“去公式化” 分析化学教材和题解背后的故事

文 | 邵利民（中国科学技术大学化学系）

为什么写

我上科大时学分析化学，留校后教分析化学，分析化学始终以其独特的魅力吸引着我。然而这似乎是单向吸引，我的分化成绩并不理想。
大学期间我不是不努力，也不是没兴趣，只是记不住那么多公式，记住的也经常张冠李戴。虽然学得云里雾里，我始终觉得应该存在简洁的理论和统一的模式。课程结束后，我没有停止思考。
大学毕业前，我发现CBE在很多情况下可以代替PBE，PBE似乎不是独立条件。兴奋之余就写了一篇论文；论文只有实例，缺乏证明，被拒。PBE不独立的理论证明和发表是多年后的事了。
没有经过检验的新想法、新思路不能用于教学，所以早期教学中，我仍然沿用旧课程体系。但是，我无法用“公式方便、容易计算”去说服学生背公式，因为软硬件的飞速发展使得计算不再困难。另外，我认为教学重心在于原理和思路，而不只是套用公式，况且公式无法解决复杂化学平衡问题。
随着教研的深入，我发现组分浓度计算、终点误差计算、准确滴定判别、滴定曲线绘制等问题都能够脱离公式，而且可以纳入一个统一简洁的理论框架。“去公式化”课程体系的脉络逐渐清晰。
随着新课程体系的完善，我感觉应该动笔写教材了。同时，科大学生给了我极大鼓励，他们非常喜欢新体系，只是遗憾没有教材。

怎么写

“去公式化”新课程体系，别人接受固然好，反对也不是坏事。我最怕读者没反应，而没反应的原因可能是佶屈聱牙的文字。所以，动笔前我就给自己立了一个规矩：易读。为此，我在教材中使用短句、小段落、多例、多图。
我给自己立的另一个规矩是深入，尽量把每个重要知识点的来龙去脉解释清楚。学习的乐趣在于思考，对学生而言，知识来源和推理过程也许比知识本身更为重要。
为了完整呈现“去公式化”思路，教材例题解题过程比较详细。出版后，学生也注意到这一点：“……例题解析详尽，编者注解非常精髓，看的时候甚至有互动的感觉。”
（第101页，点击图片查看大图）

教材断断续续写了近五年。有时枯坐良久，不能成句；有时奋笔疾书后却感觉面目狰狞，只好删去；有时苦思数日不得，一朝豁然开朗，幸福得不可言状。确如杜工部所言“得失寸心知”。
教材第一版于2016年出版，成为中国科学技术大学分析化学课程的主教材。后来一些国内院校也开始使用这本教材，有的高校把它用作教辅材料。
教材出版后，我觉得可以歇口气了。但是，学生很快就反映缺少一本新课程体系的题解：“不刷题，感觉不踏实”。没办法，庶竭驽钝，接着写！

题解和教材第二版

有了教材写作经验，题解倒不难写。继续遵循“易读”的规矩；例题标注难度，按照知识点分类成节，每节的结构是“知识要点+解题技巧+代表性例题”。
例题的选取、难度的设定、多解法的设计费时耗神，题解断断续续写了近三年。2019年8月，《分析化学题解——基于去公式化计算策略》由科学出版社出版。
编写题解是大量、多类型题目的集中求解，这为我提供了一个极好的机会去检验、反思和提升“去公式化”课程体系。此外，需要补充不少新的教研成果，采纳很多教师和学生读者的宝贵建议。所以，教材再版与题解撰写同时进行。
我原以为教材再版只是修补增删，然而事实并非如此。修补增删是常事，“伤筋动骨”也不得不做，特别是第2章的数理统计部分。得益于题解的编写，全书不少例题增加了多种解法，更有助于学生拓展思路、加深理解。
教材的文本修改也不容易。再次逐字逐句反复细读，我发现第一版中个别表述真是令人脸红，急忙修改，直到脸上温度恢复正常。

写在最后

至此，分析化学“去公式化”课程体系有了教材、题解、课件、软件和可扫码观看的教学视频，算是比较完整了。回顾过去这九年，或无遗憾，倍感幸运。
很幸运遇见科学出版社化学与资环分社的编辑们，她们精益求精、热情细致，既尊重作者的创作，又给出专业的编辑意见。很幸运，教材成为科学出版社“十三五”规划教材。
很幸运能够与其他高校教师不断交流，让我受益匪浅。
尤为幸运的是遇到了众多能够进行批判性学习的学生。我收到过大量学生反馈，除科大化学院和少年班学院的学生外，还有两位学生让我印象深刻。
2020年4月8日，上海交通大学的赵同学发来邮件：“邵老师，您好。我有幸在疫情期间阅读了您主编的《分析化学》一书，对比国内其他教材，深感早早发现本书之幸。我想向您请教‘准确滴定判别’这一概念……”
科大物理学院的一位15级本科生选修我的分析化学课，其中的化学知识让他颇感头疼，但是“……专业壁垒从另一个方面看可能就是专业优势。以CBE、MBE等基本方程为出发点，应用于具体化学系统中，求得基本变量。这种分析思路和物理学方法是异曲同工的。”
看来只要激发起学生的热情，我们就能收获最大的惊喜。

编辑推荐

得到一本相当整齐的原稿，那真是如沐春风，邵老师交来的原稿就给人这种感觉，语言流畅，深入浅出，一字一点皆考究。这本教材带给我们的惊喜远不止此，邵老师利用自身深厚的数学功底，帮助读者拨开分析化学繁杂的公式，探寻其背后的分析本质，读来颇有拨云见日之感。最过瘾的是各题知识点环环相扣，一题多解，带领读者解题之旅好比解锁九连环，是一场有趣的探险。

END

相关图书

《分析化学》（第二版）

邵利民 编著

书号：9787030655707

出版时间：2020年07月

责任编辑：陈雅娴

内容简介

本书的主要内容包括酸碱平衡、配位平衡、氧化还原平衡和沉淀平衡体系的定量计算，以及相应的滴定分析方法。不同于经典的分析化学教材，本书采用“去公式化”解析策略，注重化学平衡体系的分析和算式的推导，数值计算和方程求解则通过软件完成。相关软件的Matlab代码附于书后。

本书还介绍了常见数理统计方法及其在分析化学中的应用，特别强调方法的正确使用和结果的合理阐释。本书包含数量众多、难度不同的例题，并且给出解题思路和分析过程。每章最后包括习题并附有答案。

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《分析化学题解——基于去公式化计算策略》

邵利民 编著

书号：9787030613387

出版时间：2019年08月

责任编辑：陈雅娴

内容简介

本书覆盖化学平衡计算、滴定分析和数理统计应用的主要知识点。题解基于“去公式化”计算策略，不再使用数量众多的传统导出公式，以减轻记忆负担并实现精确求解。例题按照知识点分类，总结知识要点和解题技巧。解题过程详细、循序渐进，以呈现解题思路和分析历程。有些例题提供多种解法，有些例题在解后深入讨论。
本书强调数理统计方法的正确使用和结果的合理阐释。本书还介绍了方程的常见数值解法，相关软件的Matlab代码附于书后。为帮助读者快速掌握软件使用方法，配套录制了软件安装及应用的教学视频，可扫描书中的二维码观看。

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