磷含量测定实验教学逆向思维在污水中总中的应用

文/龙威

逆向思维在高校实验教学中具备较大的优势// 本文借助污水中总磷含量测定实验教学为例，诠释了逆向思维实验教学方法的实施。它大大促进了学生创新能力的培养，激发了学生学习的热情，较好地锻炼了学生主动发现问题、分析问题、解决问题的能力。针对国内高等教育的实验教学改革，探明和开拓了新的发展思路。

高等教育的高速发展，越来越要求培养人才需更重视核心专业技能的培养，突出学生的实际动手能力与创新能力，已更好地锻炼学生适应社会工作的需要。当今时代，应用化学、化学工程与工艺、工业分析、材料控制工程等专业的本科生在社会就业市场上仍有很大的缺口，大量的以生产和检测为主体的国有企业、民营企业、外资企业等，需要大量具备较高实验技能的本科人才，这与高等教育中的实验教学息息相关。

以往的实验教学方法，已经突显了“照本宣科”的弊病，若本科学生拿到了实验教材或讲义，只照搬实验教程上的相关要求和步骤去实施，极大地削弱了本科学生自己发现问题、解决问题等积极性，常规性地照搬教材上知识或步骤，不利于学生的核心实验技能的高效培养与锻炼。

污水中总磷含量的测定是一项综合性的实验，考查了学生对磷元素测定的认识，通过实验方法掌握磷钼蓝分光光度法的运用，通过复杂的多步反应，将含磷元素的物质进行转化，有效地锻炼了学生的实际问题分析能力。通过学生自主完成实验、数据分析、优化参数等掌握污水中磷元素的测定方法，在工业分析或环境水质监测中具有较广泛的用途，在化工、化学、材料、环境等专业的基础实验中具有重要地位。本文拟将逆向思维法灌入污水中总磷含量的测定的实验教学中，通过逆向思维引导学生自主发现问题、提出方案、解决问题等能力，实现了高等教育实验教学的创新与改革，有利于学生专业技能的培养。

污水中总磷含量的测定实验的常规教学法为实验预习→实验准备→实验讲解→实验开展→实验报告，大多数学生对磷钼蓝分光光度法十分陌生。由于磷元素的氧化数很多，对不同形态的含磷物质进行预处理和稀释，配制标液及掌握磷钼蓝分光光度法的原理，需要消耗很多时间，理论上理解十分抽象。实验中试液和采样的配制环节多，二氯化锡(SnCl2)、抗坏血酸(C6H8O6)、钼酸铵((NH4)6Mo7O24)、酒石酸锑钾(KSbC4H4O7)、磷酸二氢钾(KH2PO4)等试剂是很多学生首次接触，实验过程的理解与推进比较棘手，也成为本实验开展较难的主要原因。逆向思维法则能很好地解释本实验过程，总磷的含量→吸光度检测→标准吸光度曲线的制作→标准液配制→实验原理，我们将传统的实验环节与逆向思维教学法的环节设计如图1所示。

图1 传统教学模式与逆向思维教学模式构成

在传统教学模式中，教师完成了实验讲解→实验准备→实验督查等主要任务，学生是被动受到灌输式教育，主要精力集中在实验过程及实验报告上，由于实验的时间有限，很多学生就直接照搬实验教材或讲义上的内容进行盲目套用，学生的自主探究能力没有得到有效的开发。相反来说，在逆向思维教学模式中，教师的工作量得到分散和减轻，提出污水中含磷总量的测定问题，由学生去寻找如何利用朗伯-比尔定律的线性关系，然后进行磷钼蓝分光光度法的探索，从而很顺利地理解试液配置的方法、吸光度曲线的绘制等，从而明白了为何需要使用钼酸铵与酒石酸锑钾，进一步渗透了实验原理，从根本上解决试剂繁多如何应用的理解盲点，疏通了实验思路，有利于学生自主探究能力与创新能力的发挥。

逆向思维实验教学法并不是一味的让学生独立自主探究，而是在有科学指导的情况下进行分步引导。环境水体中N、P等元素的超标，会造成水藻疯狂生长，产生水华等严重污染。当今科技的发展，力求在洗涤剂、洗衣粉等化学试剂中尽量减少或者不用含磷的化学品，磷元素的含量测定就成为当今水质监测的重要内容。为了实验的顺利开展，学生应该在老师的指导下进行讨论和分析，从而进行有效的实验预习，其展开环节如图2所示。

图2 逆向思维的实验准备环节

污水中总磷含量的测定实验的实验原理较为复杂，但如果使用逆向思维法在掌握实验原理主线的基础上，很容易顺着探索思维找到各个关键的实验原理，明白实验中二氯化锡和钼酸铵的作用，其基本原理深入人心，配置标液的方法和步骤也会更加精准。

实验中抗坏血酸和SnCl2的作用一样，但是作为还原剂，抗坏血酸容易被氧化成大量CO2溶于溶液中，不仅微弱地改变了溶液的酸性，对吸光度的测定也产生了干扰。由于溶液始终保持着酸性，Sn4+与Sn2+均不易发生水解，影响很小。磷钼蓝分光光度法的核心是检测吸光度，根据逆向思维法很容易找出能影响吸光度大小的是溶液中MoO3的含量。从而推出了如下疑问：

1.污水采样如何保存？

2.试液制备为何要煮沸？

3.钼酸盐-硫酸溶液如何配制？

4.产生测量误差的因素有哪些？如何纠正？

学生带着这些问题的答案再撰写实验预习报告，能较好地理解实验的重点和难点，掌握该做什么？出现了误差的原因是什么？如何纠正或校准？选择标准吸光度曲线的正确实验结果如图3所示，线性相关度高达0.9998。

图3 吸光度与浓度的线性关系

逆向思维能有效地让学生领悟如果要明确污水中总磷含量，必须找到良好的线性关系，这也是检测方法上的科学可行与合理性判断依据。通过污水中试样的磷钼蓝分光吸光度数值，可以推导出污水中总磷含7.0~12.0 mg/L，符合工业污水中含磷的标准含量。

与传统教学法相比，逆向思维法让学生更容易接受，同时也带给教师不一样的教学启迪。逆向思维法要求教师的教学方式进行全面的改革，突破传统的课堂讲授，照本宣科的教学理念，融入师生共同探讨，相互沟通与分析，体会共同探究与发现的实践过程，对学生的实验信心和热情有极大的鼓舞，学生的实验成绩也有了相应明显的提高，学生成绩具体比例数据如图4所示。

图4 传统教学法和逆向教学法的学生成绩比例构成

非常明显地，传统教学法的学生成绩比例中，90分及以上成绩的学生人数仅占有5%，绝大多数学生的成绩集中在70~79分段，不及格成绩的学生人数占有2%；
逆向思维法实施后，学生成绩比例发生了明显改变，90分及以上成绩的学生人数提升至19%，绝大多数学生的成绩集中在80~89分段(占总人数的38%)，且成绩在70~79、60~69分段的学生人数比例分别降低了15%和12%，不及格成绩的学生人数降低为0。这充分说明了实施逆向思维教学后，学生的学习兴趣大大增强了，学习动力得到了发挥，实验也更加认真和努力了。我们并不需要局限于让学生按照教材或实验讲义的照搬式实验，实验教学的目的本应尽量发挥学生的主观能动性与创新精神，注重学生自身的潜能发挥，往往能起到更好的教学效果。

逆向思维实验教学法相对常规实验教学法，其最大特点是把问题推给学生进行思考与鼓励，彻底释放了学生的被动灌输知识的压力，激发了学生学习知识的源动力，让学生的主观能动性得到最大限度的发挥。逆向思维实验教学法也不是万能的，其开展和实施具有一些不足，现将优势和不足的若干方面列于如下的表1中。

表 逆向思维实验教学法的优势和不足对比

截止到目前，逆向思维教学法大规模地在全国高校的实验教学上进行推广，还具有一定的困难。这是因为并不是所有实验教学都适合逆向思维教学法，理论性十分突出的实验可能在传统实验法仍体现出较大的优势，且在完成教学任务上具有很方便的操作性。许多高校为实验教学的开展，考虑了实验品消耗的成本、课时课酬的支付成本、教学时长的有效把控等方面，有非常严格规范的限制，导致逆向思维教学法只能在部分专业局部进行。其次，逆向思维教学法给学生实验的主观能动性发挥带来便利的同时，需要教师有更高的现场监控能力、丰富的现场灵活教学指导能力。学生的实验报告撰写可能产生更多的探究性结果，答案的不一致给课程考核带来更多的压力，也为逆向思维教学法的拓展与推行造成了阻碍。

污水中总磷含量的测定实验利用逆向思维教学法进行开展后，学生的主动能动性明显增强，学习的积极性与创造性有了很大程度的提升，学习难度下降，学生成绩大幅度提升，这充分表明逆向思维教学法非常适合专业基础技能的化学实验教学。逆向思维实验教学法有利于课堂气氛的培养，能带动教师进行教学方式的改变，有利于混合式教学模式的开展与融合，带动教师综合教学能力的提高，同时，逆向思维实验教学法仍存在对学生管控难、耗时长、成本高等不足，全面推广还存在一些障碍。总而言之，逆向思维实验教学法，针对国内高等教育的实验教学改革，探明和开拓了新的发展思路。

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