PBL教学方法在无机及分析化学教学中的应用

李照 董扬扬 杨兴斌

摘要 通过分析高校无机及分析化学教学现状及引入PBL教学法的必要性，以“缓冲溶液”一章的教学为例，对PBL教学模式在无机及分析化学教学中的应用进行探索。实践表明，PBL教学法能够激发学习兴趣，培养自学能力，增强团队精神，促进知识的掌握和运用，提高教学效率和教学质量。因此，将PBL教学方法应用到高校的无机及分析化学教学中是切实可行的。

关键词 PBL教学法；无机及分析化学；缓冲溶液

中图分类号 S-01 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）25-0244-03

Abstract This paper explored the basic ideas of the teaching mode by analyzing the necessity of introducing the PBL teaching mode in inorganic and analytical chemistry. As an example with the chapter of buffer solution， PBL teaching mode was used in the teaching of inorganic and analytic chemistry. The results showed that PBL teaching mode can signally excite students learning interest， raise their independent learning capability， strengthen their team cooperation spirit， promote students mastery and application of knowledg and improve the quality of teaching.PBL teaching method can obtain better effect on class and teaching effects， which is worthy of further promotion.

Key words PBL teaching method；Inorganic and analytical chemistry；Buffer solution

无机及分析化学是食品科学与工程、食品质量与安全专业必修的一门基础课，该课程整合了无机化学和分析化学2门基础课程，涉及物质结构理论基础、化学反应原理、溶液平衡、化学分析和仪器分析五大部分。这门课的教学质量将直接影响到后续课程，如物理化学、有机化学、食品化学及其他专业课程的学习质量，对实现专业培养目标、提高学生素质、增强学生实践能力等产生重要作用[1-2]。

传统的大学教学模式一般是教师在讲台上讲，学生被动地听，机械地记笔记，思想难免开小差。学生课堂参与度低，学习兴趣不高，学习依赖性和随意性强，未能真正发挥学生的主体地位，严重阻碍了学生学习主动性、积极性和创造性的培养。此种情况不仅导致课堂教学质量降低和学习意义的普遍失落，而且导致学生产生严重的逃课、敷衍了事和厌学心理。这种模式下的教与学、枯燥的课堂、被动的地位，以及学生害怕出错的心理使得师生交流较少。

当前社会各界对高校教学质量的关注不断提升，教育专家逐步探索高效教学的有效途径，并对如何高效开展教学进行了深入研究。专业人士提出了很多新的教学模式，例如翻转课堂、慕课、对分课堂及互惠教学模式等[3-5]。虽然这些教学模式各具特色，但是核心思想无一例外地均强调积极发挥学生的主体地位，提高学生课堂参与度，重视合作式学习、讨论式交流，关注学生的自我评价结果，主动地学、独立地学、系统地学。这是目前人们对课堂教学提出的最高要求，也是对高效教学的理解和共识。然而，先进的教学理念落实到日常教学中往往貌合神离，执行效果大减。探究其原因，除了传统教学思想的根深蒂固，还出自对改革效果的担忧、指导行动的科学理念缺乏等，如何探寻出高效的教学路径，还可谓路漫漫其修远兮。

笔者结合多年的教学理论和实践经验发现，目前在国内实施PBL教学方法并不能取得国外研究者在理论上所描述的较好的效果，虽然对于提高教学质量、高校素质教育水平和培养创新型人才起到一定效果，但也存在各种问题，如学生专业水平、问题的设计、教师的引导作用、考核方式、PBL教学内容及时间安排等。笔者将从无机及分析化学课程教学的角度出发，具体探讨PBL教学法应用中存在的问题及可能的解决方法和策略。

1 课程要求与PBL教学法的含义

无机及分析化学将原无机化学和分析化学2门课程中内容联系最紧密和重叠最多的“四大平衡和四大滴定分析方法”2个部分有机结合起来。它是学生了解和学习化学领域的入门课程，涉及的专业有食品专业、海洋工程、新材料、环境工程等，其重要程度对学生影响深远。作为很多专业的基础必修课程，该课程的基础性使其知识点多、内容面全，这样就增加了教师有限课时下的教学难度。同时，这就要求教师在这门课程的教学上，必须贯彻少而精的原则，深入浅出，突出中心，针对专业课程设置和学生层次，改进教学方法，从而达到在有限的课时内，通过有效率的教学方法，让学生的学习取得满意的效果，尽量做到将“博而深”的化学知识，按照由“形象”到“抽象”、由“现象”到“本质”、由“浅显”到“深入”，由“感性”到“理性”的顺序教由学生，使一切知识更加系统而全面、富有深度。

作为一线教师，通过查阅大量教学改革资料并结合自身教学实际，最终选择以问题为基础的教学法（Problem-Based Learning，简称PBL）作为主要的教学方法。PBL教学法是一种以建构主义理论为指导的，以问题为基础、学生主动学习的教学模式。教师将所要讲授的知识以问题串的形式层层设问，不断激发学生主动思考，最终使学生独立自主地解决问题。将PBL教学方法应用到无机及分析化学的教学中，以问题为中心，以学生为主体来组织教学，通过自学、问题讨论、教师指导评讲等环节，充分发挥学生的主动性，构建学习共同体，兼顾学生的个性化发展，关注教师对学生个性化点评，重视学生之间、师生之间的交流互动，重视学生科研能力的个性化培养。这种教学方法强调以自主学習为主，提倡以问题为基础的讨论式教学和启发式教学，积极发挥学生的主体地位，提高学生课堂参与度，重视合作式学习、讨论式交流，关注学生的自我评价结果，强调学生主动地学、独立地学、系统地学。为深入有效研究PBL教学方法在无机及分析化学教学中的效果，可选取典型的教学内容，依据理论研究部分创建的PBL教学方法的具体步骤，因材施教，为后续实施PBL教学方法积累经验。

2 目前教学过程中仍存在问题

2.1 教学方法传统单一

受课时限制，当前高校教师多采用讲授与PPT相結合的教学模式，该方法单位课时教学内容量大，形式相对单一，学生很难在单位时间内全部消化这些教学内容。师生课堂分配权重不均衡，学生主观能动性发挥不足，导致学生偏重知识记忆，自主学习能力薄弱。课后疲于应付作业，考试前突击复习，死记硬背，考试后不久便遗忘知识的学生不在少数。长期以往，这种传统的教学模式会对高校教学质量和学生的终身发展产生深远的负面影响。

2.2 科学实验方法局限

无机及分析化学实验教学中偏重单纯的技能训练，配套实验多为验证性实验，缺少综合设计性实验，无法锻炼学生独立思考和处理问题能力，不利于激发学生学习主动性、积极性。

2.3 考核方式缺乏创新

学生成绩考核仍延续考试成绩、作业及实验报告完成情况的传统方法，难以综合评价学生能力，导致学生疲于应试，知识难以与实践融会贯通，使得高校培养适应社会发展的高素质、综合性人才目标成为“镜中花，水中月”，与新世纪人才培养的目标相悖[6]。

3 PBL教学方法的实施案例

以高等教育出版社无机及分析化学教材第五版第四章缓冲溶液这节课为案例，充分利用学校教学条件，从设计的案例来分析总结PBL教学方法在学校无机与分析化学教学中的应用。

3.1 依据教学目标，提出学习问题

培养学生分析问题、解决问题的能力及使其初步学会探究性的学习方式。通过理论联系实际，激发学生学习生命科学的兴趣，使其养成乐于探索、勤于思考的习惯。

本节课教学目标。知识目标：缓冲溶液要求学生掌握缓冲溶液的概念及组成、缓冲溶液的pH计算、了解缓冲容量及缓冲范围；能力目标：通过缓冲溶液中6个知识点关系的分组讨论、分析、掌握，培养学生的逻辑思维能力、综合分析能力，通过课后缓冲溶液配制实验培养学生实验实践能力，通过预习报告培养学生的自学能力和创新能力；情感态度与价值观目标：培养学生分析问题、解决问题的能力及初步探究性的学习方式。

针对本节课的学习目标设置的问题如下：缓冲溶液为什么具有缓冲作用；什么是缓冲对；缓冲对怎样起到缓冲作用；如何计算缓冲溶液的pH；缓冲溶液的缓冲容量和缓冲范围；如何配制缓冲溶液；缓冲溶液在食品科学专业相关方向的应用有哪些。

3.2 小组学习与问题解决

教师于课前通过QQ、微信公众号等社交媒介向学生发出关于本节课的相关问题，学生以组为单位，根据提出的问题和教材、教学大纲查阅相关资料，理解资料，并进行组内探讨分析，消化难点。小组内学生应在个人学习的基础上，开展组内交流与合作，共享学习成果，培养团结合作的精神，然后进行班级交流，最后进行归纳总结，整理形成报告，并确定汇报人选。教师要提前根据问题的难度适当划分问题，例如本节课的第3题和第5题较难理解，因此将前3个问题分配给一个小组，后2个问题分配给第2个小组。

3.3 汇报小组学习成果，互动学习内容

汇报人可以将学习报告以PPT、视频等多种形式呈现给师生，汇报形式要规范，让阐述者和学习者思维清晰，明确需要解决的问题。通过实验引出缓冲溶液的概念，之后提出问题：为什么缓冲溶液具有缓冲作用；原理是什么；怎么样选择所需的缓冲溶液。运用设问、质疑、析疑、辨疑方法对每一个知识点进行讲述。学生汇报完毕后，其他学生就汇报内容提出问题，汇报小组对问题进行解答，如果解答不合理或无法解答，则需要教师协助解答过程。

3.4 教师讲评与总结

在学生自主学习与交流的基础上，依据学习目标，教师对学生的学习汇报，从知识目标、能力目标及情感态度与价值观目标的达成度进行合理评价，教师应着重讲解本节的学习重点与难点。以HAc-NaAc为例，重点讲解缓冲溶液发挥缓冲作用的机理。对体系加入少量强酸时，溶液中大量的Ac-与外加的少量H+结合成HAc，使电离平衡向左移动，达到新平衡时，H+离子浓度不会显著增加。对体系加入少量强碱时，增加的OH-与溶液中的H+结合为水，使电离平衡向右移动，以补充H+离子，达到新平衡时，H+离子浓度不会显著增加。最后总结缓冲作用机制，在缓冲溶液中，由于浓度较大的共轭酸碱对之间质子转移平衡的存在，抗酸时消耗共轭碱；抗碱时消耗共轭酸。因此，能使缓冲溶液的pH基本保持不变。

3.5 评价检测

本节内容学习结束后，应及时对学生的学习进行评价。评价主要包括课堂参与度、考试成绩和实验设计能力3个方面。学生每回答一个问题，教师会发给一张“食品基础化学学习卡”，以此来评价学生的课堂参与度。同时，教师可以设置在线测试、课下自我测试以及本章小考等，检查学生的学习状况。本节理论学习完成后，应与实验课相结合，让学生自主设计实验缓冲溶液的配制，尝试独立完成实验课题。通过实验使学生学会准确、细致地观察、记录实验现象和得出正确的结论，并不断提高学生的实验技能、技巧和分析、解决问题的能力。这样学生将会更注重和享受课程的学习过程，有利于活跃学习氛围、促进知识的掌握和运用。

4 PBL教学方法运用于无机及分析化学教学实践的注意事项

4.1 选择有效的课堂讲授方式

在无机及分析化学的教学实践中发现，PBL教学方法在一定程度上可以提高学生自主学习的积极性，但由于自身课时少、理论性强、内容繁多的特点，使得单独的PBL教学模式不能很好地适应全面、多学时教学。

针对以上问题并结合无机及分析化学的课程特点，随着教学改革的不断深入开展，笔者发现PBL教学模式作为一种新的教学模式，要想更好地发挥其优势，与传统教学模式，即以学生为主的其他教学方法，如启发式、讨论式等相结合是非常有必要的。通过吸取其他方法的精华，取长补短、不断改进，使PBL教学方法在与传统教学方法相互补充、相互融合、相互借鉴的过程中发挥优势。这就要求授课教师要根据经验合理分配教学内容，对一些理论性比较强的内容，学生自学难度很大。如热化学中焓、熵、吉布斯自由能的概念，原子结构中波函数、薛定谔方程，分子结构中杂化轨道理论等，教师仍采用讲授为主的传统教学方式。对于其他内容，教师可以根据学生已有的知识程度，选择一些具有代表性的章节进行PBL教学，如解离平衡中的弱酸弱碱的解离平衡、沉淀溶解平衡等内容。尽管目前教学方法种类多样，但教学方法的具体选择就需要教师根据不同教学内容以及理解难易程度进行选择，灵活运用多种教学方式，把PBL教学模式和其他教学模式相结合，探索出真正适合有机化学的教学模式，真正做到“授之以鱼，更要授之以渔”。

4.2 加强教师对学生自主学习的引导作用

PBL教学方法的主旨思想是以学生作为主体，以小组为单位，相互配合，相互讨论，强调学生的自主学习。因此学生对基础知识的掌握程度和学习的主动性在很大程度上影响了预期的教学效果和目标。目前国内大学生从接受教育开始直到进入高校前的十几年所接受的都是被动学习的模式，习惯了传统教学模式，主动参与的积极性不大，很难从以教师为中心的学习模式快速转变为以自身为主体的学习模式，同时很多学生缺乏团队合作经验，再加上没有牢固的基础知识和相关学科的广泛知识背景，讨论时也只是限于表面，讨论深度受限，很难达到预期的教学目标。

要解决这个问题，就要想办法调动学生自主学习的积极性。首先，在选择PBL教学的内容时，就要考虑到学生水平参差不齊的情况，要尽量安排在学期的中后期进行，此时学生已经进行了一段时间的学习，对无机及分析化学的基本知识有了一定的了解和掌握，从而降低其盲目性；其次，在分组讨论方面要实行组长负责制，为避免由于各组成员之间水平不同而导致讨论和学习效果差异太大，教师也要根据学生成绩、个性特征等特点对分组进行调整。特别对于参与不积极的学生，教师可以在课下多与其交流，适当鼓励和指导其针对某个问题深入学习，并逐渐引导其自主学习；最后，在期末考评成绩中充分体现学生在PBL教学中的表现，全面评估学生自主学习的主动性、文献检索能力、重要知识点的掌握程度、问题分析解决能力和团队协作能力等对调动学生自主学习积极性也有一定的作用。

笔者认为教师在学生讨论的过程中，如果发现学生对相关知识的理解存在偏差或疑惑，一定要记录下来，在学生就此问题讨论结束后，及时给予纠正，加深理解。同时还要适时地参与讨论，以控制讨论的方向、广度和深度等，一旦学生偏离主题，教师要适时提示，引导学生回到主题，并在关键时刻给予一定的提示性解答。

最后，还需要教师具有更强的责任心，付出更多的时间和精力，及时解答学生提出或遇到的各种问题。在掌控课堂节奏、调动学生积极性的过程中，自然而然地引导学生把讨论内容集中在重点问题上，避免在一些小问题上浪费时间，从而达到提高教学质量的目的。

5 结语

经过2年的实践发现，所教授的2个班级实验班较对照班在以下多个方面对比明显。一是学生课堂参与度明显提升。实验班课堂上学生积极性有较大提高，回答问题更加精准。二是知识运用能力增强。实验设计方面，将所学的化学知识迁移到实验的能力有显著变化，设计实验过程的方案更加多样化。三是学习效果显著。在期末考试成绩上，实验班全班通过，而对照班通过率为82.25%。因此，将PBL教学方法应用到高校的无机与分析化学教学中是切实可行的，而且是有效的。

最后，对实施PBL教学方法建议适当增设赏罚措施。大学生年轻有激情，喜欢比拼，充分利用他们的求胜心理，适当进行奖赏与惩罚，更能促进学生积极主动地学习。

参考文献

[1] 张启焕，齐志涛，严新.无机及分析化学课程教学改革探索与思考[J].安徽农学通报，2011，17（13）：206-207.

[2] 王凤艳.浅论《无机及分析化学》课程教学改革与实践[J].考试周刊，2016（7）：6-7.

[3] 郑彧，郭晏华，才谦，等.基于“以学生为中心”理念的有机化学互动教学[J].化学教育，2017，38（6）：14-17.

[4] 郭芳侠，李小艳.基于Blackboard交互式物理教学设计[J].物理通报，2016，25（1）：8-11.

[5] 张清安，杨兴斌，赵武奇.陕西师范大学食品科学与工程实验教学中心建设的实践与探索[J].安徽农业科学，2017，45（1）：251-252.

[6] 李强，廖蓉苏，徐鹏.基于问题的学习法（PBL）在无机及分析化学课程教学中应用[J].中国现代教育装备，2012（13）：61-62.

[7] 丁建英，黄烟波，赵辉.翻转课堂促进教育信息化进程[J].中国教育信息化，2014（2）：27-29.

[8] 余文森，连榕，洪明.基于自主、合作、探究学习的师范大学教师教育课程课堂教学改革[J].课程·教材·教法，2013，33（4）：103-111.