PBL教学法在硫酸亚铁铵的制备实验中的应用

张庆乐 董 建 孙立平 王 腾

泰山医学院化学与制药工程学院 山东泰安 271016

化学是一门古老的自然科学，曾在提取中草药有效成分和冶炼无机矿物药方面发挥了巨大作用，成为人类战胜疾病和延年益寿的有力武器。然而，化学是一把双刃剑，现代工业化大发展中随意排放的“三废”物质造成国内外许多地区的水体、空气、土壤和食品质量持续下降[1]，直接或间接地威胁社会公众的身体健康。食管癌、肺癌、阿尔莫兹海默病的发病率升高均与外源化学污染物存在密切的联系[2-4]，化学的基础知识理论在阐明疾病成因、诊断和治疗方面起着非常主要的作用。研究表明，石墨烯等纳米材料具有比表面积大、化学性质稳定等特点，是一种极具开发价值的难溶性抗癌药物的载体，在诊断和治疗恶性肿瘤等疾病有重要的应用[5,6]。作为一名医药类本科生，掌握化学学科的基础理论知识和实验技能，对于构建其知识理论体系、培养科学的思维习惯和创新能力具有重要意义。

硫酸亚铁铵的制备是基础化学实验中的一个综合性实验项目，它包含了称量、加热溶解、蒸发结晶和减压过滤等多个操作环节，能够较好地锻炼学生的综合实验技能。传统的教学模式存在以下问题。(1)机械地按照教师要求操作，不理解实验原理[7]，个别学生某个实验环节出错，需要重做，浪费时间和药品。(2)结晶时不知道如何判断结晶程度，减压抽滤后，晶体质量偏少。(3)不知道产率如何计算。学生一旦养成了被动学习、不求甚解的不良实验习惯，会使其在大三的专业实验和大四的毕业设计中表现较差，影响了培养学生的质量。近年来，以问题为导向的PBL教学模式在高等院校课程教学中被广泛运用，在一定程度上改善了授课质量。本文以硫酸亚铁铵的制备实验项目为例，探讨了PBL教学法在基础化学实验中的具体应用策略，并针对实施过程中存在的问题提出了改进建议。

1 教学设计

以2016级医学检验本科1，2班共100人为研究对象，实验授课时将其划分为3个实验室进行实验，每个实验室的人数为33～34人。随机选择1个实验室的学生采用PBL教学法，另外两个实验室的学生采用传统方法授课。3个实验室学生的入学成绩基本一致，理论授课为同一任课教师。

1.1 划分实验小组

将实验室1的学生划分为11个实验小组，每组3人，每个实验小组选出一名学生担任组长。组长负责督促组员查阅资料、设计实验方案、参与网络讨论和答题等。

1.2 查资料 设计实验方案

鉴于学生在大一第一学期尚未学习“文献检索”课程，大部分学生不会利用网络查阅资料。指导教师需将查阅文献的具体方法设计出来，打印出来分发给每位学生，并在理论授课时抽出一定时间讲解如何查阅文献。学生在业余时间利用三大中文期刊数据库：清华知网、维普和万方查阅硫酸亚铁铵的制备工艺，根据查询结果设计实验方案。

教学平台是利用校园网络建设的授课活动平台，师生之间通过此平台进行沟通互动。每位学生将设计好的实验方案以Word或PDF格式上传到教学平台上，教师依据设计质量进行评分。

1.3 网络讨论和答题

为规范学生对仪器设备的操作技能，指导教师将实验预试的全过程拍成视频，经过后期的编辑整理后上传到教学平台上。每位学生在实验前通过网络观看实验视频，对实验的整体流程和仪器设备的基本操作有大致的了解，掌握影响实验结果的关键环节(见表1)，有助于取得良好的实验结果。

在教学平台的讨论区，学生可以将实验操作过程中的疑难问题进行讨论，指导教师利用业余时间进行详细解答。另外，指导教师将实验习题上传到教学平台上(见表2)。学生利用校园卡号登录后在规定时间内完成答题，教师给予评分。

表1 关键实验环节及主要问题

表2 实验习题及分值

1.4 实验操作

按事先划分好的实验小组，学生将实验服穿戴整齐依次进入基础化学实验室。首先，由组长带领组员清点实验台上摆放的试剂和仪器是否齐全。然后，按照设计好的实验方案开展实验。指导教师在实验室内巡视，及时纠正学生的错误操作和解决突发实验事故(见表3)。最后，依据每组的实验操作情况给予评分，并写出评分依据。

表3 常见实验操作错误

1.5 实验后的反思

实验完成后，每位实验小组的组长将实验结果上传到教学平台上，并对分析产率偏低或偏高的原因做出书面解释。产率偏高常见原因：铁粉残渣质量偏低或硫酸亚铁铵未充分干燥。产量偏低常见原因：制备硫酸亚铁时，反应时间偏短；未趁热抽滤，硫酸亚铁晶体残留在抽滤瓶的器壁上；蒸发浓缩硫酸亚铁铵时晶膜过少。

1.6 成绩评定

传统的成绩评定方式是以实验报告成绩作为最终的综合成绩，这种成绩评级方式容易挫伤实验操作认真但结果不好学生的实验积极性，且引发个别学生抄袭报告的现象。在新型的教学模式中，实验成绩呈现多元化，包括设计实验方案、网络讨论和答题、实验操作、实验报告撰写、实验反思共5个方面，以此评定最终成绩，每项内容各占20分。

2 效果评价及改进建议

2.1 效果评价

实验完成后的1周内，设计一份调查问卷对实验班和对照班的学生进行调查，评价授课效果，具体见表4。从调查问卷结果来看，实验组对实验原理的掌握程度人数比例与对照组较为接近，分别为91.18%和90.90%；实验组在实验过程中出现溶液蒸干或结晶过少的人数比例为8.82%，低于对照组的人数比例13.64%。其他3项调查内容的人数比例，对照组均比实验组高出约2%，反映PBL教学法比传统实验教学法更有利于提高授课效果。

表4 调查问卷表

2.2 改进建议

PBL方法在培养学生的自主能力、养成良好的思维习惯和科学素养方面具有一定的优势，但仍存在个别学生参与度较低、实验态度不认真的现象。在今后的教学中应做出如下改进。(1)加强对学生的思想政治教育，使其意识到学习对个人未来发展的重要性。(2)强化组长责任，督促每位组员认真完成教师交代的每项任务。(3)指导教师对每项内容的评分更加客观公正，在错误处标明正确的修改意见。

3 结语

以硫酸亚铁铵的制备为例，阐述了PBL教学法在基础化学实验授课中的具体应用策略。与传统的实验授课方法相比，PBL教学法以改革综合成绩评定方式为关键环节，引导学生充分利用网络手段主动学习、启发其能“提出问题→查阅资料→解决问题”，逐步养成良好的思维习惯和实验素养。另外，PBL教学法也对指导教师的知识结构和课堂控制能力提出了更高要求，逼迫教师加强自我学习，做到游刃有余地进行课堂教学。