矿物加工工程专业无机与分析化学教学研究

山　东　化　工
收稿日期：２０２０－０２－２７
基金项目：中国矿业大学（北京）《无机与分析化学Ｄ》课程建设项目（Ｊ１９０４１１）作者简介：王立艳（１９７６—），女，副教授，主要从事无机化学、分析化学、界面化学教学和研究。

矿物加工工程专业无机与分析化学教学研究
王立艳，杨玉立，杨巧文
（中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京　１０００８３）
摘要：调研了矿物加工工程专业对无机与分析化学教学内容的需求，对比分析了目前国内较为通用的教材内容设置，对新版培养方案的
无机与分析化学教学内容进行了研究和设计，协调了内容之间的联系，优化了章节内容分配，并探讨了章节基本原理的关联性，为新一轮教学实践提供保障的同时，对提升教学效果具有重要意义。

关键词：无机与分析化学；教学研究；矿物加工工程中图分类号：Ｇ６４２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０２０）０９－０２２２－０２
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＴｅａｃｈｉｎｇｉｎＩｎｏｒｇａｎｉｃａｎｄＡｎａｌｙｔｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙｆｏｒ
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课程的学习奠定基础的一门重要课程［
１］。

近些年深化高等教育综合改革的大背景下，为了践行“厚基础，强实践，重研究”的培养目标和对新时代人才培养模式改
革的探索，大学课堂的理论课时一再被压缩［２］
，我校矿加专业在基础化学教学的培养方案中原来设置为“无机化学”（４０学时）和“分析化学”（２４学时）两门课程总６４学时的教学安排，但在２０１６版本科教学培养方案的修订中，矿加专业将上述两门
课程合二为一变为“无机与分析化学”，总学时变更为５
６学时。

虽然缩减了理论课时，但教学内容与知识面基本并未减少，同时该课程具有知识点分散、内容繁多、基础性强等特点，容易给学生带来一定的困惑，特别是本课程一般在大学一年级开设，学生通常会疑惑“此课程与矿加专业方向及应用有什么关系”，进而可能会失去学习动力，直接影响教学效果。

因此，针对不同专业需求的无机与分析化学教学内容及过程设计成为了亟待解决的问题。

本论文通过调研矿加专业对无机与分析化学教学内容的要求，对比分析目前国内较为通用的教材内容安排，对我校矿加专业本课程的教学进行重新设计，为即将开展
的２
０２０版本科教学培养方案和教学大纲的修订做准备。

１　教学内容调研
在国家高考教育改革的号召下，各大高校对无机与分析化
学的教学内容均做了调整。

为了更全面地制定新版教学大纲和更好地为新一轮教学实践提供保障，对一些知名高等院校该课程的国家精品课程教学安排或教学大纲进行对比调研。

如西安交通大学开设的国家精品课程无机与分析化学，服务专业有化学、化工、生物、材料、能源、环境等，分为四个模块
进行，分别是化学反应基本原理、物质结构、化学分析和仪器分
析。

为体现全面和广泛适用性，该课程融合了无机化学和分析化学。

西北农林科技大学的“无机及分析化学”精品课程内容分上、下两个部分，其中上部主要包括溶液和胶体、化学热力学、化学动力学和化学平衡等基本化学原理以及物质结构基本理论，下部主要包括酸碱平衡与酸碱滴定法、酸碱平衡与酸碱滴定法、配位化合物与配位滴定法、氧化还原反应与氧化还原滴定法（四大滴定法）以及电位（势）分析和吸光光度分析法。

适
用专业有农学、林学、食品科学和环境科学等，总共８
０学时。

上海交通大学原只为有应用化学、材料、生命科学专业开设的无机化学和分析化学两门课程，在教学改革下，整合成无机与分析化学，不过针对不同专业要求，分别设置为７２学时（化工、药学、环境专业）和５４学时（农学院和生命学院），课程内容共包含十二个章节，分别是绪论、化学热力学、化学平衡、化学反应速率、原子结构、化学键与分子结构、定量分析概论、四大平衡理论与滴定法、仪器分析简述；另外，将元素化学部分列为学生课外阅读或选学。

华中农业大学推出该课程的国家精品课分为上下两个部分，上部分教学内容包括溶液的理论、化学反应一般原理（热力学、动力学和化学平衡等）、物质结构理论、分析化学概论等，下部分包括四大平衡与滴定法、电势分析法和紫外可见分光光度法等，是为农科类、理科类、生物医学等学科各相关专业开设的必修课。

中国石油大学为化工和化学两个专业开设的该课程内容设置为化学热力学与物质结构、化学反应与定量化学分析、元
素化学三个部分，理论课时长达１
１２学时，几乎涵盖无机化学和分析化学两门课程完整的全部内容，以及其他知名高等院校
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　第９期
亦是如此。

通过以上关于一些高等院校推出的无机与分析化学精品课程的内容设置与适用专业的对比分析，可以看出各校各专业所开设的该课程内容虽有雷同但各不一致，各具侧重点，普通存在的一个现象是无论对于化工化学专业还是非化学类专业，该课程的内容设置仍然偏多［３］，这主要体现在学时设置上依然居高不下，因此并不适合于非化学化工专业如矿加专业的教学。

矿加专业由于其学科专业特色，需要具备煤炭加工、矿产资源综合利用与深加工领域的基础和专业知识，这些领域均涉及无机化学和分析化学的教学内容，但并不要求特别深入，宜采用“少而精”的教学方式。

因而，我们将在此基础上继续对现有且应用较多的无机与分析化学教材进行调研，进而对适合于矿加专业的教学内容与教学形式进行研究和设计。

２　教材调研
对于现阶段大学生的教学而言，教材在教学环节中具有极其重要的地位和作用。

不同于高中的学习模式，中学时期有大量的参考书、练习册等辅助教学工具，而高等教育课程学习的阶段性决定了无机与分析化学的教学基本完全依托于教材。

教材是教学内容的载体，决定了学生学习知识的深度和广度，更是教师与学生之间课外时间沟通的纽带。

然而，进入２１世纪以来，高等化学教材建设呈现百花齐放的状态［４］，当前的无机与分析化学教材也是鱼龙混杂、各具特色，但在实际教学的教材选择和教学过程中发现仍有许多需要改进之处。

一直以来我校无机化学和分析化学选用的教材分别是大连理工大学无机化学教研室主编、高等教育出版社的无机化学［５］和华东理工大学分析化学教研组主编、高等教育出版社的分析化学［６］，前者内容包括化学反应原理篇、物质结构基础篇和元素化学篇，后者内容包括定量分析概述、四大滴定分析和仪器分析三大模块。

在２０１６版培养计划之前我校矿加专业无机与分析化学课程的教学安排在两学期进行，大一上学期进行总学时为４０学时的无机化学教学，下学期进行总学时为２４学时的分析化学教学部分，因此分别采用的是上述两个教材。

总体来说，两个教材合起来内容全面且系统，讲解清晰易懂，基本理论涵盖范围较广，难度方面循序渐进。

上述两本教材均为经典教材之一，内容充实，理论讲解深入，但若作为非化学类专业的化学教材，显得内容过多以及理论难度偏大，尤其是２０１６版教改后重新修订的教学大纲将两学期课程合并成学时更短、内容精简的一门课程，不再适合选用两本书作为该课程的教材，内容配置方面也存在很大差距，因此在充分调研和论证后选用陈若愚主编、大连理工大学出版社出版的无机与分析化学（第二版）［７］作为本课程的教材。

该教材对于矿加专业设置的５６学时教学而言，内容配置较为合理，讲解精练简单，但缺点在于本教材缺少化学热力学内容，对于矿加专业来说，矿物的加工与资源化技术，必不可少地涉及材料的热处理，因此在教学实践过程中逐渐发现缺少热化学内容对后期专业课程带来的弊端。

为此将进一步对适合专业需求和学校培养方案的教材进行调研。

例如北京大学出版社出版、周享春主编的无机及分析化学［８］，本教材以原子结构和分子结构理论开始，依次分别设置化学反应的基本原理、“四大平衡”、滴定分析、分光光度法和电位分析法，以及元素化学和常用的分离方法。

适用于化学类以及地质、材料、资源工程等近化学或非化学类专业教学使用。

再如商少明主编、化学工业出版社出版的无机及分析化学（第三版）［９］，内容编制顺序为定量化学分析概述、化学反应基本原理初步（包括热化学和化学动力学）、四大平衡理论及其滴定分析法、物质结构、元素化学、仪器分析部分，并将“常用分离方法”单独列为一章，适用于各类近化学和非化学专业教学。

更多市面教材将不再展开累述，但综合总结发现在教材方面普遍存在的问题是知识模块面面俱到［１０］，有些教材章节之间的联系不够紧密，既有重复之处，又有脱节现象，如化学热力学中吉布斯自由能与标准平衡常数和氧化还原反应中电动势之间关系式的推导与应用部分，需要知识模块之间的关联和相互作用能的转化才能理解透彻。

有些教材则内容偏深，与专业方向结合缺乏紧密性，特别是明年起多省市将实行新一轮的高考考试招生制度，化学不再是理工科专业的高考必考科目，学生的化学水准将更加参差不齐［１１］，这就要求作为非化学类专业大一学生的基础化学教材，其内容设计更要注重基础性和适用性，从培养学生学习兴趣、引导学生循序渐进的角度设计教材和教学内容。

３　教学设计
通过以上对教学内容和教材的调研与分析，并根据四年来实践教学经验和体会，参考矿加专业教师对教学内容的建议，对矿加专业无机与分析化学教学内容和教学模式等进行研究与设计。

教学内容设置方面，分为两条主线，一是以化学基本理论为主线，内容包括化学热力学、定量分析基本理论、化学平衡与滴定分析；二是以物质结构基础为主线，内容包括原子结构、化学键和分子结构；另外选取部分元素化学内容作为学生选学或课外自学。

建议学时分配方案如表１所示。

表１　矿加专业“无机与分析化学”课程内容章节与学时分配教学内容模块章节内容建议学时
绪论无机与分析化学绪论２
第一篇：化学平衡与化学
热力学基础
热力学术语和基本概念
热力学第一定律与反应热
化学平衡
熵和Ｇｉｂｂｓ函数
６
第二篇：定量分析概论
误差及分析数据统计处理
滴定分析概论
６
第三篇化学平衡与滴定
分析
酸碱平衡和酸碱滴定法
沉淀平衡和沉淀滴定法
配位平衡和配位滴定法
氧化还原平衡和氧化还原
滴定法
３０
第四篇物质结构基础
原子结构
化学键和分子结构
１２
相对于目前使用的教学大纲和教材而言，突出地方在于将化学热力学重新纳入进来，原因在于两方面，一是对于矿加专业后期专业课的学习需要有化学热力学的基础，但同时鉴于学时的限制以及后续“物理化学”课程此部分属于重点内容，本部分在该课程中不宜深入；二是在后面章节氧化还原反应平衡、原电池教学内容中化学能与电能相互转化的最大功与热力学能、Ｇｉｂｂｓ自由能、等温方程之间紧密关联，有了热化学基本理论的铺垫才能有助于理解能斯特方程。

另外，鉴于元素化学部分类似于高中化学的常识类知识，在高中化学模块“常见无机物及其应用”中已有基础性学习和掌握，到了大学阶段完全可以由学生自学或作为查阅性资料阅读。

对无机与分析化学教学内容与结构进行了研究和设计，特别强化章节之间的联系和相互渗透，如图１所示。

无机与分析化学课程由于公式多、关系式复杂，学生通常难以掌握或容易混淆，而通过这张框架关系网图，不仅能够让学生一目了然地掌握内容全局，对整个课程教学更加清晰，且以此作为整体化学反应原理篇教学内容的概览与支撑，对提升学生的学习效果大有裨益。

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王立艳，等：矿物加工工程专业无机与分析化学教学研究
　第９期参考文献
［１］ＬｅｎｓｔｒａＡＫ，ＬｅｎｓｔｒａＨＷ，ＬｏｖáｓｚＬ．Ｆａｃｔｏｒｉｚｉｎｇｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｓ
ｗｉｔｈｒａｔｉｏｎａｌｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ［Ｊ］．ＭａｔｈＡｎｎ，１９８２，２６１：５１５－５３４．［２］ＷüｂｂｅｎＤ，ＳｅｅｔｈａｌｅｒＤ，ＪａｌｄéｎＪ，ｅｔａｌ．Ｌａｔｔｉｃｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：ａ
ｓｕｒｖｅｙｗｉｔｈａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓＭａｇ，２０１１，２８（３）：７０－９１．［３］ＡｇｒｅｌｌＥ，ＥｒｉｋｓｓｏｎＴ，ＶａｒｄｙＡ，ｅｔａｌ．Ｃｌｏｓｅｓｔｐｏｉｎｔｓｅａｒｃｈｉｎ
ｌａｔｔｉｃｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓＩｎｆＴｈｅｏｒｙ，２００２，４８（８）：２２０１－２２１４．［４］ＨａｓｓｉｂｉＢ，ＢｏｙｄＳ．Ｉｎｔｅｇｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｉｎｌｉｎｅａｒｍｏｄｅｌｓ
ｗｉｔｈａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔｏＧＰＳ．ＩＥＥＥＴｒａｎｓ［Ｊ］．ＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓ，１９９８，４６：２９３８－２９５２．［５］Ｇｒ ｔｓｃｈｅｌＭ，ＬｏｖáｓｚＬ，ＳｃｈｒｉｊｖｅｒＡ．ＧｅｏｍｅｔｒｉｃＡｌｇｏｒｉｔｈｍｓａｎｄ
ＣｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
［Ｍ］．Ｓｐｒｉｎｇｅｒ－ＶｅｒｌａｇＰｒｅｓｓ，１９９３．［６］ＫａｎｎａｎＲ．Ｉｍｐｒｏｖｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｆｏｒｉｎｔｅｇｅｒｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇａｎｄ
ｒｅｌａｔｅｄｌａｔｔｉｃｅｐｒｏｂｌｅｍｓ［Ｊ］．ＡＣＭＳｙｍｐＴｈｅｏＣｏｍｐ，１９８３：１９３－２０６．
［７］ＨｅｌｆｒｉｃｈＢ．ＡｌｇｏｒｉｔｈｍｓｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔＭｉｎｋｏｗｓｋｉｒｅｄｕｃｅｄａｎｄ
Ｈｅｒｍｉｔｅｒｅｄｕｃｅｄｌａｔｔｉｃｅｂａｓｅｓ［Ｊ］．ＴｈｅｏｒＣｏｍｐｕｔＳｃｉ，１９８５，４１（２）：１２５－１３９．［８］ＢａｎｉｈａｓｈｅｍｉＡＨ，ＫｈａｎｄａｎｉＡＫ．Ｏｎｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆ
ｄｅｃｏｄｉｎｇｌａｔｔｉｃｅｓｕｓｉｎｇｔｈｅＫｏｒｋｉｎｇ－Ｚｏｌｏｔａｒｅｖｒｅｄｕｃｅｄｂａｓｉｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓＩｎｆＴｈｅｏｒｙ，１９９８，４４（１）：１６２－１７１．［９］ＡｆｆｌｅｒｂａｃｈＬ，ＧｒｏｔｈｅＨ．ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆＭｉｎｋｏｗｓｋｉ－ｒｅｄｕｃｅｄ
ｌａｔｔｉｃｅｂａｓｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，１９８５，３５（３）：２６９－２７６．［１０］ＺｈａｎｇＷ，ＱｉａｏＳ，ＷｅｉＹ．Ａｄｉａｇｏｎａｌｌａｔｔｉｃｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎ
ａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒＭＩＭＯｄｅｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓＬｅｔｔ，２０１２，１９（５）：３１１－３１４．（本文文献格式：孙全超．基于Ｓｅｙｓｅｎ算法的新型同步格基规约算法研究［Ｊ］．山东化工，２０２０，４９（９）：２２９－２３３．櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎櫎
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图１　反应原理篇章节基本原理关系网示意图４　结语
无机与分析化学是由无机化学和分析化学两门关系密切
的基础课程有机地整合而成的一门系统性、综合性较强的课
程，涵盖内容广泛，基础性强，在四大基础化学的教学中有举足
轻重的地位。

为了更好地服务于新一轮本科教学周期，通过对
目前教学内容、教材内容设置等的调研与对比分析，有针对性
和目标性地设计了适合于矿加专业学科发展特色的教学内容
与教学方法，强化了本课程教学的基础性、专业适用性和实际
操作的有效性。

通过本论文的教学研究工作，期望能进一步改
善矿加专业基础化学教学内容，提升学生对基础课程教学的学
习兴趣和专业关联性，同时本课程的教学设计也适用于我校资
源环境专业、地质类专业和环境工程专业。

参考文献
［１］邱晓航，任红霞．非化学专业无机及分析化学理论与实验教
学的一致性［Ｊ］．大学化学，２０１７，３２（１０）：７－１１．
［２］李春艳，申湘忠，田修营，等．应用型高校《无机及分析化学》几点教学思考［
Ｊ］．广州化工，２０１９，４７（８）：１５３－１５４．［３］桂美芳，汪　新，黄劲松．新工科理念下《无机及分析化学》
教学研究［Ｊ］．山东化工，２０１９，４８（４）：１３８－１３９．
［４］薛　斌．近化学类专业无机及分析化学教材建设研究［Ｊ］．中国大学教学，２０１６（１１）：８８－９２．［５］大连理工大学无机化学教研室．无机化学［Ｍ］．北京：高等教育出版出版社，２０１８．［６］华东理工大学分析化学教研组．分析化学［Ｍ］．北京：高等教育出版出版社，２０１０．［７］陈若愚，朱建飞．无机与分析化学［Ｍ］．大连：大连理工大学出版社，２０１３．［８］周享春．无机及分析化学［Ｍ］．北京：北京大学出版社，２０１７．［９］商少明，刘　瑛，汪　云，等．无机及分析化学［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２０１７．［１０］周艳红．提高无机及分析化学教学效果的几点技巧［Ｊ］．山东化工，２０１９，４８（１２）：１６９．［１１］王芬华，黄江胜，朱贤东．无机及分析化学教学改革探索［Ｊ］．黑河学院学报，２０１８（７）：１０８．（本文文献格式：王立艳，杨玉立，杨巧文．矿物加工工程专业无
机与分析化学教学研究［Ｊ］．山东化工，２０２０，４９（９）：２２２－２２３，２３３．）
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３３２·孙全超：基于Ｓｅｙｓｅｎ算法的新型同步格基规约算法研究。