王良貴

(麗水學院生態(tài)學院，浙江 麗水 323000)

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基于PBL教學法的試樣分離技術(shù)實驗教學初探

王良貴

(麗水學院生態(tài)學院，浙江 麗水 323000)

基于建構(gòu)主義教學理論，在試樣分離技術(shù)實驗教學中引入以問題為基礎(chǔ)的學習(problem-based learning，PBL)教學模式。以萃取分離-丁二酮肟分光光度法測定硬幣中鎳含量實驗為例，探討了PBL教學模式的具體應用。教學效果證明，PBL教學模式有效培養(yǎng)了學生自主獲取知識能力，以及解決實際測試問題技能，同時促進了認知學習和合作學習的開展。

PBL教學法；試樣分離技術(shù)實驗；實例

試樣分離技術(shù)是分離科學領(lǐng)域中一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，同時又是一門理論與實踐結(jié)合極為緊密的課程，一般在學完了《分析化學》、《有機化學》與《儀器分析》后開設(shè)。目前的分析化學實驗和儀器分析實驗內(nèi)容很少涉及到復雜試樣分析，以至于很多學生在課外科研、畢業(yè)設(shè)計中面對實際試樣分析不知從哪開始，究其原因主要是傳統(tǒng)實驗分析的試樣僅有單一組分，沒有其他共存組分的干擾，不需分離富集待測組分。而實際試樣所含組分復雜，須經(jīng)過試樣預處理和分離富集，把試樣中待測組分轉(zhuǎn)變成適合某種測定方法的試液，這部分工作量約占整個分析工作量的60%～70%，是整個分析過程的關(guān)鍵[1]。由此可見，試樣預處理和分離是試樣分析的重中之重一環(huán)，掌握試樣分離技術(shù)是許多從事與化學相關(guān)工作者必備的技能。由于分析試樣的多樣性與復雜性，試樣的預處理分離技術(shù)也必然多樣化，但目前試樣分離技術(shù)實驗偏重于單一分離技術(shù)，綜合性實驗少，沒有探索性實驗。這種教育模式培養(yǎng)的學生雖有扎實操作技能，可缺乏創(chuàng)新性、開拓性思維能力。

1 PBL教學模式

基于問題的學習是以信息加工心理學和認知心理學為基礎(chǔ)，屬于建構(gòu)主義學習理論的范疇[2]。以學生為主體、“基于問題的學習”(PBL，Problem-Based Learning)教學模式，由美國教育學、心理學家Jerome S. Bruner于20世紀 50 年代提出[3]，1969 年美國神經(jīng)病學教授Howard Barrows在加拿大Mc Marster 大學醫(yī)學教學中首次應用，20 世紀 80 年代始被廣泛運用于教育教學實踐中，該教學模式的理論與操作方式也得到了不斷的補充、發(fā)展與完善[4-9]。這種教育模式和教育家陶行知說過：“最好的教育是教學生自己做自己的先生，解放自己的頭腦，勇敢地去探索；解放自己的眼睛，經(jīng)常地去看；解放學生的雙手和雙腳，讓他們?nèi)嵺`；解放學生的時間空間，讓他們?nèi)グl(fā)展”的育人模式一脈相承，其核心都是以現(xiàn)實情境的結(jié)構(gòu)不良問題為切入點，學習者以積極的問題解決者身份解決問題，從事研究，整合理論和實踐，并把知識和技能運用于開發(fā)一個針對特定問題的可行的解決方案[10]。經(jīng)典PBL教學過程包括提出學習問題→建立假設(shè)→自學及收集資料→論證假設(shè)→歸納總結(jié)5個階段[11]。在PBL的教學過程中，根據(jù)教學內(nèi)容、目標提出需要學生自己解答的問題，從此開放性的問題入手，自由組合的學生通過資料檢索與自主學習、相互討論、分析問題，組內(nèi)學生自我反思所獲得的知識，最后教師點評、并以問題和答案為中心，輻射相關(guān)知識，擴展教學內(nèi)容的廣度和深度，對要求掌握和熟悉的重點教學內(nèi)容加以總結(jié)、深化。本文基于建構(gòu)主義教學理論，以萃取分離-丁二酮肟分光光度法測定硬幣中鎳含量為例初步探索實驗教學中PBL教學模式。

2 PBL教學模式在試樣分離技術(shù)實驗教學中的實踐

2.1 問題設(shè)計

我國自1990年8月成功地研制發(fā)行了第一套鋼芯鍍鎳硬幣，即從第三套硬幣開始，壹元硬幣即采用鋼芯鍍鎳材質(zhì)，為鑒別壹元硬幣真?zhèn)?，測定其中鎳含量不失為一好方法。實驗原理：試樣以酸溶解，掩蔽鐵干擾，加丁二酮肟與鎳生成丁二酮肟鎳，萃取丁二酮肟鎳絡(luò)合物到有機相，再反萃取到水相中，然后在強堿性介質(zhì)中，以過硫酸銨氧化為劑，鎳與丁二酮肟生成紅色絡(luò)合物，在分光光度計上測量吸光度，計算試樣中鎳的質(zhì)量分數(shù)。實驗包括三部分：

(1)試樣消解

設(shè)計的問題有: 我國發(fā)行的四套硬幣中采用鋼芯鍍鎳材質(zhì)是哪幾種？依據(jù)硬幣中鎳含量可選哪種測定方法？根據(jù)選定方法確定試樣消解方案(包括酸的種類、比例與用量，分解溫度，以丁二酮肟為沉淀劑時體系pH值、干擾離子的消除方法、丁二酮肟加入量，萃取劑與反萃取劑的選擇)？

(2)含量測定

設(shè)計的問題有：顯色條件有哪些？參比溶液如何制備？吸收曲線和工作曲線如何繪制？

(3)試驗方法學驗證

設(shè)計的問題有：實驗的精密度和準確度如何驗證？

2.2 實驗的組織

在實驗開始前一周，由教師通過網(wǎng)上互動教學平臺給學生發(fā)布實驗內(nèi)容， 4人分成小組，針對以上設(shè)計的問題以科學研究的基本方式進行文獻調(diào)研，完成對相關(guān)信息的收集與認知，自主討論，在教師引導下設(shè)計初步的實驗方案，并通過網(wǎng)上互動教學平臺反饋給教師，由教師對實驗方案作審核。

全部完成此實驗工作量很大，為了在有限課時內(nèi)讓學生熟悉科研基本流程，教師可引導學生完成1.1(1)、(2)部分中各1～2個實驗條件的優(yōu)化，其他實驗條件可參考文獻[12]，并不失時機地向?qū)W生提出問題，啟發(fā)學生積極思考，激發(fā)學生的求知欲和自我實現(xiàn)欲，如1.1(1)基體鐵和微量銅、鈷、鉻等干擾離子消除有何不同，如何保證消解液中全部鎳離子轉(zhuǎn)化為丁二酮肟鎳沉淀；強堿、強氧化劑顯色條件下，鎳離子與丁二酮肟生成紅色絡(luò)合物結(jié)構(gòu)組成。教師巡回指導學生，督促學生注意實驗安全，參與學生的討論。

2.3 切實重視對實驗結(jié)果的討論與分析

對實驗結(jié)果的討論與分析是科研工作非常重要的必備一環(huán)，教師引導學生現(xiàn)在小組內(nèi)對自己的實驗結(jié)果從試驗方法學、實驗方案設(shè)計、實驗操作上對實驗結(jié)果進行分析、檢討和反思，然后全班各小組間由一名代表陳述其小組的實驗方案、結(jié)果，其他組對其進行質(zhì)疑、討論、評價，然后各小組在此基礎(chǔ)上對原小組內(nèi)形成的實驗結(jié)果的討論與分析進行修正、總結(jié)，最后以小論文形式撰寫實驗報告。在小組內(nèi)和小組間的討論與分析期間，教師須及時把握討論的方向，鼓勵學生結(jié)合所查閱文獻和實驗過程與結(jié)果各抒己見，及時做出準確的評價并反饋給學生，激發(fā)學生自主探究的興趣和熱情，鼓勵學生自主創(chuàng)新思維。

2.4 結(jié)果評價

實驗結(jié)束后，通過網(wǎng)上互動教學平臺對這種PBL 教學模式進行討論、總結(jié)。學生普遍認為，在PBL教學模式中有主人翁的意識，對老師的依賴減少了，自主學習、自覺參與實驗的積極性高了，對所設(shè)計問題看了很多文獻，有自己的認識與觀點，敢于質(zhì)疑同學、教師觀點，與同學、老師溝通能力增強了，自己自主、主動、質(zhì)疑和探索能力得到很好的培養(yǎng)。同時也反映要做好實驗，必須看很多文獻，不像以前“照方抓藥”地做，學到很多東西，占了較多課外時間。任教老師為PBL 教學設(shè)計需要花費大量時間準備資料、審核學生設(shè)計的實驗方案，為參與、引導學生的討論和評價，還需要大量看讀相關(guān)文獻。

3 結(jié) 語

PBL教學模式真正讓學生成為了教學的主角，體現(xiàn)了“以學生發(fā)展為本,以培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力為核心”的教育思想[13]。從上述教學實踐的學生反饋和師生體會看，多數(shù)學生覺得PBL教學模式比傳統(tǒng)的教師講課更有趣、有意義，有較大的成就和滿足感，自主學習、分析解決問題的能力以及對知識的理解能力均比以前有提升，但還有需解決的問題，如：PBL教學模式的應用還停留在初級探索階段，應用有限；受限的實驗設(shè)備影響了一些實驗小組設(shè)計方案的實施；教師在PBL教學模式中角色轉(zhuǎn)變還需花較長時間；PBL教學模式的學習周期長等亟需解決的問題。

[1] 鄧華, 朱彭齡. 固相微萃取及其與某些分析技術(shù)聯(lián)用[J]. 分析化學, 2001,29(5):601-605.

[2] 張炳立, 常淑楓, 李玲玲, 等. 試論PBL 教學法的理論基礎(chǔ)[J]. 天津中醫(yī)藥大學學報, 2010, 29(3):156-158.

[3] 高曉雁. 問題式教學模式的創(chuàng)新與實施[J]. 中國高等教育, 2008, 24(1): 43-44.

[4] Kellah M Edens. Preparing Problem Solvers for the 21st Century through Problem-Based Learning[J]. College Teaching, 2000, 48: 55-60.

[5] 許曉靜. 基于實驗教學平臺的PBL教學法應用模式探析[J]. 實驗技術(shù)與管理, 2014, 31(4): 177-179.

[6] 秦海宏, 葛偉, 孫雪潔. PBL教學法在實驗教學中對學生批判性思維能力的培養(yǎng)[J]. 實驗技術(shù)與管理, 2013, 30(6):121-123.

[7] 王志軍. 用PBL教學方法培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力[J]. 實驗技術(shù)與管理, 2009, 26(6):23-24.

[8] 楊憲, 和七一, 余曉東, 等. 基于PBL教學法在大學《食品化學》教學中的應用[J]. 西南師范大學學報:自然科學版,2014, 39(10):152-156.

[9] 吳潔, 王廉文, 陳樹寶. PBL教學法在兒內(nèi)科教學中的實踐與探索[J].上海第二醫(yī)科大學學報,2004,24(1):60-62.

[10]John R Savery. Overview of problem-based learning: Definitions and distinctions[J]. The Interdisciplinary Journal of Problem-based learning, 2006,1(1):9-20.

[11]侯剛健, 苗方, 安蕓. 以問題為基礎(chǔ)的學習在藥物分析實驗教學中的應用[J]. 華北煤炭醫(yī)學院學報, 2009,11(3):447-448.

[12]GB/T 223.23-2008 鋼鐵及合金鎳含量的測定丁二酮肟分光光度法[S].

[13]湯豐林. 基于問題的學習與我國的教育現(xiàn)實[J].比較教育研究,2005(1):73-77.

Preliminary Study on Sample Separation Technology Experimental Teaching Based on PBL Model

WANG Liang-gui

(College of Ecology, Lishui University, Zhejiang Lishui 323000, China)

The problem-based learning (PBL) teaching mode was introduced into the sample separation technology experimental teaching based on the constructuralism teaching theory. The PBL teaching mode was applied in the extraction separation-the dimethylglyoxime spectrophotometric method for the determination of nickel in coin experiment. The results of the PBL teaching mode demonstrated that the introducing PBL teaching mode effectively cultivated students’ independent ability to acquire knowledge and their skills to solve practical test problems, and the teaching mode promoted students’ cognitive and cooperative learning.

problem-based learning teaching mode; sample separation technology experiment; examples

王良貴(1965-)，男，碩士，講師，研究方向為分離富集。

G642.423

A

1001-9677(2016)023-0159-02