問題導向式學習在有機化學實驗中的應用

周 喜，劉 鵬，張 超

(邵陽學院 食品與化學工程學院，湖南 邵陽 422000)

問題導向式學習( Problem Based Learning，PBL) 是由Barrows教授最先提出的一種以問題為中心的教學方法[1]。目前，PBL已在教育界得到廣泛認可，普遍應用于化學、化工、生物、教育、工程等專業領域[2-3]。PBL注重以學生為主體，教師起引導作用，學生以小組為單位，通過自主探索、獨立思考和小組交流等方式解決問題。在此過程中，學生能充分感受獲得知識的過程與成就，顯著提升學生的自主學習能力，并培養學生自主分析、交流合作以及解決問題的能力。

有機化學是化學、制藥、化工、食品、藥學、醫學等本科專業的一門必修基礎課程，也是一門理論性和實踐性并重的課程[4-6]。通過有機化學實驗，可以促進學生更好的掌握有機化學中的基本理論、化合物性質、反應類型、反應機理等，對培養學生的實驗操作能力和創新性思維具有重要作用。本文以有機化學實驗中乙酸乙酯的制備為例，探討PBL教學法應用于有機化學實驗的方法。

1 問題設計原則

應用PBL教學法教導學生時，問題的設定是一個重要的因素，恰當的設置問題可以讓學生積極主動的自主學習去解決問題。因此，在設定問題時要考慮以下因素：(1)設置的問題契合實驗教學目標，且應具有引導性，使學生通過解決問題能更好的掌握相關知識，讓學生在完成后能充分的感覺到學有所用，從而保持學習興趣。(2)問題設置具有層次性，應考慮學生的整體接受能力和知識水平，所選問題可以劃分為簡單、適中和較難三個層次，其中，相對簡單的問題應占多數，主要涉及該實驗的原料性質、儀器設備、實驗步驟等，學生通過簡單的預習，即可從教材或實驗指導書中尋找到答案；適中的問題主要涉及實驗原理、單元操作過程的規范及注意事項等，此類問題需要學生結合有機化學的理論知識，查找資料才能解決；較難的問題一般涉及提高產品收率及純度的方法，探討實驗中出現的各種實驗現象的原因等，需要學生綜合所學知識及實驗內容，主動思考，積極交流才能完成。(3)設置的問題具有較強的實踐性，從而調動學生的學習積極性，引導學生透過現象思考本質，培養學生的創新性思維與實踐能力。

以乙酸乙酯的制備為例，結合教學目標與知識要點，可設計如下問題：(1)乙酸、乙醇、乙酸乙酯的氣味、沸點、溶解度分別是什么？(2)實驗過程中涉及的主反應及副反應的化學反應方程式是什么？(3)以流程圖的方式繪出實驗的基本步驟。(4)實驗的基本原理是什么？(5)有哪些方法可以提高乙酸乙酯的收率？(6)分液漏斗的作用及使用時的注意事項是什么？(7)實驗過程中需要哪些儀器設備？(8)影響產品純度的因素有哪些？(9)文獻中關于酯化反應的催化劑有哪些類型？在以上問題中，(1)、(2)、(3)、(6)和(7)屬于相對簡單的問題，(4)、(5)、(8)屬于中等難度的，(9)屬于相對較難的。

2 課堂教學設計

與傳統的講授法相比，PBL教學法注重培養學生的主動學習能力。在有機化學實驗教學中，PBL要求學生在具有一定的實驗基本技能與知識的基礎上，在實驗過程中提升發現、分析和解決問題的能力。為了實現上述目標，PBL教學的整體過程可分為明確目標、查閱資料、方案設計與分組討論、實驗操作、講解與總結等，具體如下：

(1)明確目標，以課程和實驗教學目標為導向，設置教學問題，介紹PBL實驗的流程與目標。

(2)查閱資料，引導學生以實驗目標和教學問題為探索對象，閱讀實驗指導書，查閱常用的數據庫，掌握文獻資料的查閱方法，初步獲得實驗問題的答案。

(3)方案設計與分組討論，根據查閱資料結果，結合掌握的基本理論與實驗知識，設計實驗方案；教師根據學生的學習能力和學習水平將學生分組，在分組時還會要考慮到學生的學習風格以及性別特征，把愛好相同，水平相近的同學分成一個組，并盡可能讓學生自由分組，給學生一個好的學習氛圍；分組后，同組的學生可針對實驗方案及問題進行自由討論，以進一步完善方案，解決部分學生尚未掌握的內容與問題。

(4)實驗操作，學生準備實踐設計的實驗方案，實驗教師根據學生的實驗方案，提前準備好儀器設備和化學試劑，分組安排好實驗室和時間進行實驗；各組的組長負責溝通和協調，教師負責引導與實驗室安全，實驗小組獨立實施實驗，并注意觀察實驗現象，記錄實驗數據。

(5)講解與總結，在實驗操作完成后，教師需進行實驗講解，其原因在于：學生在進行 PBL 有機化學實驗學習中，可能遇到一些自己無法理解或解決的問題，通過詳細講解可幫助學生掌握相關知識和解決問題，并獲得一些在實驗操作過程中的經驗，提升學生的實踐能力；學生在實驗完成后，對有機化學及實驗的理論知識會有新的理解，教師的針對性講解可以幫助學生鞏固相關知識，引導其分析和解決問題。此外，在每個實驗項目完成后，每個學生均需提交一份實驗報告，對實驗過程與結果進行總結，實驗報告的內容除包括普通實驗報告外，還需著重突出學生在實驗中遇到的問題，針對性的解決方案，以及解決結果。

3 實驗評價標準

教師對學生完成實驗的過程及結果的評價標準是否科學合理的反映了學生的學習態度和學習能力，會直接影響到學生的學習積極性及教學效果。因此，必須建立專業合理的實驗評價標準，且此評價標準應得到學生的普遍認可，從而激發學生的學習積極性，引導他們在實驗過程中充分發揮自己的主動學習能力，盡情挖掘自己的潛力，并取得好的實驗學習成績。

傳統的實驗教學評價主要由老師對學生的實驗報告和實驗結果進行評分，注重結論性評價，而忽略了形成性評價，存在一定的局限性。PBL教學法的實驗評價標準則應綜合考慮結論性評價與形成性評價。其中，結論性評價除實驗報告和實驗結果以外，還應注重考察學生分析和解決問題的結果；形成性評價注重考察學生的自主學習態度與能力，包括查閱資料、方案設計、實驗操作和分組討論等方面。

4 結語

PBL教學法充分體現了以學生為中心的教育理論，有助于培養學生自主分析、交流合作以及解決問題的能力。以有機化學實驗為例，PBL教學的實施需注意教學問題的設計原則，完善教學設計，科學合理的制訂評價標準。在此基礎上，才能確保在提升學生的有機化學實驗基本知識與操作能力的同時，培養其發現、分析、交流和解決問題的綜合能力。