以PBL教學法為基礎的儀器分析實驗教學六步法構建

王再強　周紅　秦小萍　范黎明　陳國華　唐萍

摘要 ? ?傳統實驗方法中學生是被動的獲取知識，影響學習效率，而PBL教學法需要大量的時間，在實驗教學中的應用受到限制。本文借鑒了部分PBL教學法應用于儀器分析實驗課程，構建了儀器分析實驗教學六步法，即問題的設定、實驗材料及設備的確定、實驗前小組討論會、進行實驗、實驗后的小組總結交流會、評分。該教學方法加強了指導教師的引導作用，克服了PBL教學法需要大量時間的限制，是一種有效的實驗教學方法。

關鍵詞 ? ?PBL教學法;儀器分析;六步實驗教學法

中圖分類號 ? ?G642 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 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）是現代分析化學的重要組成部分，其應用已滲透到工業、農業、國防和科學技術等各個領域，是生命科學、環境科學、材料科學、食品科學、醫學及醫藥學、商品檢驗、法庭科學以及航天科學等學科領域的重要研究手段和不可或缺的工具。由于儀器分析實驗理論性較強、難度偏大，學生往往難于進入角色，對實驗一知半解，把握不住要點，因而學生基本上是機械地跟著實驗教師的指導步驟做一些簡單的實驗，并不能學以致用，轉化為自己的知識[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，隨著學科的發展，儀器分析包含的內容及技術越來越多，但由于時間限制，一個學期的課程中僅涉及其中的一部分[2]。其次，現代儀器分析應用的許多儀器價格昂貴，作為本科生的教學設備在多數學校數量有限，所以通常學生多人一組，并不是每個學生都有機會親自操作儀器[3-4]。為了讓所有的學生在儀器分析實驗中有效掌握知識與技能，筆者借鑒了部分PBL教學法應用于儀器分析實驗課程，并總結了4年的課堂實踐，構建了儀器分析實驗的六步法。

1 ? ?PBL教學法

儀器分析教學的主要目的是培養學生的批判性思維和解決問題的能力。為了教授學生掌握這樣的能力，許多教學方法被應用于課堂教學之中，如基于過程模型的教學方法[5-6]、基于問題學習（PBL，Problem-based learning）的教學方法[7]、以流程為導向引導探究性學習（POGIL，Process oriented guided inquiry learning）的教學方法[8]。這些方法的共同特點是將傳統教學中以教師“教”為中心改為以學生“學”為中心，充分激發學生的學習興趣，培養其批判性思維、解決問題及團隊協作能力等。在這些教學方法中，PBL教學法可能是最具創新意義的教學方法[9]，它首先被美國學者Barr-ows應用于醫學教育領域[10]，PBL教學方法是圍繞精心選擇現實生活中的問題組織課程與教學，在教師的引導下，學生在分析問題的過程中自主學習相關知識，發展批判性思維和協作能力。首先自己擬定假設，然后進行知識搜索與學習，最終在學習小組內得出問題解決方案。PBL教學方法有許多優點，圍繞現實生活中的問題可以激發學生對所學內容進行更加深入思考[11]，學生的學習興趣和積極性均會有很大提高。然而，PBL教學法需要教師花費大量的時間研究和選擇合適的問題、組織學生進行討論，這在學生較多及課程時間有限的實驗課程中難以完成。

2 ? ?儀器分析實驗教學中六步法的構建

參考PBL教學方法中充分發揮學生自主性的方式，同時克服完全的PBL教學法不太適應課程課時較少的情況，共設計了六步法，加強了指導教師的引導及指導作用。由于本科教學的目的不僅僅是讓學生掌握具體的分析方法、培養技術工人，因而為了能夠促進學生對儀器分析基礎理論的全面了解，在設計實驗步驟時應用了“陷阱”選項（表1）。

2.1 ? ?問題的設定

不同的實驗小組可做不同的實驗，也可做同一個實驗，或是相似的實驗，這些分析問題的設定應基于實驗室的條件進行，充分考慮實驗的難易程度和實驗室現有可使用的分析儀器設備。在實驗之前，教師應將實驗涉及的相關基礎理論知識進行基本介紹（與PBL教學法不同）。

2.2 ? ?實驗材料及設備的確定

對于每個實驗室來說，實驗材料及儀器設備總是有限的，在提供這些材料與設備時應精心設計，供學生選擇的同時又能夠考察其對基本理論知識的了解，可以在這些材料的設置上安排“陷阱”選項，即在其中加入不適于本實驗內容的設備和材料（與PBL教學法不同）。

2.3 ? ?實驗前小組討論會

研究表明，學生通過不同方法學習最終能夠掌握的知識比例是不同的，學生能夠最終掌握其閱讀內容的10%、其聽到內容的26%、其觀察內容的30%、其聽到并看到內容的50%、其講述內容的70%、其操作并講述內容的90%[12]。因此，分組進行實驗可為學生提供更多親自參與并展示的機會，從而提高學習效率。實驗班級按每組3～5人分組后，每個小組指定閱讀一些與待分析問題相關的科學文獻（包含具體實驗步驟的文獻，但實驗指導書式的文獻不能提供給學生），進行小組討論形成初步實驗方案后再與指導教師討論。指導教師在實驗方案有較大缺陷時應引導學生查閱圖書中相應的內容或文獻，及時進行修正，最終形成可操作的方案。最終的實驗方案應形成文字，并在課堂上對其他小組進行口頭介紹，這2個內容各由小組中的一名學生負責。這樣通過組間交流，如果做的是類似或相同的實驗，其他小組中相似或相同的設計會給予小組成員啟發，提高他們繼續實驗的興趣。

2.4 ? ?進行實驗

大部分學生都是第一次使用大型的分析儀器，因而在正式實驗之前，教師應讓學生預先練習，分析儀器的使用，教會學生儀器基本操作步驟。學生在按自己制定的實驗方案進行實驗過程中，遇到問題時應隨時與指導教師討論解決。

2.5 ? ?實驗后的小組總結交流會

實驗結束后，實驗班級要組織實驗后的總結交流會。在會上每個小組的一位學生要向其他學生介紹小組實驗結果、實驗中遇到的問題及解決辦法，并回答學生和指導教師的提問，然后由小組中的另一位學生完成文字的實驗報告。

2.6 ? ?評分

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

3 ? ?六步實驗教學法的作用

3.1 ? ?學生學習興趣提高，自主學習能力增強

在六步實驗教學法中，學生的角色與傳統實驗教學法相比有了很大轉變，學生變成了教學過程中的主角，對知識的獲取由被動變為主動，這樣學生學習興趣就易被激發出來。設置的項目都是現實生活中的問題，學生需要查閱文獻，通過自己的分析思考形成可行的實驗方案，在這樣的過程中，學生自主學習能力得到增強[13]。

3.2 ? ?學生多種綜合技能得到訓練

六步實驗教學法在激發學生學習興趣的同時，提供了讓學生參與并進行展示的機會，從而提高了學生學習效率。通過完整的實驗過程，學生在信息收集、計劃制定、溝通、執行力、時間管理、數據分析、寫作、口頭表述、團隊協作和綜合判斷能力等方面都能得到訓練（表1）。這些能力不僅是作為一個科技工作者所必需的，其中如溝通、時間管理、寫作、口頭表述、團隊協作等能力是完成許多領域的工作都需要具備的能力。

4 ? ?參考文獻

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基金項目 ? 云南農業大學教學改革項目（2017YAUJY023）;云南農業大學課程建設項目（2017YAUKC08E）;云南省高等院校提升專業服務產業能力建設項目（云高教〔2015〕78號）。

作者簡介 ? 王再強（1972—），男，云南文山人，博士，講師。研究方向：生物源農藥開發與利用。

通信作者

收稿日期 ? 2020-05-29