韓洪亮 安金利 （ 首都師范大學(xué)化學(xué)系； 北京實驗學(xué)校）

基于問題的學(xué)習(xí)方法（Problem-based Learning,簡稱PBL）是由Barrows 提出并應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教學(xué)中[1]，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各學(xué)科的課程教學(xué)中。該教學(xué)模式將學(xué)生學(xué)習(xí)放置到“設(shè)置問題”的教學(xué)情境中，通過學(xué)生自主學(xué)習(xí)、相互協(xié)作解決設(shè)置的問題，教師從中進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)，培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作、自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力，從而提高課程的教學(xué)質(zhì)量。近年來，PBL 也被應(yīng)用于基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)中[2-4]。由于綜合化學(xué)實驗課程較基礎(chǔ)化學(xué)實驗課程課時更長、科研前沿內(nèi)容較多、學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)更扎實，因此更利于PBL 教學(xué)模式的開展。本文以“過碳酸鈉的制備、檢驗及性能檢測”綜合化學(xué)實驗教學(xué)為例，敘述PBL 教學(xué)在實驗課程中的開展過程。

一 分組及課前預(yù)習(xí)

先將學(xué)生按照2 人一組分組。在實驗課程開課前1～2 周，將實驗課程講義、預(yù)習(xí)的問題以及學(xué)生分組情況告知學(xué)生，明確告知學(xué)生認(rèn)真思考并查閱資料，為下一階段的課程討論做準(zhǔn)備。教師要精心設(shè)置預(yù)習(xí)問題并收集相對全面的參考資料[5]。依據(jù)實驗內(nèi)容設(shè)置了如下問題。

（1）過碳酸鈉的化學(xué)式是什么？其組成是否是固定不變的？

（2）過碳酸鈉制備方法有哪些？并比較制備方法的優(yōu)劣？

（3）過碳酸鈉的實際應(yīng)用有哪些？

（4）比較過碳酸鈉與雙氧水在實際應(yīng)用中的優(yōu)劣？

（5）本講義中過碳酸鈉的制備原理是什么？

（6）過碳酸鈉中活性氧的含量如何計算？

（7）過碳酸鈉中活性氧的含量如何測定？

（8）講義中制備方法中的碳酸鈉和硅酸鎂發(fā)揮什么作用？是否可以找到替代物？

（9）活性氧含量測定中，高錳酸鉀的濃度怎么確定？高錳酸鉀氧化還原滴定過程中需要注意哪些問題？

（10）影響雙氧水分解的因素有哪些？

（11）產(chǎn)品1 制備中，將反應(yīng)液A 加入反應(yīng)液B 中，加入順序能否倒置？

（12）從保障活性氧含量角度出發(fā)，產(chǎn)品1 制備中應(yīng)注意哪些細(xì)節(jié)？

（13）講義中給出的主要原料和產(chǎn)品的物理化學(xué)性質(zhì)表格在實驗中發(fā)揮什么作用?

（14）產(chǎn)品2 和3 中，氯化鈉和乙醇的加入應(yīng)用了哪些化學(xué)原理？

（15）列舉本實驗中涉及的基本操作，并說明操作要點？

（16）Fe 含量測定的基本原理，并查閱國家標(biāo)準(zhǔn)？

（17）產(chǎn)品紅外光譜測定的定性表征中能夠獲得哪些官能團(tuán)信息？對于一個化學(xué)結(jié)構(gòu)明確的化合物如何指認(rèn)其紅外光譜圖中的特征峰位？

（18）產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性分析借助熱重分析儀完成能夠獲得哪些信息？

（19）過碳酸鈉降解羅丹明B 的性能試驗的原理？降解的產(chǎn)物如何分析？

（20）在實際生產(chǎn)過程中，如何提高產(chǎn)率和活性氧含量？

（21）除講義中涉及的產(chǎn)物表征和測試手段外，還能應(yīng)用哪些表征手段對產(chǎn)物進(jìn)行分析？

（22）基于以上問題，你是通過什么方法獲得答案的？

設(shè)置的問題主要涉及研究背景、實驗原理、基本操作、產(chǎn)品性能測試以及影響因素等。通過文獻(xiàn)資料的查閱，學(xué)習(xí)文獻(xiàn)檢索的一般方法，了解實驗開展的意義，用已有的基礎(chǔ)化學(xué)知識去分析實驗原理和檢測手段并學(xué)會如何運用文獻(xiàn)檢索驗證實驗猜想等能力，從而了解一般的科研方法。通過學(xué)生的自我學(xué)習(xí)，加深對實驗內(nèi)容的了解，激發(fā)學(xué)生驗證實驗內(nèi)容的積極性。這個過程是“被動學(xué)習(xí)”，需要學(xué)生基于設(shè)置問題做演示文稿，以組為單位為下一階段的討論做準(zhǔn)備。提前告知學(xué)生，討論匯報內(nèi)容在課程考核中占比較多，讓學(xué)生們認(rèn)真準(zhǔn)備。組內(nèi)組員間資料共享、交流討論和演示文稿制作有利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作能力，互通有無，增強(qiáng)集體榮譽(yù)感。與實驗相關(guān)的未知知識的獲取會激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

二 實驗前討論

按照分組情況進(jìn)行每個小組的講演，一個學(xué)生主講一個學(xué)生補(bǔ)充。講演前告知學(xué)生，認(rèn)真學(xué)習(xí)每個小組的匯報內(nèi)容，最后要點評。在各個小組發(fā)言完畢后，請同學(xué)們各抒己見，教師進(jìn)行點評。雖然課前學(xué)生做了大量預(yù)習(xí)，但是對實驗內(nèi)容的重點和難點依然不會確切了解。討論結(jié)束后，教師對學(xué)生的匯報內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和講解，對于實驗中的重點和難點細(xì)致講解。例如實驗試劑的混合順序、實驗中玻璃儀器的選擇、利用試劑的物理化學(xué)性質(zhì)分析實驗參數(shù)、實驗設(shè)計原理、活性氧含量和鐵含量測定的過程等。面對現(xiàn)在學(xué)生較強(qiáng)的學(xué)習(xí)和分析能力，為了更好地掌控課堂，實驗課前討論環(huán)節(jié)需要教師準(zhǔn)備充足的資料來應(yīng)對學(xué)生提出的問題。

三 實驗開展

實驗開展過程中，為提高過碳酸鈉產(chǎn)品的性能需要選擇不同的包埋試劑，進(jìn)行平行實驗，讓學(xué)生理解在科學(xué)研究中如何考察實驗因素的影響。三組學(xué)生分別是一組不使用包埋試劑、一組選擇硅酸鈉和硫酸鎂、一組選擇EDTA 或高分子聚合物。同時講解正交實驗法和響應(yīng)曲面法這兩種在科研和實際生產(chǎn)過程中普遍使用的研究方法。但由于實驗課時的限制沒有使用兩種實驗設(shè)計方法。在實驗開展過程中，教師要觀察注意學(xué)生的實驗表現(xiàn)，如課堂紀(jì)律、實驗基本操作、實驗數(shù)據(jù)的記錄和計算等，特別要時刻觀察、指導(dǎo)學(xué)生的實驗基本操作，嚴(yán)格要求、規(guī)范操作。活性氧含量的測定和計算是本實驗的重點和難點，對于高錳酸鉀濃度的設(shè)定、標(biāo)定和氧化還原滴定的過程要重點講解和引導(dǎo)，讓學(xué)生理解原理并學(xué)會實驗設(shè)計。

本實驗中涉及紅外光譜、紫外可見分光光度計、熱分析儀等中大型儀器設(shè)備，前期學(xué)生已經(jīng)預(yù)習(xí)儀器設(shè)備的原理，實驗中教師現(xiàn)場演示操作并說明原理，然后每個學(xué)生要親自操作，得到分析測試結(jié)果，師生討論如何分析實驗結(jié)果。

四 實驗結(jié)果討論與總結(jié)

對于不同實驗條件下，不同組別獲得產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)率、活性氧含量等數(shù)據(jù)會有差別。教師匯總各組的數(shù)據(jù)后，以“如何提高產(chǎn)率和活性氧含量？”為出發(fā)點，師生共同開展實驗結(jié)果分析，并與文獻(xiàn)中的結(jié)果進(jìn)行對比。最后教師對實驗結(jié)果和師生討論內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)。討論后，學(xué)生對實驗結(jié)果進(jìn)行總結(jié)、分析，書寫實驗報告。教師對學(xué)生的實驗報告、交流環(huán)節(jié)反映的問題進(jìn)行總結(jié)并完善“預(yù)習(xí)問題”，優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)。

五 實驗課程考核

實驗課程成績考核方法的科學(xué)性是影響PBL 教學(xué)方法教學(xué)效果的關(guān)鍵因素。本實驗的最終成績評定包括課前預(yù)習(xí)、現(xiàn)場講演、實驗課堂表現(xiàn)（基本實驗操作規(guī)范程度、課堂紀(jì)律、實驗環(huán)保與衛(wèi)生）、制備產(chǎn)品（質(zhì)量、產(chǎn)率、活性氧含量、穩(wěn)定性）、實驗報告、學(xué)生互評和自評成績。學(xué)生互評和自評采用不記名投票打分方式，評價內(nèi)容包括基礎(chǔ)知識、科研能力、語言表達(dá)、基本操作、協(xié)作能力。

六 教學(xué)評價

將實驗組與非PBL 教學(xué)模式組對比，進(jìn)行教學(xué)評價。學(xué)生的課程評價以問卷形式開展，問卷內(nèi)容包括學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、語言表達(dá)、相互合作、基本操作和對實驗的重視程度。實驗組學(xué)生還需對PBL 實驗教學(xué)模式提出建議和意見。從教學(xué)評價結(jié)果看，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實驗設(shè)計能力、團(tuán)隊協(xié)作和創(chuàng)新能力有明顯進(jìn)步，特別是激發(fā)了學(xué)生對化學(xué)實驗和科學(xué)研究的興趣，提高了學(xué)生的科研素養(yǎng)。

將PBL 教學(xué)法應(yīng)用于綜合化學(xué)實驗教學(xué)利于發(fā)揮學(xué)生主體地位，從被動答題到主動學(xué)習(xí)，鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，課程實施過程中師生互動、生生互動活躍課堂氣氛，利于獲得“真知灼見”，利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊精神和協(xié)作能力，在交流碰撞中不同“層次”的學(xué)生都能有所收獲。PBL 教學(xué)法應(yīng)用于化學(xué)實驗教學(xué)呈現(xiàn)出多層次、立體化的互動課堂。既培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)知識與技能、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，又提高學(xué)生的科研素養(yǎng)和解決問題的能力，提高化學(xué)實驗課程教學(xué)質(zhì)量。同時PBL教學(xué)方法實施的過程中，對教師的知識儲備、教學(xué)方法提出更高的要求，需要對每個化學(xué)實驗內(nèi)容設(shè)計預(yù)習(xí)問題和儲備相關(guān)知識，是教師全面成長的過程。在實驗教學(xué)實施過程中，教師要根據(jù)學(xué)生個體差異、實驗內(nèi)容的不同進(jìn)行“因地制宜”的優(yōu)化才能達(dá)到滿意的實驗教學(xué)效果。