PBL教學(xué)法在硫酸亞鐵銨的制備實驗中的應(yīng)用

張慶樂 董 建 孫立平 王 騰

泰山醫(yī)學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院 山東泰安 271016

化學(xué)是一門古老的自然科學(xué)，曾在提取中草藥有效成分和冶煉無機(jī)礦物藥方面發(fā)揮了巨大作用，成為人類戰(zhàn)勝疾病和延年益壽的有力武器。然而，化學(xué)是一把雙刃劍，現(xiàn)代工業(yè)化大發(fā)展中隨意排放的“三廢”物質(zhì)造成國內(nèi)外許多地區(qū)的水體、空氣、土壤和食品質(zhì)量持續(xù)下降[1]，直接或間接地威脅社會公眾的身體健康。食管癌、肺癌、阿爾莫茲海默病的發(fā)病率升高均與外源化學(xué)污染物存在密切的聯(lián)系[2-4]，化學(xué)的基礎(chǔ)知識理論在闡明疾病成因、診斷和治療方面起著非常主要的作用。研究表明，石墨烯等納米材料具有比表面積大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點，是一種極具開發(fā)價值的難溶性抗癌藥物的載體，在診斷和治療惡性腫瘤等疾病有重要的應(yīng)用[5,6]。作為一名醫(yī)藥類本科生，掌握化學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)理論知識和實驗技能，對于構(gòu)建其知識理論體系、培養(yǎng)科學(xué)的思維習(xí)慣和創(chuàng)新能力具有重要意義。

硫酸亞鐵銨的制備是基礎(chǔ)化學(xué)實驗中的一個綜合性實驗項目，它包含了稱量、加熱溶解、蒸發(fā)結(jié)晶和減壓過濾等多個操作環(huán)節(jié)，能夠較好地鍛煉學(xué)生的綜合實驗技能。傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在以下問題。(1)機(jī)械地按照教師要求操作，不理解實驗原理[7]，個別學(xué)生某個實驗環(huán)節(jié)出錯，需要重做，浪費時間和藥品。(2)結(jié)晶時不知道如何判斷結(jié)晶程度，減壓抽濾后，晶體質(zhì)量偏少。(3)不知道產(chǎn)率如何計算。學(xué)生一旦養(yǎng)成了被動學(xué)習(xí)、不求甚解的不良實驗習(xí)慣，會使其在大三的專業(yè)實驗和大四的畢業(yè)設(shè)計中表現(xiàn)較差，影響了培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)量。近年來，以問題為導(dǎo)向的PBL教學(xué)模式在高等院校課程教學(xué)中被廣泛運用，在一定程度上改善了授課質(zhì)量。本文以硫酸亞鐵銨的制備實驗項目為例，探討了PBL教學(xué)法在基礎(chǔ)化學(xué)實驗中的具體應(yīng)用策略，并針對實施過程中存在的問題提出了改進(jìn)建議。

1 教學(xué)設(shè)計

以2016級醫(yī)學(xué)檢驗本科1，2班共100人為研究對象，實驗授課時將其劃分為3個實驗室進(jìn)行實驗，每個實驗室的人數(shù)為33～34人。隨機(jī)選擇1個實驗室的學(xué)生采用PBL教學(xué)法，另外兩個實驗室的學(xué)生采用傳統(tǒng)方法授課。3個實驗室學(xué)生的入學(xué)成績基本一致，理論授課為同一任課教師。

1.1 劃分實驗小組

將實驗室1的學(xué)生劃分為11個實驗小組，每組3人，每個實驗小組選出一名學(xué)生擔(dān)任組長。組長負(fù)責(zé)督促組員查閱資料、設(shè)計實驗方案、參與網(wǎng)絡(luò)討論和答題等。

1.2 查資料 設(shè)計實驗方案

鑒于學(xué)生在大一第一學(xué)期尚未學(xué)習(xí)“文獻(xiàn)檢索”課程，大部分學(xué)生不會利用網(wǎng)絡(luò)查閱資料。指導(dǎo)教師需將查閱文獻(xiàn)的具體方法設(shè)計出來，打印出來分發(fā)給每位學(xué)生，并在理論授課時抽出一定時間講解如何查閱文獻(xiàn)。學(xué)生在業(yè)余時間利用三大中文期刊數(shù)據(jù)庫：清華知網(wǎng)、維普和萬方查閱硫酸亞鐵銨的制備工藝，根據(jù)查詢結(jié)果設(shè)計實驗方案。

教學(xué)平臺是利用校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的授課活動平臺，師生之間通過此平臺進(jìn)行溝通互動。每位學(xué)生將設(shè)計好的實驗方案以Word或PDF格式上傳到教學(xué)平臺上，教師依據(jù)設(shè)計質(zhì)量進(jìn)行評分。

1.3 網(wǎng)絡(luò)討論和答題

為規(guī)范學(xué)生對儀器設(shè)備的操作技能，指導(dǎo)教師將實驗預(yù)試的全過程拍成視頻，經(jīng)過后期的編輯整理后上傳到教學(xué)平臺上。每位學(xué)生在實驗前通過網(wǎng)絡(luò)觀看實驗視頻，對實驗的整體流程和儀器設(shè)備的基本操作有大致的了解，掌握影響實驗結(jié)果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)(見表1)，有助于取得良好的實驗結(jié)果。

在教學(xué)平臺的討論區(qū)，學(xué)生可以將實驗操作過程中的疑難問題進(jìn)行討論，指導(dǎo)教師利用業(yè)余時間進(jìn)行詳細(xì)解答。另外，指導(dǎo)教師將實驗習(xí)題上傳到教學(xué)平臺上(見表2)。學(xué)生利用校園卡號登錄后在規(guī)定時間內(nèi)完成答題，教師給予評分。

表1 關(guān)鍵實驗環(huán)節(jié)及主要問題

表2 實驗習(xí)題及分值

1.4 實驗操作

按事先劃分好的實驗小組，學(xué)生將實驗服穿戴整齊依次進(jìn)入基礎(chǔ)化學(xué)實驗室。首先，由組長帶領(lǐng)組員清點實驗臺上擺放的試劑和儀器是否齊全。然后，按照設(shè)計好的實驗方案開展實驗。指導(dǎo)教師在實驗室內(nèi)巡視，及時糾正學(xué)生的錯誤操作和解決突發(fā)實驗事故(見表3)。最后，依據(jù)每組的實驗操作情況給予評分，并寫出評分依據(jù)。

表3 常見實驗操作錯誤

1.5 實驗后的反思

實驗完成后，每位實驗小組的組長將實驗結(jié)果上傳到教學(xué)平臺上，并對分析產(chǎn)率偏低或偏高的原因做出書面解釋。產(chǎn)率偏高常見原因：鐵粉殘渣質(zhì)量偏低或硫酸亞鐵銨未充分干燥。產(chǎn)量偏低常見原因：制備硫酸亞鐵時，反應(yīng)時間偏短；未趁熱抽濾，硫酸亞鐵晶體殘留在抽濾瓶的器壁上；蒸發(fā)濃縮硫酸亞鐵銨時晶膜過少。

1.6 成績評定

傳統(tǒng)的成績評定方式是以實驗報告成績作為最終的綜合成績，這種成績評級方式容易挫傷實驗操作認(rèn)真但結(jié)果不好學(xué)生的實驗積極性，且引發(fā)個別學(xué)生抄襲報告的現(xiàn)象。在新型的教學(xué)模式中，實驗成績呈現(xiàn)多元化，包括設(shè)計實驗方案、網(wǎng)絡(luò)討論和答題、實驗操作、實驗報告撰寫、實驗反思共5個方面，以此評定最終成績，每項內(nèi)容各占20分。

2 效果評價及改進(jìn)建議

2.1 效果評價

實驗完成后的1周內(nèi)，設(shè)計一份調(diào)查問卷對實驗班和對照班的學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，評價授課效果，具體見表4。從調(diào)查問卷結(jié)果來看，實驗組對實驗原理的掌握程度人數(shù)比例與對照組較為接近，分別為91.18%和90.90%；實驗組在實驗過程中出現(xiàn)溶液蒸干或結(jié)晶過少的人數(shù)比例為8.82%，低于對照組的人數(shù)比例13.64%。其他3項調(diào)查內(nèi)容的人數(shù)比例，對照組均比實驗組高出約2%，反映PBL教學(xué)法比傳統(tǒng)實驗教學(xué)法更有利于提高授課效果。

表4 調(diào)查問卷表

2.2 改進(jìn)建議

PBL方法在培養(yǎng)學(xué)生的自主能力、養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣和科學(xué)素養(yǎng)方面具有一定的優(yōu)勢，但仍存在個別學(xué)生參與度較低、實驗態(tài)度不認(rèn)真的現(xiàn)象。在今后的教學(xué)中應(yīng)做出如下改進(jìn)。(1)加強(qiáng)對學(xué)生的思想政治教育，使其意識到學(xué)習(xí)對個人未來發(fā)展的重要性。(2)強(qiáng)化組長責(zé)任，督促每位組員認(rèn)真完成教師交代的每項任務(wù)。(3)指導(dǎo)教師對每項內(nèi)容的評分更加客觀公正，在錯誤處標(biāo)明正確的修改意見。

3 結(jié)語

以硫酸亞鐵銨的制備為例，闡述了PBL教學(xué)法在基礎(chǔ)化學(xué)實驗授課中的具體應(yīng)用策略。與傳統(tǒng)的實驗授課方法相比，PBL教學(xué)法以改革綜合成績評定方式為關(guān)鍵環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)手段主動學(xué)習(xí)、啟發(fā)其能“提出問題→查閱資料→解決問題”，逐步養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣和實驗素養(yǎng)。另外，PBL教學(xué)法也對指導(dǎo)教師的知識結(jié)構(gòu)和課堂控制能力提出了更高要求，逼迫教師加強(qiáng)自我學(xué)習(xí)，做到游刃有余地進(jìn)行課堂教學(xué)。