分析化學(xué)教學(xué)中的PBL教學(xué)法應(yīng)用

孫劍奇，曹小華，李小雨

(九江學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，江西 九江 332005)

分析化學(xué)是化學(xué)及其相關(guān)專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程[1]，其主要教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生掌握與分析化學(xué)有關(guān)的基本理論與操作技能[2-3]。當(dāng)前，分析化學(xué)課程已呈現(xiàn)出知識(shí)點(diǎn)多、知識(shí)面寬、課時(shí)少等特點(diǎn)[2]。由于傳統(tǒng)的分析化學(xué)法存在教學(xué)方法單一、考評(píng)模式陳舊、理論與實(shí)踐聯(lián)系不夠緊密等缺點(diǎn)[4]，既影響了學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)興趣，也不能很好適應(yīng)新時(shí)期課程特點(diǎn)及教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，因此必須對(duì)其進(jìn)行改革。PBL教學(xué)法是以問題為基礎(chǔ)，以學(xué)生為中心的討論式教學(xué)法[5]，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自我思考與學(xué)習(xí)能力以及分析與解決問題的能力[4-5]。因此，在分析化學(xué)教學(xué)中引入PBL教學(xué)法，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性[3-4]，從而改善教學(xué)效果、提高教學(xué)質(zhì)量。為此，我們以“配位平衡”學(xué)習(xí)內(nèi)容為例，將PBL教學(xué)法引入分析化學(xué)課程教學(xué)。

1 PBL教學(xué)法應(yīng)用

1.1 教學(xué)問題的設(shè)計(jì)

PBL教學(xué)法圍繞問題展開，故教學(xué)問題的設(shè)計(jì)與引入至關(guān)重要。教師設(shè)計(jì)的教學(xué)問題一方面要緊扣大綱必須掌握的概念與原理并且具有一定的挑戰(zhàn)性，以滿足教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)與知識(shí)空間探索的需要，另一方面要盡量保證提出的教學(xué)問題之間不僅有關(guān)聯(lián)且要符合學(xué)生的能力要求，以免因問題太難而挫傷學(xué)生努力尋求問題解決方案的積極性與自信心。同時(shí)，在提出這些問題之前，要特別注意將其置于特定的情境之中，以引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與問題解決欲望。比如講“配位平衡”，教師可先從金屬離子與環(huán)境及人類健康的關(guān)系出發(fā)，通過“鎘米”事件、水俁病等具體事例表明配位滴定法的專業(yè)意義，再說明配位滴定法是以配位平衡為基礎(chǔ)的，進(jìn)而引出精心設(shè)計(jì)的系列問題。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了如下問題。(1)配位反應(yīng)常用的配體可分為幾種類型？各有什么特點(diǎn)？(2)EDTA為什么常用作配位滴定反應(yīng)的滴定劑？其優(yōu)越性表現(xiàn)在哪些方面？(3)配位反應(yīng)平衡常數(shù)有哪些表達(dá)方式？各有何特點(diǎn)？(4)配位平衡體系中各級(jí)配合物的分布以及平均配位數(shù)大小由什么因素決定？(5)何謂副反應(yīng)？副反應(yīng)有哪些具體表現(xiàn)？(6)如何計(jì)算各類副反應(yīng)系數(shù)？(7)如何計(jì)算條件穩(wěn)定常數(shù)？ 全班同學(xué)根據(jù)教師提出的問題在課下進(jìn)行分組學(xué)習(xí)討論。

1.2 教學(xué)問題的小組學(xué)習(xí)討論

盡量以宿舍為基本單位將全班(34人)分成7個(gè)小組，每組(4～5人)，小組長(zhǎng)可通過小組內(nèi)部選舉產(chǎn)生，也可由小組成員輪流擔(dān)任。各小組長(zhǎng)提前一周領(lǐng)取教師提出的教學(xué)問題任務(wù)后再將任務(wù)在組內(nèi)細(xì)分，比如上一節(jié)的問題5，小組內(nèi)一部分同學(xué)關(guān)注被測(cè)金屬離子M的副反應(yīng)、另一部分同學(xué)關(guān)注滴定劑EDTA的副反應(yīng)，其他同學(xué)關(guān)注滴定產(chǎn)物MY的副反應(yīng)。然后，小組內(nèi)每個(gè)人各司其職，通過查閱教材、文獻(xiàn)資料、電子資源庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)等途徑收集各種相關(guān)信息，在小組長(zhǎng)的組織協(xié)調(diào)下，將收集到的所有信息進(jìn)行分析、歸納、總結(jié)，最后形成一個(gè)問題解決初步方案(word文檔或PPT報(bào)告)。顯然，在此過程中，小組成員均不同程度地拓寬了知識(shí)面、提高了解決問題本領(lǐng)、培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作精神，因此，自主學(xué)習(xí)能力進(jìn)一步得到加強(qiáng)。當(dāng)然，學(xué)生若在此過程中碰到非常棘手的問題，教師應(yīng)當(dāng)及時(shí)給予其必要的指導(dǎo)和幫助，比如可提供相應(yīng)的問題資料庫(kù)或者解題思路，以避免其因束手無策而放棄提供問題的解決方案，體會(huì)不到自主解決問題的滿足感與成就感。

1.3 學(xué)習(xí)成果的歸納與總結(jié)

在課堂上，各組派代表盡量以PPT形式依次匯報(bào)本組的學(xué)習(xí)成果，其他組對(duì)匯報(bào)的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行質(zhì)疑。匯報(bào)人答疑時(shí)，其同組成員可補(bǔ)充。然后，全班同學(xué)共同討論，對(duì)所有學(xué)習(xí)成果進(jìn)行系統(tǒng)歸納與總結(jié)。在此過程中，學(xué)生是學(xué)習(xí)活動(dòng)的主角，而教師始終作為引導(dǎo)者，把握著課堂的學(xué)習(xí)氣氛和節(jié)奏，防止學(xué)習(xí)活動(dòng)偏離主題。需要強(qiáng)調(diào)的是，對(duì)于全班學(xué)生在共同總結(jié)時(shí)提出的難以解決的新問題，教師一定要耐心予以解答，以利于其對(duì)所學(xué)知識(shí)的全面理解與把握，比如，部分同學(xué)雖然對(duì)副反應(yīng)的各種類型都了如指掌，但就是不明白為什么副反應(yīng)進(jìn)行程度可通過副反應(yīng)系數(shù)衡量？其實(shí)，問題的根源在于這些同學(xué)對(duì)副反應(yīng)系數(shù)的定義缺乏深層次的了解。以金屬離子M的配位效應(yīng)系數(shù)αM(L)為例，其定義為未參加主反應(yīng)的金屬離子M總濃度[M']與游離的金屬離子M濃度[M]的比值。那么，為什么這兩個(gè)濃度的比值就能衡量M的配位效應(yīng)副反應(yīng)進(jìn)行程度呢？要搞清楚這個(gè)問題，首先就要理解[M']究竟由哪些項(xiàng)構(gòu)成。因此時(shí)M只有配位效應(yīng)副反應(yīng)，則根據(jù)M的物料平衡，可得到M的總濃度CM=[M]+[MY]+[ML]+[ML2]+ …+[MLn]，其中，[MY]為參加主反應(yīng)的M濃度，而[ML] +[ML2] + …+[MLn]則為M的配位效應(yīng)副反應(yīng)產(chǎn)物的平衡濃度之和，因此，根據(jù)[M']的定義可得到[M']=CM-[MY]=[M]+ [ML]+[ML2]+ …+[MLn]。顯然，[M']≥ [M]，因此，若αM(L)=1，則[ML]+[ML2]+…+[MLn]=0，說明M無配位效應(yīng)，若αM(L)>1，則說明M有配位效應(yīng)，而若αM(L)>> 1，則說明M的配位效應(yīng)非常嚴(yán)重。所以，副反應(yīng)系數(shù)確實(shí)可以衡量副反應(yīng)進(jìn)行程度。而對(duì)于學(xué)生在課堂總結(jié)中表現(xiàn)出的理解偏差甚至錯(cuò)誤，教師必須認(rèn)真予以糾正并指出錯(cuò)誤根源，以利于其正確地掌握知識(shí)并更好地學(xué)習(xí)后續(xù)內(nèi)容。比如，共存離子效應(yīng)系數(shù)αY(N)的計(jì)算公式為αY(N)= 1 + KNY[N]，其中，KNY為共存離子N與EDTA反應(yīng)形成的配合物NY的穩(wěn)定常數(shù)可通過查表獲得，但游離的共存離子N濃度[N]則必須通過計(jì)算獲得。很多同學(xué)得不到正確的計(jì)算結(jié)果，根本原因在于混淆了平衡體系中N的游離濃度[N]與分析濃度CN的本質(zhì)區(qū)別，總是以CN代替[N]完成計(jì)算，豈能無錯(cuò)？實(shí)際上，CN與N的具體存在方式無關(guān)，而[N]卻與N的具體存在方式有關(guān)，當(dāng)N對(duì)M的干擾較小，無需加入N的掩蔽劑X時(shí)，N僅以游離形式存在，故此時(shí)[N]=CN，而當(dāng)N對(duì)M的干擾比較嚴(yán)重，必須需加入N的掩蔽劑X時(shí)，因此時(shí)N主要以N與X形成的各級(jí)配合物NX、NX2、 … 、NXn的形式存在，故[N]已大大降低，即[N] << CN,這時(shí)可利用副反應(yīng)系數(shù)的定義計(jì)算[N]。因αN(X)定義為N的配位效應(yīng)系數(shù)，故αN(X) =[N']/[N],其中[N']為未參加主反應(yīng)(N與EDTA的反應(yīng))的N總濃度。因作為M的共存離子，N已被X幾乎完全掩蔽，不可能再以配合物NY形式出現(xiàn)，故[N']=CN-[NY]=CN=[M]+[ML]+[ML2]+ …+[MLn]，所以，此時(shí)[N] = CN/αN(X)，因此，共存離子N的游離濃度[N]并不總是等于其分析濃度CN。學(xué)生在答疑與錯(cuò)誤認(rèn)知被糾正的過程中學(xué)會(huì)了如何正確地學(xué)習(xí)和科學(xué)地思考。在此基礎(chǔ)上，教師再對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容尤其是重難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，以鞏固和加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，并對(duì)其成績(jī)予以表?yè)P(yáng)肯定，對(duì)其不足指明改進(jìn)和努力方向，以鼓勵(lì)和增強(qiáng)學(xué)生完成新學(xué)習(xí)任務(wù)的勇氣與信心。

2 PBL教學(xué)法反思

在分析化學(xué)課程教學(xué)中引入PBL教學(xué)法，相較于傳統(tǒng)教學(xué)方法，呈現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)。(1) 學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯提升。因PBL教學(xué)法以問題為導(dǎo)向，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有目標(biāo)和動(dòng)力，自然會(huì)對(duì)問題背后隱藏的知識(shí)產(chǎn)生興趣；(2) 學(xué)生多方面的能力得到了鍛煉和提高。因PBL教學(xué)法突出了學(xué)生主體地位，學(xué)生在自主學(xué)習(xí)與分析的過程中，分析與解決問題的能力得到了鍛煉和提高，同時(shí)，小組成員之間需要分享和交流信息并且共同協(xié)作才能形成一套解決問題的方案，因此多種能力得到提升；(3) 課堂氣氛融洽、師生互動(dòng)更加有效。在PBL教學(xué)模式下，學(xué)生是課堂活動(dòng)的真正主體，各學(xué)習(xí)小組在發(fā)言、質(zhì)疑、答疑等具體活動(dòng)中分享靈感、碰撞思維使得課堂的學(xué)習(xí)氣氛濃烈而融洽。教師作為引導(dǎo)者，不再是一味地向?qū)W生灌輸知識(shí)，而主要是指導(dǎo)學(xué)生開啟正確與科學(xué)的思維方式，引領(lǐng)學(xué)生積極探索隱藏在問題背后的知識(shí)，起到解惑答疑的作用。這種環(huán)境下，師生互動(dòng)更加有效，能更好地完成教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)。

同時(shí)，PBL教學(xué)法在教學(xué)應(yīng)用過程中也發(fā)現(xiàn)存在不足之處。(1) 學(xué)習(xí)小組以問題為核心開展學(xué)習(xí)，可能導(dǎo)致學(xué)習(xí)內(nèi)容不夠系統(tǒng)；(2) 學(xué)生與教師在共同解決問題的過程中投入的時(shí)間和精力較多。(3) 對(duì)教師的教學(xué)水平以及學(xué)生的學(xué)習(xí)能力均有較高要求。

3 結(jié)語(yǔ)

PBL教學(xué)法在分析化學(xué)課程教學(xué)中的實(shí)踐表明，該法以問題為基礎(chǔ)、以學(xué)生為中心，有效地提高了學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)和鍛煉了學(xué)生的文獻(xiàn)查閱、科學(xué)思維、溝通交流、團(tuán)結(jié)協(xié)作與分析解決問題等能力，活躍了課堂氣氛，改善了師生互動(dòng)關(guān)系，值得進(jìn)一步嘗試和推廣，但PBL仍然存在一些不足，需要在實(shí)踐過程中不斷改進(jìn)，以利于其在教學(xué)中發(fā)揮出更大優(yōu)勢(shì)。