基于問題導向的教學法在分析化學教學中的應用*

孫劍奇，曹小華，尹健美

(九江學院化學與環境工程學院，江西 九江 332005)

分析化學是獲取有關物質的組成和性質的信息科學[1]，是最早發展起來的重要化學分支學科[1-2]。作為化學及其相關專業的一門基礎課程[3]，分析化學旨在培養學生掌握基本的分析操作技能、樹立正確的“定性”、“定量”分析科學理念以及初步從事科研工作的能力[4]。該課程的主要特點是知識點多，實踐性強[2]，而傳統的“填鴨式”教學方法在生源減少、高校擴招、課時壓縮的大背景下，忽略學生主體地位、影響學生學習熱情、教學效果差、缺乏過程考核、評價機制陳舊、不利于創新性人才培養等方面的弊端日益凸顯[5]。因此，傳統的分析化學課程教學法必須得到改革。基于問題導向(Problem-Based Learning，PBL)的教學法[6]是以問題為基礎，以學生為中心的討論式教學方法[2,5]。通過學生自學與合作、教師改教為導的緊密結合方式，PBL教學法能使學生在主動探索、分析和解決問題的過程中激發學習興趣、提高學習能力以及培養創新思維。為此，我們以“配位滴定法的基本原理”一節為例，將PBL教學法引入分析化學課程教學中。

1 PBL教學法應用

1.1 PBL教學法問題的設計

PBL教學法中，問題的選擇與設計是核心。在選擇問題時，既要注意涵蓋所學知識點的概念和原理，也要兼顧問題的啟發性與挑戰性，而設計問題時則要圍繞大綱要求與學生實際水平和能力展開，努力做到激發學生的學習興趣和保證學生解決問題的自信心。例如，學習“配位滴定法的基本原理”時，學生雖然已學習過酸堿滴定法，對于酸堿指示劑的變色原理、突越范圍等概念也有所認識和了解，但對于配位滴定法來說，因配位反應的類型和實質與酸堿反應不同，所以配位滴定法所使用的指示劑、滴定過程中需要討論的參數變化等情況均與酸堿滴定法有差異，因此，學生對于金屬指示劑的變色原理、突越范圍大小影響因素等知識并不清楚。但是，不管是酸堿滴定法還是配位滴定法，甚至是其它類型的滴定分析法，都必須解決三個基本問題，即指示劑的選擇問題、化學計量點的關鍵參數計算問題以及分析物能否被準確滴定(與終點誤差有關)問題，并且，在解決這三個問題的過程中，都會用到一個非常直觀的工具，即滴定曲線。因此，圍繞配位滴定法必須解決的三個問題以及為解決這三個問題需要使用的直觀工具滴定曲線，我們精心設計了以下問題：(1)金屬離子指示劑的變色原理是什么？(2)金屬離子指示劑的變色點有何特點?(3)如何選擇合適的金屬離子指示劑？(4)如何消除金屬離子指示劑的僵化與封閉？(5)如何得到配位滴定曲線？(6)如何計算化學計量點的pM'？(7)影響配位滴定突越范圍大小的因素有哪些？(8)如何得到配位滴定法的林邦終點誤差計算公式？

考慮到問題(5)～(8)有一定的難度，我們為承擔相應任務的小組提供了必要的資料庫，包括教材、文獻、圖表、習題等內容，以保證其不會因問題太難而放棄，同時又能體會到完成任務時的成就感。

1.2 PBL教學法的小組討論學習

盡量以寢室為單位，將全班同學(34人)分成 8組，每組(4～5人)學生提前一周接受學習任務，各組長再針對學習任務進行內部分工，然后，各小組成員相互團結與協作，通過查閱文獻、自學教材、求助網絡等各種途徑收集所需材料并對獲得的各種與解決問題有關的信息進行分析、歸納和總結，課下形成一整套解決問題的方案。經驗表明，認真負責且協調能力強的組長帶出的小組解決問題的質量比較高。比如，第5小組要解決的問題是如何得到配位滴定曲線，該組學生在充分收集相關資料的基礎上，本來已經弄清楚了如何得到配位滴定曲線，并且做好了匯報工作準備，但組長認為，僅僅把配位滴定曲線的得到過程以相關的物料平衡等式、化學平衡等式相結合的公式推導形式推送給全班同學，難免枯燥乏味且比較抽象，班上其他同學不一定明白，于是，他不怕辛苦，專門找到計算機專業的同學，編寫了一個程序，將配位滴定曲線的得到過程在PPT上以動畫形式展現給大家。配位滴定曲線的變化規律在動態描點過程中十分清晰地呈現出來，給全班同學留下了非常深刻的印象，得到了老師和同學們的一致好評。所以，在小組討論階段，選好組長有利于更加有效地解決問題。

1.3 PBL教學法的課堂歸納總結

在課堂上，各小組依次派代表以PPT形式匯報所解決的問題，經過相互質疑及補充回答后，全班同學再討論，教師點評，然后達成一致意見。對有爭議的疑難問題，教師必須耐心講解，如“配位滴定為什么會產生突越？”，教師可通過生活常識燒開水、成語故事水滴石穿等事例說明，量變是不顯著的變化，是漸變，而質變是根本性的變化，是突變，只有量的積累達到一定程度，才會引起質的變化。在配位滴定過程中，金屬離子M開始是過量的，濃度較大，所以初始pM較小，而且，滴定到達化學計量點之前，金屬離子M始終過量的局面并沒有發生根本性改變，所以金屬離子的pM只會緩慢地增加，而滴定一旦過了化學計量點，即使是半滴滴定劑EDTA加入，金屬離子M的pM卻會急劇地增大，產生了突變，原因是，此時溶液中滴定劑EDTA已過量，金屬離子M僅來源于滴定反應的穩定主產物MY的解離，因此濃度非常小，也就是說此刻發生的變化本質是質變而非量變。因此，配位滴定突越的產生實際是一個量變引起質變的過程。而對小組匯報中出現的知識點表述或認識偏差，教師一定要及時記錄與糾正，引導學生科學地思考和正確地學習，同時設法加深學生對學習內容重點與難點的理解。比如，經過課堂討論，同學們已經知道配位滴定突越產生的原因以及決定配位滴定突越大小范圍的因素，但仍有部分同學認為，突越范圍小更有利于準確地滴定金屬離子M，對于這種錯誤認識，教師一定要深挖根源，并從根本上予以糾正，究其錯誤認識產生的可能原因，一是源于同學們的慣性思維，大家都知道，指示劑的變色范圍越窄，指示劑越靈敏，由此造成的終點誤差就越小，從而有利于更加準確地滴定金屬離子M，所以就習慣性認為滴定的突越范圍越小，更有利于準確地滴定金屬離子M，二是這些同學看問題不夠全面，雖然他們已經明白從滴定突越產生的原因來看，配位滴定突越范圍是指由于化學計量點附近大約一滴滴定劑EDTA的加入引起的金屬離子pM急劇變化的范圍，但沒有意識到從滴定結果來看，以配位滴定突越范圍的邊界點作為滴定終點，其對應的滴定誤差范圍正好是±0.1%，即金屬離子M被準確滴定所對應的終點誤差范圍。顯然，受濃度及條件穩定常數因素的影響，配位滴定的突越大小范圍可以發生變化，但因為突越產生的原因都一樣，所以不管配位滴定的突越范圍大小如何，對應的終點誤差范圍都是±0.1%，但是配位滴定的突越范圍越大，可供選擇的金屬離子指示劑的種類就越多，有利于更準確地判斷終點自然更有利于準確地滴定金屬離子M，一旦配位滴定的突越范圍過小甚至不明顯，就沒有合適的金屬離子指示劑可供選擇以準確地判斷滴定終點，當然也就無法實現準確滴定金屬離子M的目標了。通過這種形式的課堂歸納總結，學生的學習興趣和能力便會不斷增強。

2 PBL教學法反思

PBL應用于分析化學課程教學，表現出很多優點，比如：課堂氣氛活躍、師生互動加強、學生的主體地位突出、學習興趣提升、分析和解決問題以及協作與表達能力明顯提高。同時，PBL教學法也存在一些不足：(1)以問題為核心的小組學習，可能導致學習內容零散、不系統。(2)學生尋求問題解決方案時投入的時間與精力較多。(3)對教師的教學水平和能力有較高要求。

3 結 語

PBL教學法的分析化學課程教學實踐體現了以問題為基礎、以學生為中心，以能力為目的帶來的教學優勢，值得嘗試和推廣，但受制于各種條件因素，并不能完全代替傳統教學方法，教學實踐中應注意將二者有機融合，切實提高分析化學課程教學質量。