。案例:臨床上常用KMnO作為消毒防腐劑。例如,0.02%~0.05%的KMnO溶液常用于沖洗黏膜、腔道和傷口,0.1%的KMnO溶液可用于有機(jī)磷中毒時(shí)洗胃等。在日常生活中,一定濃度的KMnO溶液可用于飲食用具、器皿、蔬菜、水果等消毒;在醫(yī)藥化工中,可用于生產(chǎn)維生素C、糊精等;在輕化工業(yè)中用作纖維、油脂的漂白和脫色,具有廣泛的用途。問(wèn)題:①臨床上使用KMnO作消毒劑和防腐劑,實(shí)際上是利用它的什么性質(zhì)?②上述高錳酸鉀溶液,是酸性溶液還是堿性溶液?③應(yīng)如何保存KMnO?如此通過(guò)具有知識(shí)性、典型性、針對(duì)性、啟發(fā)性、趣味性和實(shí)踐性的案例內(nèi)容,對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講授,可彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的局限,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性。
3課程教學(xué)效果
案例教學(xué)改變了過(guò)去那種以教師講授為主的教學(xué)方法,取而代之的是以各種案例作為相關(guān)化學(xué)理論的載體,給原理的講解提供一個(gè)切入點(diǎn),使教理和教例一體化,具體與抽象相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。這更有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握及能力的培養(yǎng)。據(jù)初步統(tǒng)計(jì),開(kāi)展無(wú)機(jī)化學(xué)案例教學(xué)后,無(wú)論是學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)情況,還是考試成績(jī)或?qū)W校教務(wù)處教學(xué)質(zhì)量檢查,都表明該課程取得了令人滿意的教學(xué)效果。在學(xué)期結(jié)束時(shí),我們就案例教學(xué)的有關(guān)問(wèn)題,進(jìn)行了一次無(wú)記名問(wèn)卷調(diào)查。有效調(diào)查人數(shù)為127。結(jié)果如下:95%(121人)的學(xué)生認(rèn)為案例教學(xué)在剛開(kāi)始時(shí)要花相當(dāng)多的時(shí)間預(yù)習(xí),有一定的難度,但大約在第三章教學(xué)后就適應(yīng)了。80%(102人)的學(xué)生認(rèn)為案例教學(xué)能促進(jìn)對(duì)無(wú)機(jī)化學(xué)知識(shí)特別是相關(guān)原理的理解和記憶。調(diào)查還顯示,案例教學(xué)有助于對(duì)學(xué)生自學(xué)能力、學(xué)習(xí)興趣、分析問(wèn)題、思維方法和化學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)。