基于問題導(dǎo)向的教學(xué)法在分析化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用*

孫劍奇，曹小華，尹健美

(九江學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，江西 九江 332005)

分析化學(xué)是獲取有關(guān)物質(zhì)的組成和性質(zhì)的信息科學(xué)[1]，是最早發(fā)展起來的重要化學(xué)分支學(xué)科[1-2]。作為化學(xué)及其相關(guān)專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程[3]，分析化學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)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(xué)理念以及初步從事科研工作的能力[4]。該課程的主要特點(diǎn)是知識(shí)點(diǎn)多，實(shí)踐性強(qiáng)[2]，而傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)方法在生源減少、高校擴(kuò)招、課時(shí)壓縮的大背景下，忽略學(xué)生主體地位、影響學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、教學(xué)效果差、缺乏過程考核、評(píng)價(jià)機(jī)制陳舊、不利于創(chuàng)新性人才培養(yǎng)等方面的弊端日益凸顯[5]。因此，傳統(tǒng)的分析化學(xué)課程教學(xué)法必須得到改革?；趩栴}導(dǎo)向(Problem-Based Learning，PBL)的教學(xué)法[6]是以問題為基礎(chǔ)，以學(xué)生為中心的討論式教學(xué)方法[2,5]。通過學(xué)生自學(xué)與合作、教師改教為導(dǎo)的緊密結(jié)合方式，PBL教學(xué)法能使學(xué)生在主動(dòng)探索、分析和解決問題的過程中激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)習(xí)能力以及培養(yǎng)創(chuàng)新思維。為此，我們以“配位滴定法的基本原理”一節(jié)為例，將PBL教學(xué)法引入分析化學(xué)課程教學(xué)中。

1 PBL教學(xué)法應(yīng)用

1.1 PBL教學(xué)法問題的設(shè)計(jì)

PBL教學(xué)法中，問題的選擇與設(shè)計(jì)是核心。在選擇問題時(shí)，既要注意涵蓋所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的概念和原理，也要兼顧問題的啟發(fā)性與挑戰(zhàn)性，而設(shè)計(jì)問題時(shí)則要圍繞大綱要求與學(xué)生實(shí)際水平和能力展開，努力做到激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和保證學(xué)生解決問題的自信心。例如，學(xué)習(xí)“配位滴定法的基本原理”時(shí)，學(xué)生雖然已學(xué)習(xí)過酸堿滴定法，對(duì)于酸堿指示劑的變色原理、突越范圍等概念也有所認(rèn)識(shí)和了解，但對(duì)于配位滴定法來說，因配位反應(yīng)的類型和實(shí)質(zhì)與酸堿反應(yīng)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(shù)變化等情況均與酸堿滴定法有差異，因此，學(xué)生對(duì)于金屬指示劑的變色原理、突越范圍大小影響因素等知識(shí)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(gè)基本問題，即指示劑的選擇問題、化學(xué)計(jì)量點(diǎn)的關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算問題以及分析物能否被準(zhǔn)確滴定(與終點(diǎn)誤差有關(guān))問題，并且，在解決這三個(gè)問題的過程中，都會(huì)用到一個(gè)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(gè)問題以及為解決這三個(gè)問題需要使用的直觀工具滴定曲線，我們精心設(shè)計(jì)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(diǎn)有何特點(diǎn)?(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(jì)算化學(xué)計(jì)量點(diǎn)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(diǎn)誤差計(jì)算公式？

考慮到問題(5)～(8)有一定的難度，我們?yōu)槌袚?dān)相應(yīng)任務(wù)的小組提供了必要的資料庫(kù)，包括教材、文獻(xiàn)、圖表、習(xí)題等內(nèi)容，以保證其不會(huì)因問題太難而放棄，同時(shí)又能體會(huì)到完成任務(wù)時(shí)的成就感。

1.2 PBL教學(xué)法的小組討論學(xué)習(xí)

盡量以寢室為單位，將全班同學(xué)(34人)分成 8組，每組(4～5人)學(xué)生提前一周接受學(xué)習(xí)任務(wù)，各組長(zhǎng)再針對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行內(nèi)部分工，然后，各小組成員相互團(tuán)結(jié)與協(xié)作，通過查閱文獻(xiàn)、自學(xué)教材、求助網(wǎng)絡(luò)等各種途徑收集所需材料并對(duì)獲得的各種與解決問題有關(guān)的信息進(jìn)行分析、歸納和總結(jié)，課下形成一整套解決問題的方案。經(jīng)驗(yàn)表明，認(rèn)真負(fù)責(zé)且協(xié)調(diào)能力強(qiáng)的組長(zhǎng)帶出的小組解決問題的質(zhì)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(xué)生在充分收集相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，本來已經(jīng)弄清楚了如何得到配位滴定曲線，并且做好了匯報(bào)工作準(zhǔn)備，但組長(zhǎng)認(rèn)為，僅僅把配位滴定曲線的得到過程以相關(guān)的物料平衡等式、化學(xué)平衡等式相結(jié)合的公式推導(dǎo)形式推送給全班同學(xué)，難免枯燥乏味且比較抽象，班上其他同學(xué)不一定明白，于是，他不怕辛苦，專門找到計(jì)算機(jī)專業(yè)的同學(xué)，編寫了一個(gè)程序，將配位滴定曲線的得到過程在PPT上以動(dòng)畫形式展現(xiàn)給大家。配位滴定曲線的變化規(guī)律在動(dòng)態(tài)描點(diǎn)過程中十分清晰地呈現(xiàn)出來，給全班同學(xué)留下了非常深刻的印象，得到了老師和同學(xué)們的一致好評(píng)。所以，在小組討論階段，選好組長(zhǎng)有利于更加有效地解決問題。

1.3 PBL教學(xué)法的課堂歸納總結(jié)

在課堂上，各小組依次派代表以PPT形式匯報(bào)所解決的問題，經(jīng)過相互質(zhì)疑及補(bǔ)充回答后，全班同學(xué)再討論，教師點(diǎn)評(píng)，然后達(dá)成一致意見。對(duì)有爭(zhēng)議的疑難問題，教師必須耐心講解，如“配位滴定為什么會(huì)產(chǎn)生突越？”，教師可通過生活常識(shí)燒開水、成語(yǔ)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(zhì)變是根本性的變化，是突變，只有量的積累達(dá)到一定程度，才會(huì)引起質(zhì)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(dá)化學(xué)計(jì)量點(diǎn)之前，金屬離子M始終過量的局面并沒有發(fā)生根本性改變，所以金屬離子的pM只會(huì)緩慢地增加，而滴定一旦過了化學(xué)計(jì)量點(diǎn)，即使是半滴滴定劑EDTA加入，金屬離子M的pM卻會(huì)急劇地增大，產(chǎn)生了突變，原因是，此時(shí)溶液中滴定劑EDTA已過量，金屬離子M僅來源于滴定反應(yīng)的穩(wěn)定主產(chǎn)物MY的解離，因此濃度非常小，也就是說此刻發(fā)生的變化本質(zhì)是質(zhì)變而非量變。因此，配位滴定突越的產(chǎn)生實(shí)際是一個(gè)量變引起質(zhì)變的過程。而對(duì)小組匯報(bào)中出現(xiàn)的知識(shí)點(diǎn)表述或認(rèn)識(shí)偏差，教師一定要及時(shí)記錄與糾正，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)地思考和正確地學(xué)習(xí)，同時(shí)設(shè)法加深學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容重點(diǎn)與難點(diǎn)的理解。比如，經(jīng)過課堂討論，同學(xué)們已經(jīng)知道配位滴定突越產(chǎn)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(xué)認(rèn)為，突越范圍小更有利于準(zhǔn)確地滴定金屬離子M，對(duì)于這種錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，教師一定要深挖根源，并從根本上予以糾正，究其錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)產(chǎn)生的可能原因，一是源于同學(xué)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(diǎn)誤差就越小，從而有利于更加準(zhǔn)確地滴定金屬離子M，所以就習(xí)慣性認(rèn)為滴定的突越范圍越小，更有利于準(zhǔn)確地滴定金屬離子M，二是這些同學(xué)看問題不夠全面，雖然他們已經(jīng)明白從滴定突越產(chǎn)生的原因來看，配位滴定突越范圍是指由于化學(xué)計(jì)量點(diǎn)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(shí)到從滴定結(jié)果來看，以配位滴定突越范圍的邊界點(diǎn)作為滴定終點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的滴定誤差范圍正好是±0.1%，即金屬離子M被準(zhǔn)確滴定所對(duì)應(yīng)的終點(diǎn)誤差范圍。顯然，受濃度及條件穩(wěn)定常數(shù)因素的影響，配位滴定的突越大小范圍可以發(fā)生變化，但因?yàn)橥辉疆a(chǎn)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(duì)應(yīng)的終點(diǎn)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(zhǔn)確地判斷終點(diǎn)自然更有利于準(zhǔn)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(zhǔn)確地判斷滴定終點(diǎn)，當(dāng)然也就無法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確滴定金屬離子M的目標(biāo)了。通過這種形式的課堂歸納總結(jié)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和能力便會(huì)不斷增強(qiáng)。

2 PBL教學(xué)法反思

PBL應(yīng)用于分析化學(xué)課程教學(xué)，表現(xiàn)出很多優(yōu)點(diǎn)，比如：課堂氣氛活躍、師生互動(dòng)加強(qiáng)、學(xué)生的主體地位突出、學(xué)習(xí)興趣提升、分析和解決問題以及協(xié)作與表達(dá)能力明顯提高。同時(shí)，PBL教學(xué)法也存在一些不足：(1)以問題為核心的小組學(xué)習(xí)，可能導(dǎo)致學(xué)習(xí)內(nèi)容零散、不系統(tǒng)。(2)學(xué)生尋求問題解決方案時(shí)投入的時(shí)間與精力較多。(3)對(duì)教師的教學(xué)水平和能力有較高要求。

3 結(jié) 語(yǔ)

PBL教學(xué)法的分析化學(xué)課程教學(xué)實(shí)踐體現(xiàn)了以問題為基礎(chǔ)、以學(xué)生為中心，以能力為目的帶來的教學(xué)優(yōu)勢(shì)，值得嘗試和推廣，但受制于各種條件因素，并不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)教學(xué)方法，教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)注意將二者有機(jī)融合，切實(shí)提高分析化學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量。