以PBL教學(xué)法為基礎(chǔ)的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)六步法構(gòu)建

王再?gòu)?qiáng)　周紅　秦小萍　范黎明　陳國(guó)華　唐萍

摘要 ? ?傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法中學(xué)生是被動(dòng)的獲取知識(shí)，影響學(xué)習(xí)效率，而PBL教學(xué)法需要大量的時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用受到限制。本文借鑒了部分PBL教學(xué)法應(yīng)用于儀器分析實(shí)驗(yàn)課程，構(gòu)建了儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)六步法，即問題的設(shè)定、實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備的確定、實(shí)驗(yàn)前小組討論會(huì)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)后的小組總結(jié)交流會(huì)、評(píng)分。該教學(xué)方法加強(qiáng)了指導(dǎo)教師的引導(dǎo)作用，克服了PBL教學(xué)法需要大量時(shí)間的限制，是一種有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞 ? ?PBL教學(xué)法;儀器分析;六步實(shí)驗(yàn)教學(xué)法

中圖分類號(hào) ? ?G642 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ? ?A

文章編號(hào) ? 1007-5739（2020）19-0250-03

Six-step ?Construction ?of ?Instrumental ?Analysis ?Experiment ?Teaching ?Based ?on ?PBL ?Teaching ?Method

WANG Zaiqiang 1，2 ? ?ZHOU Hong 3 ? ?QIN Xiaoping 1，2 ? ?FAN Liming 2 ? ?CHEN Guohua 1，2 ? ?TANG Ping 1，2 *

（1 College of Plant Protection， Yunnan Agricultural University， Kunming Yunnan 650201; 2 State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Bio-Resources in Yunnan， Kunming Yunnan 650201; 3 College of Food Science and Technology， Yunnan Agricultural University， Kunming Yunnan 650201）

Abstract ? ?In the traditional experimental method， students acquire knowledge passively， which affects the learning efficiency. However， PBL teaching method requires a lot of time， so its application in experimental teaching is limited. The paper applied the PBL teaching method to the instrumental analysis experiment course， constructed a six-step method of instrumental analysis experiment teaching， including problem setting， experimental materials and equipment determination， pre-experiment group discussion， conducting experiments， group summary exchange meeting after the experiment and scoring. This teaching method strengthened the guiding role of the instructor， overcame the limitation of PBL teaching method requiring a lot of time， and was an effective experimental teaching method.

Keywords ? ?PBL teaching method; instrumental analysis; six-step experimental teaching method

儀器分析（Instrumental analysis）是現(xiàn)代分析化學(xué)的重要組成部分，其應(yīng)用已滲透到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域，是生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)、食品科學(xué)、醫(yī)學(xué)及醫(yī)藥學(xué)、商品檢驗(yàn)、法庭科學(xué)以及航天科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的重要研究手段和不可或缺的工具。由于儀器分析實(shí)驗(yàn)理論性較強(qiáng)、難度偏大，學(xué)生往往難于進(jìn)入角色，對(duì)實(shí)驗(yàn)一知半解，把握不住要點(diǎn)，因而學(xué)生基本上是機(jī)械地跟著實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)步驟做一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，并不能學(xué)以致用，轉(zhuǎn)化為自己的知識(shí)[1]。儀器分析課程的教師在教授課程過程中也面臨許多問題。首先，隨著學(xué)科的發(fā)展，儀器分析包含的內(nèi)容及技術(shù)越來越多，但由于時(shí)間限制，一個(gè)學(xué)期的課程中僅涉及其中的一部分[2]。其次，現(xiàn)代儀器分析應(yīng)用的許多儀器價(jià)格昂貴，作為本科生的教學(xué)設(shè)備在多數(shù)學(xué)校數(shù)量有限，所以通常學(xué)生多人一組，并不是每個(gè)學(xué)生都有機(jī)會(huì)親自操作儀器[3-4]。為了讓所有的學(xué)生在儀器分析實(shí)驗(yàn)中有效掌握知識(shí)與技能，筆者借鑒了部分PBL教學(xué)法應(yīng)用于儀器分析實(shí)驗(yàn)課程，并總結(jié)了4年的課堂實(shí)踐，構(gòu)建了儀器分析實(shí)驗(yàn)的六步法。

1 ? ?PBL教學(xué)法

儀器分析教學(xué)的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和解決問題的能力。為了教授學(xué)生掌握這樣的能力，許多教學(xué)方法被應(yīng)用于課堂教學(xué)之中，如基于過程模型的教學(xué)方法[5-6]、基于問題學(xué)習(xí)（PBL，Problem-based learning）的教學(xué)方法[7]、以流程為導(dǎo)向引導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)（POGIL，Process oriented guided inquiry learning）的教學(xué)方法[8]。這些方法的共同特點(diǎn)是將傳統(tǒng)教學(xué)中以教師“教”為中心改為以學(xué)生“學(xué)”為中心，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其批判性思維、解決問題及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等。在這些教學(xué)方法中，PBL教學(xué)法可能是最具創(chuàng)新意義的教學(xué)方法[9]，它首先被美國(guó)學(xué)者Barr-ows應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域[10]，PBL教學(xué)方法是圍繞精心選擇現(xiàn)實(shí)生活中的問題組織課程與教學(xué)，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生在分析問題的過程中自主學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，發(fā)展批判性思維和協(xié)作能力。首先自己擬定假設(shè)，然后進(jìn)行知識(shí)搜索與學(xué)習(xí)，最終在學(xué)習(xí)小組內(nèi)得出問題解決方案。PBL教學(xué)方法有許多優(yōu)點(diǎn)，圍繞現(xiàn)實(shí)生活中的問題可以激發(fā)學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更加深入思考[11]，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性均會(huì)有很大提高。然而，PBL教學(xué)法需要教師花費(fèi)大量的時(shí)間研究和選擇合適的問題、組織學(xué)生進(jìn)行討論，這在學(xué)生較多及課程時(shí)間有限的實(shí)驗(yàn)課程中難以完成。

2 ? ?儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中六步法的構(gòu)建

參考PBL教學(xué)方法中充分發(fā)揮學(xué)生自主性的方式，同時(shí)克服完全的PBL教學(xué)法不太適應(yīng)課程課時(shí)較少的情況，共設(shè)計(jì)了六步法，加強(qiáng)了指導(dǎo)教師的引導(dǎo)及指導(dǎo)作用。由于本科教學(xué)的目的不僅僅是讓學(xué)生掌握具體的分析方法、培養(yǎng)技術(shù)工人，因而為了能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)儀器分析基礎(chǔ)理論的全面了解，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟時(shí)應(yīng)用了“陷阱”選項(xiàng)（表1）。

2.1 ? ?問題的設(shè)定

不同的實(shí)驗(yàn)小組可做不同的實(shí)驗(yàn)，也可做同一個(gè)實(shí)驗(yàn)，或是相似的實(shí)驗(yàn)，這些分析問題的設(shè)定應(yīng)基于實(shí)驗(yàn)室的條件進(jìn)行，充分考慮實(shí)驗(yàn)的難易程度和實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有可使用的分析儀器設(shè)備。在實(shí)驗(yàn)之前，教師應(yīng)將實(shí)驗(yàn)涉及的相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)進(jìn)行基本介紹（與PBL教學(xué)法不同）。

2.2 ? ?實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備的確定

對(duì)于每個(gè)實(shí)驗(yàn)室來說，實(shí)驗(yàn)材料及儀器設(shè)備總是有限的，在提供這些材料與設(shè)備時(shí)應(yīng)精心設(shè)計(jì)，供學(xué)生選擇的同時(shí)又能夠考察其對(duì)基本理論知識(shí)的了解，可以在這些材料的設(shè)置上安排“陷阱”選項(xiàng)，即在其中加入不適于本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)備和材料（與PBL教學(xué)法不同）。

2.3 ? ?實(shí)驗(yàn)前小組討論會(huì)

研究表明，學(xué)生通過不同方法學(xué)習(xí)最終能夠掌握的知識(shí)比例是不同的，學(xué)生能夠最終掌握其閱讀內(nèi)容的10%、其聽到內(nèi)容的26%、其觀察內(nèi)容的30%、其聽到并看到內(nèi)容的50%、其講述內(nèi)容的70%、其操作并講述內(nèi)容的90%[12]。因此，分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可為學(xué)生提供更多親自參與并展示的機(jī)會(huì)，從而提高學(xué)習(xí)效率。實(shí)驗(yàn)班級(jí)按每組3～5人分組后，每個(gè)小組指定閱讀一些與待分析問題相關(guān)的科學(xué)文獻(xiàn)（包含具體實(shí)驗(yàn)步驟的文獻(xiàn)，但實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書式的文獻(xiàn)不能提供給學(xué)生），進(jìn)行小組討論形成初步實(shí)驗(yàn)方案后再與指導(dǎo)教師討論。指導(dǎo)教師在實(shí)驗(yàn)方案有較大缺陷時(shí)應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生查閱圖書中相應(yīng)的內(nèi)容或文獻(xiàn)，及時(shí)進(jìn)行修正，最終形成可操作的方案。最終的實(shí)驗(yàn)方案應(yīng)形成文字，并在課堂上對(duì)其他小組進(jìn)行口頭介紹，這2個(gè)內(nèi)容各由小組中的一名學(xué)生負(fù)責(zé)。這樣通過組間交流，如果做的是類似或相同的實(shí)驗(yàn)，其他小組中相似或相同的設(shè)計(jì)會(huì)給予小組成員啟發(fā)，提高他們繼續(xù)實(shí)驗(yàn)的興趣。

2.4 ? ?進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

大部分學(xué)生都是第一次使用大型的分析儀器，因而在正式實(shí)驗(yàn)之前，教師應(yīng)讓學(xué)生預(yù)先練習(xí)，分析儀器的使用，教會(huì)學(xué)生儀器基本操作步驟。學(xué)生在按自己制定的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程中，遇到問題時(shí)應(yīng)隨時(shí)與指導(dǎo)教師討論解決。

2.5 ? ?實(shí)驗(yàn)后的小組總結(jié)交流會(huì)

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)班級(jí)要組織實(shí)驗(yàn)后的總結(jié)交流會(huì)。在會(huì)上每個(gè)小組的一位學(xué)生要向其他學(xué)生介紹小組實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)中遇到的問題及解決辦法，并回答學(xué)生和指導(dǎo)教師的提問，然后由小組中的另一位學(xué)生完成文字的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

2.6 ? ?評(píng)分

每位學(xué)生的最終成績(jī)可以有2種選擇，一種是以最終的期末考試來定;另一種是綜合評(píng)分，由指導(dǎo)教師評(píng)分50%、小組互評(píng)30%、組內(nèi)互評(píng)20%等三部分組成。學(xué)生可選擇其中一種方式來評(píng)定自己本門課程的最終成績(jī)。

3 ? ?六步實(shí)驗(yàn)教學(xué)法的作用

3.1 ? ?學(xué)生學(xué)習(xí)興趣提高，自主學(xué)習(xí)能力增強(qiáng)

在六步實(shí)驗(yàn)教學(xué)法中，學(xué)生的角色與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)法相比有了很大轉(zhuǎn)變，學(xué)生變成了教學(xué)過程中的主角，對(duì)知識(shí)的獲取由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，這樣學(xué)生學(xué)習(xí)興趣就易被激發(fā)出來。設(shè)置的項(xiàng)目都是現(xiàn)實(shí)生活中的問題，學(xué)生需要查閱文獻(xiàn)，通過自己的分析思考形成可行的實(shí)驗(yàn)方案，在這樣的過程中，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力得到增強(qiáng)[13]。

3.2 ? ?學(xué)生多種綜合技能得到訓(xùn)練

六步實(shí)驗(yàn)教學(xué)法在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，提供了讓學(xué)生參與并進(jìn)行展示的機(jī)會(huì)，從而提高了學(xué)生學(xué)習(xí)效率。通過完整的實(shí)驗(yàn)過程，學(xué)生在信息收集、計(jì)劃制定、溝通、執(zhí)行力、時(shí)間管理、數(shù)據(jù)分析、寫作、口頭表述、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和綜合判斷能力等方面都能得到訓(xùn)練（表1）。這些能力不僅是作為一個(gè)科技工作者所必需的，其中如溝通、時(shí)間管理、寫作、口頭表述、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等能力是完成許多領(lǐng)域的工作都需要具備的能力。

4 ? ?參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介 ? 王再?gòu)?qiáng)（1972—），男，云南文山人，博士，講師。研究方向：生物源農(nóng)藥開發(fā)與利用。

通信作者

收稿日期 ? 2020-05-29