分析化學教學中的PBL教學法應用

孫劍奇，曹小華，李小雨

(九江學院 化學與環境工程學院，江西 九江 332005)

分析化學是化學及其相關專業的一門重要基礎課程[1]，其主要教學目標是培養學生掌握與分析化學有關的基本理論與操作技能[2-3]。當前，分析化學課程已呈現出知識點多、知識面寬、課時少等特點[2]。由于傳統的分析化學法存在教學方法單一、考評模式陳舊、理論與實踐聯系不夠緊密等缺點[4]，既影響了學生的主動學習興趣，也不能很好適應新時期課程特點及教學目標的實現，因此必須對其進行改革。PBL教學法是以問題為基礎，以學生為中心的討論式教學法[5]，強調學生的自我思考與學習能力以及分析與解決問題的能力[4-5]。因此，在分析化學教學中引入PBL教學法，有利于激發學生的學習興趣，調動其學習積極性[3-4]，從而改善教學效果、提高教學質量。為此，我們以“配位平衡”學習內容為例，將PBL教學法引入分析化學課程教學。

1 PBL教學法應用

1.1 教學問題的設計

PBL教學法圍繞問題展開，故教學問題的設計與引入至關重要。教師設計的教學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性，以滿足教學培養目標與知識空間探索的需要，另一方面要盡量保證提出的教學問題之間不僅有關聯且要符合學生的能力要求，以免因問題太難而挫傷學生努力尋求問題解決方案的積極性與自信心。同時，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，以引起學生的學習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境及人類健康的關系出發，通過“鎘米”事件、水俁病等具體事例表明配位滴定法的專業意義，再說明配位滴定法是以配位平衡為基礎的，進而引出精心設計的系列問題。因此，我們設計了如下問題。(1)配位反應常用的配體可分為幾種類型？各有什么特點？(2)EDTA為什么常用作配位滴定反應的滴定劑？其優越性表現在哪些方面？(3)配位反應平衡常數有哪些表達方式？各有何特點？(4)配位平衡體系中各級配合物的分布以及平均配位數大小由什么因素決定？(5)何謂副反應？副反應有哪些具體表現？(6)如何計算各類副反應系數？(7)如何計算條件穩定常數？ 全班同學根據教師提出的問題在課下進行分組學習討論。

1.2 教學問題的小組學習討論

盡量以宿舍為基本單位將全班(34人)分成7個小組，每組(4～5人)，小組長可通過小組內部選舉產生，也可由小組成員輪流擔任。各小組長提前一周領取教師提出的教學問題任務后再將任務在組內細分，比如上一節的問題5，小組內一部分同學關注被測金屬離子M的副反應、另一部分同學關注滴定劑EDTA的副反應，其他同學關注滴定產物MY的副反應。然后，小組內每個人各司其職，通過查閱教材、文獻資料、電子資源庫、網絡等途徑收集各種相關信息，在小組長的組織協調下，將收集到的所有信息進行分析、歸納、總結，最后形成一個問題解決初步方案(word文檔或PPT報告)。顯然，在此過程中，小組成員均不同程度地拓寬了知識面、提高了解決問題本領、培養了團隊合作精神，因此，自主學習能力進一步得到加強。當然，學生若在此過程中碰到非常棘手的問題，教師應當及時給予其必要的指導和幫助，比如可提供相應的問題資料庫或者解題思路，以避免其因束手無策而放棄提供問題的解決方案，體會不到自主解決問題的滿足感與成就感。

1.3 學習成果的歸納與總結

在課堂上，各組派代表盡量以PPT形式依次匯報本組的學習成果，其他組對匯報的學習成果進行質疑。匯報人答疑時，其同組成員可補充。然后，全班同學共同討論，對所有學習成果進行系統歸納與總結。在此過程中，學生是學習活動的主角，而教師始終作為引導者，把握著課堂的學習氣氛和節奏，防止學習活動偏離主題。需要強調的是，對于全班學生在共同總結時提出的難以解決的新問題，教師一定要耐心予以解答，以利于其對所學知識的全面理解與把握，比如，部分同學雖然對副反應的各種類型都了如指掌，但就是不明白為什么副反應進行程度可通過副反應系數衡量？其實，問題的根源在于這些同學對副反應系數的定義缺乏深層次的了解。以金屬離子M的配位效應系數αM(L)為例，其定義為未參加主反應的金屬離子M總濃度[M']與游離的金屬離子M濃度[M]的比值。那么，為什么這兩個濃度的比值就能衡量M的配位效應副反應進行程度呢？要搞清楚這個問題，首先就要理解[M']究竟由哪些項構成。因此時M只有配位效應副反應，則根據M的物料平衡，可得到M的總濃度CM=[M]+[MY]+[ML]+[ML2]+ …+[MLn]，其中，[MY]為參加主反應的M濃度，而[ML] +[ML2] + …+[MLn]則為M的配位效應副反應產物的平衡濃度之和，因此，根據[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，若αM(L)>1，則說明M有配位效應，而若αM(L)>> 1，則說明M的配位效應非常嚴重。所以，副反應系數確實可以衡量副反應進行程度。而對于學生在課堂總結中表現出的理解偏差甚至錯誤，教師必須認真予以糾正并指出錯誤根源，以利于其正確地掌握知識并更好地學習后續內容。比如，共存離子效應系數αY(N)的計算公式為αY(N)= 1 + KNY[N]，其中，KNY為共存離子N與EDTA反應形成的配合物NY的穩定常數可通過查表獲得，但游離的共存離子N濃度[N]則必須通過計算獲得。很多同學得不到正確的計算結果，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的本質區別，總是以CN代替[N]完成計算，豈能無錯？實際上，CN與N的具體存在方式無關，而[N]卻與N的具體存在方式有關，當N對M的干擾較小，無需加入N的掩蔽劑X時，N僅以游離形式存在，故此時[N]=CN，而當N對M的干擾比較嚴重，必須需加入N的掩蔽劑X時，因此時N主要以N與X形成的各級配合物NX、NX2、 … 、NXn的形式存在，故[N]已大大降低，即[N] << CN,這時可利用副反應系數的定義計算[N]。因αN(X)定義為N的配位效應系數，故αN(X) =[N']/[N],其中[N']為未參加主反應(N與EDTA的反應)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，故[N']=CN-[NY]=CN=[M]+[ML]+[ML2]+ …+[MLn]，所以，此時[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。學生在答疑與錯誤認知被糾正的過程中學會了如何正確地學習和科學地思考。在此基礎上，教師再對整個學習內容尤其是重難點內容進行總結，以鞏固和加深學生對所學知識的理解，并對其成績予以表揚肯定，對其不足指明改進和努力方向，以鼓勵和增強學生完成新學習任務的勇氣與信心。

2 PBL教學法反思

在分析化學課程教學中引入PBL教學法，相較于傳統教學方法，呈現出諸多優勢。(1) 學生的學習興趣明顯提升。因PBL教學法以問題為導向，學生在學習過程中有目標和動力，自然會對問題背后隱藏的知識產生興趣；(2) 學生多方面的能力得到了鍛煉和提高。因PBL教學法突出了學生主體地位，學生在自主學習與分析的過程中，分析與解決問題的能力得到了鍛煉和提高，同時，小組成員之間需要分享和交流信息并且共同協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、師生互動更加有效。在PBL教學模式下，學生是課堂活動的真正主體，各學習小組在發言、質疑、答疑等具體活動中分享靈感、碰撞思維使得課堂的學習氣氛濃烈而融洽。教師作為引導者，不再是一味地向學生灌輸知識，而主要是指導學生開啟正確與科學的思維方式，引領學生積極探索隱藏在問題背后的知識，起到解惑答疑的作用。這種環境下，師生互動更加有效，能更好地完成教學培養目標。

同時，PBL教學法在教學應用過程中也發現存在不足之處。(1) 學習小組以問題為核心開展學習，可能導致學習內容不夠系統；(2) 學生與教師在共同解決問題的過程中投入的時間和精力較多。(3) 對教師的教學水平以及學生的學習能力均有較高要求。

3 結語

PBL教學法在分析化學課程教學中的實踐表明，該法以問題為基礎、以學生為中心，有效地提高了學生的主動學習興趣，培養和鍛煉了學生的文獻查閱、科學思維、溝通交流、團結協作與分析解決問題等能力，活躍了課堂氣氛，改善了師生互動關系，值得進一步嘗試和推廣，但PBL仍然存在一些不足，需要在實踐過程中不斷改進，以利于其在教學中發揮出更大優勢。