分析化学是一门研究物质的化学组成、含量、结构及有关理论的综合性、实践应用型的学科。作为化学、化工、材料、医学、食品、考古、地质及生命科学等相关专业的必修基础课，分析化学涉及的学习内容广，研究对象宽，理论性强，信息量大，概念、公式及计算都非常多，学生(特别是非化学专业的学生)在学习分析化学的过程中普遍感到难学、乏味。为了解决分析化学难教难学的问题，近年来，我们根据各专业的培养目标，一直冀求一种可以将理论知识讲授、实验技能传授及学生自主学习能力培养三方面有效结合起来的教学新模式。思维导图与任务驱动式教学法的有机融合为我们的探索提供了一种新思路。

任务驱动式教学(Task-driven teaching)是一种建立在建构主义教学理论基础上的教学法。1983年，印度教育学家Prabhu首次提出“任务驱动教学”的概念，旨在通过创设情境提出“任务”，在完成“任务”的过程中，结合情境引领学生开展积极有效的探索性自主学习，进而建构属于学生自己的知识和技能体系^{[1, 2]}。而思维导图(Mind-mapping)是20世纪60年代左右英国教育学家东尼∙博赞(Tony Buzan)开创的一种建立分散信息之间内在联系的可视化思考工具^{[3, 4]}。它以中心主题为核心，通过分析各不同信息间的类别、递进和因果等关系，构建易于理解的图解形式和网状脉状结构。运用这一工具，可以引导和帮助学生对教学内容进行整理归纳总结，进一步加深学生对知识点的理解，有效促进学生分析问题、解决问题能力的全面提升。任务驱动式教学法和思维导图都是现代教学中先进教学方法和教学工具的典型代表，各有特点。那么，是否可以将这两种特色教学方式进行有机结合，协同促进我们分析化学课程教学效果和教学质量的稳步提升？为此，我们尝试在分析化学课程各章节方法应用的教学部分增加一个情境任务环节，借助任务的实施和思维导图工具，引导学生对所学内容进行阶段性系统回顾和梳理。我们以配位滴定中“自来水中总硬度的测定”作为一个教学案例，谈谈笔者的教学实践。

配位滴定这一章的难点很多，内容繁杂。我们在讲授完配位滴定的基础理论知识后，为学生设定了一项理论联系实际的情境任务——自来水中总硬度的测定。希望学生通过该任务内容的执行可以理顺本章节的知识脉络，形成完整的知识网络结构。在巩固基础知识的同时，进一步培养他们运用已学知识解决实际问题的综合能力。

首先结合当下大健康理念的普及，以多媒体视频的形式展现水作为生命之源与人体健康的密切关系，介绍水质优劣判断中的一系列检测指标及其重要性，营造一个能激发学生好奇心和兴趣的氛围，引出水的总硬度概念。然后结合视频内容，提问并引导学生课后通过查阅资料，开展相关背景调查：水质检测指标有哪些？什么是水的总硬度？水的总硬度与人体健康的关系？如何测定水的总硬度？在国家标准中检测水的总硬度采用的是什么方法？进而提出此次课程的主任务，如何用配位滴定法进行自来水中总硬度的测定？通过情境任务中内容的调查梳理，学生可以了解目前我们生活饮用水水质检测的项目包括了10项，分别是感官性状和物理指标、无机非金属指标、金属指标、有机物综合指标、有机物指标、农药指标、消毒副产物指标、消毒剂指标、微生物指标和放射性指标。水硬度检测仅仅是感官性状和物理指标项目里的一个检测项目，指的是水中钙镁离子的总量。国家卫计委《生活饮用水卫生标准》(GB-5479–2006)，要求饮用水的硬度(以CaCO₃计，mg∙L⁻¹)不超过450 mg∙L⁻¹。目前水中总硬度的测定常用的方法有：分光光度法、原子吸收法、ICP-AES法、自动电位滴定法和EDTA配位滴定法等，其中国标法采用的是EDTA配位滴定法。学生经过此类联系生活实际的背景调查训练，不仅深化了课堂内容，扩大了知识面，也为后期的仪器分析课程学习增加了有效的知识储备。

根据前面所学的配位滴定分析的基础知识，在明确任务内容(测水硬度其实是测水中钙镁的总量)的前提下，首先需要分析找出完成这一任务必须解决的问题和涉及的关键知识点。为此，我们结合思维导图工具，以滴定分析法对化学反应的基本要求作为出发点，搭建了如图 1所示的知识框架体系：

(1) 反应必须具有确定的化学计量关系和较快的反应速率。根据EDTA和金属离子形成的螯合物的特点，我们可以确定EDTA和Ca²⁺、Mg²⁺形成螯合物满足上述的要求：配位比为1 : 1，反应速率快且配位化合物水溶好。

(2) 化学反应的完全程度要达到99.9%。理论上EDTA和Ca²⁺、Mg²⁺配位反应是满足滴定分析法对化学反应完全程度要求的，因为查表可得EDTA和Ca²⁺、Mg²⁺形成的配合物的稳定常数分别为lgK_CaY = 10.69和lgK_MgY = 8.7。但是在实际的应用过程中，溶液中EDTA (简称为Y)和Ca²⁺、Mg²⁺ (总称为M)除了相互作用生成配合物MY (M + Y ⇋ MY)的主反应外，还存在各自的副反应，如Ca²⁺、Mg²⁺水解效应(α_M(OH))和配位效应(α_M(L))以及EDTA的酸效应(α_Y(H))和共存离子效应(α_Y(N))。因此，在测定过程中，为了有效避免EDTA酸效应及平衡体系中Ca²⁺、Mg²⁺的水解效应的影响，保障化学反应的完全程度达到99.9%，我们必须将测定体系pH控制在一个合适的酸度范围。在终点误差要求(|E| ≤ 0.1%)前提下，依据金属离子准确滴定的判据(lgc_M^spKʹ_MY ≥ 6)推导出的最高酸度计算公式(lgα_Y(H) = lgK_MY − 2)和最低酸度计算公式([OH⁻] = (K_sp/c_M)^1/2) ^[5]，我们以Ca²⁺、Mg²⁺的初始浓度0.02 mol∙L⁻¹为例，可以得到EDTA滴定Ca²⁺的适宜酸度范围大致为pH 8–14，EDTA滴定Mg²⁺的适宜酸度则为pH ≈ 10。综合两种离子的适宜酸度区间，可以确定测定水中Ca²⁺、Mg²⁺含量的pH应在10左右。为此，测量体系中我们可以选用pH = 10的NH₃-NH₄Cl缓冲溶液来维持溶液的pH基本不变。

(3) 有合适的指示剂确定终点。为了准确地判断滴定的终点，我们需要系统考查金属离子指示剂的适用条件。首先，Ca²⁺、Mg²⁺与指示剂形成的配位化合物(MIn)颜色和游离指示剂(In)颜色在我们所选用的酸度范围内(pH = 10)要有显著不同；其次，Ca²⁺、Mg²⁺与指示剂形成的配位化合物(MIn)易溶于水且有适当的稳定性；第三，要避免指示剂的封闭、僵化与变质等现象；第四，要求指示剂的变色点pM′_ep和化学计量点的pM′_sp相近，两者根据林邦终点误差公式计算得到的滴定分析误差应控制在0.1%以内。综合以上的因素，在总硬度测定实验中，我们可以选择铬黑T (EBT)或酸性铬蓝K作为此次滴定分析实验的指示剂。但使用EBT指示剂的时候应当注意，由于水样中主体测定成分Ca²⁺与EBT指示剂显色反应不够灵敏，而与EBT指示剂显色反应灵敏的Mg²⁺含量较低。因此，为了使滴定终点颜色变化更敏锐，提高测定的准确度，我们需要在待测含Ca²⁺试液先加入少量Mg-EDTA配合物。因为K_CaY > K_MgY，待测液中会发生Ca²⁺ + MgY ⇋ CaY + Mg²⁺置换反应，生成Mg-EBT配合物。滴定开始后，EDTA先和试液中大量的Ca²⁺配位，在计量点附近再夺取Mg-EBT配合物中的Mg²⁺ (K_Mg-EBT > K_Ca-EBT)，指示滴定终点。

(4) 具有较好的选择性，共存物不干扰测定。在实际水样中，我们还需考虑其他共存离子对总硬度测定的干扰。解决该问题的关键则是要求我们掌握使用控制酸度或者掩蔽法提高配位滴定选择性的知识内容。例如，水样中可能存在的Fe³⁺和Al³⁺对EBT指示剂有一定的封闭作用，我们可以利用配位掩蔽的原理选用三乙醇胺进行掩蔽；而水样中可能存在的Cu²⁺和Pb²⁺等重金属离子，我们则可以利用沉淀掩蔽的方法选用Na₂S掩蔽，进一步保障了EDTA测定Ca²⁺、Mg²⁺含量的方法选择性。

综上所述，在这一任务驱动的教学设计中，我们以滴定分析法对化学反应的基本要求作为出发点，引导学生对知识点活学活用。通过分析任务内容的层层深入，抽丝剥茧，找出完成这一测定任务需要解决的各个问题。学生在探索和处理问题的过程中逐步领会本章主要知识点和它们之间的内在逻辑联系；并进一步利用思维导图将在任务完成过程中获得的零散知识点进行系统总结和梳理，建立所学知识的系统脉络(图 1)。在明确检测原理、评价指标的基础上，设计合理实验思路和测定方法，最终结合结果处理步骤，完成既定的情境任务。

根据任务驱动的教学设计理念，强化过程考核评价。我们通过方案设计报告(包括背景调查，思维导图的构建)，实验操作技能考核，数据处理报告，任务结果汇报等多方面多形式的过程考核方式，全面、客观地反映学生的真实学习状况，增加学生的自我成就感，充分激发学生的学习积极性和主动探究的意识，培养学生良好的学风，卓有成效地促进学生的全面发展。

组织学生以小组为单位，讨论总结项目实施过程中出现的问题及解决方法，交流学习心得。通过自评和互评的方式，指导学生在总结反思中完善优化知识结构和认知结构，提高学生的自我规划、自主实施、自我反思的能力，实现学习进阶。教师亦可在这一环节中通过与学生的互动反馈，及时准确地了解学生的学习情况，总结课堂教学中存在的问题，进一步优化教学过程，提高教学效率。

实践证明，与传统的教学方式相比，任务驱动式教学法这种将知识点蕴含于具体任务中的教学方法，可有效激发学生参与教学活动的积极性与主动性，从根本上提升学生的自主学习能力。而思维导图作为一种有效的知识组织工具，则可以在任务驱动式教学实施过程中，有效帮助学生构建系统的知识框架体系，将零散知识一体化，促进学生对教学内容的理解和掌握，极大地提高学习效率。任务驱动式教学法和思维导图的有机结合是教学中多种先进教学理念、教学方法和教学工具相得益彰的探索与尝试，不仅培养学生知识迁移和应用整合的综合能力，也进一步充实了分析化学的教学模式，促进分析化学教学质量稳步提升。